糖尿病动物模型(Animal model of diabetes melitus)

美迪西根据客户的需求提供各种有效的动物模型，用来检测药物的有效性。常规的内分泌疾病及代谢性疾病有：糖尿病、肥胖、血脂异常等，通过大小鼠、仓鼠等进行动物实验。

内分泌及代谢性疾病模型

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糖尿病动物模型通常分诱发性和自发性两类。

复制糖尿病动物模型的方法也很多。在动物选择上,主要以哺乳动物为主,啮齿鼠类使用量最大,应用最广,主要用于药物筛选、病理改变等方面研究。家兔主要用于糖尿病性高脂血症等方面。近年来,小型猪产生兴趣,如Yucatan小型猪越来越受到重视,因为其消化系统的器官功能更接近人类,且具有自发性糖尿病倾向,只需单次注射四氧嘧啶200mg,常能诱发隐性遗传为显性遗传,发病1年内可产生眼底微血管增殖型改变等。

1.诱发性糖尿病模型(animal model ofexperimental diabetes mellitus)

复制方法诱发性糖尿病动物模型复制方法主要包括:

（1）注射致高血糖因子,如生长激素、胰高糖素、糖皮质激素以及儿茶酚胺类激素等,这种方法能复制出某些继发性糖尿病模型。

（2）注射化学物质引起胰岛B细胞的损伤,如链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)、四氧嘧啶(Aloxan)、二苯硫代卡肥腙(Diphenylthiocarbbazine)可造成胰岛B细胞不可逆损伤;环丙庚哌(Cyproheptadine)、天门冬素酶、6－氨基尼克酰胺(6­氨基烟草酰胺)、2­脱氧葡萄糖、甘露庚酮糖等可引起B细胞可逆性损伤。应用最多的化学物质是进口的链脲佐菌素,1次腹腔或静脉注射30mg/kg～100mg/ kg,几天后可使犬或大鼠等动物产生永久性高血糖,但STZ造成糖尿病的同时,也可造成白内障、冠状动脉粥样硬化斑块。国产的四氧嘧啶也只需一次注射即造成高血糖,但同时造成肝、肾组织的损害,在生理上与人类所患糖尿病相差较大。给大鼠用环丙庚哌连续4周,可产生高血糖症状,胰岛B细胞分泌渐消失,胰岛素分泌在安静时呈正常值,当给予糖负荷时,则不能引起胰岛素的 II相分泌,停药1 周后,病变可自动恢复正常。

（3）注射生物及生物制品引起B细胞破坏,如鼠脑炎病毒、心肌炎病毒M型变异可诱发若干品系的成年小鼠糖尿病,白介素－1在一定剂量和范围内对B细胞有选择性细胞毒作用,这种由NO介导的细胞毒效应可导致IDDM。

（4）手术切除胰腺的大部分或全部,并给予高糖饮食刺激,引起继发性永久性糖尿病。以下介绍两种常用的复制方法:

1）四氧嘧啶致大鼠糖尿病模型:四氧嘧啶能选择性作用于许多种属动物的胰腺B细胞,造成B细胞不可逆性坏死,而A细胞、D细胞及外分泌组织无损害,从而产生动物糖尿病。先将四氧嘧啶用注射用水或生理盐水新鲜配制成1%～3%溶液,实验大鼠置代谢笼中饲养1周,记录体重,饮水量、尿量及随机血糖等,空腹12小时后按四氧嘧啶3Omg/kg体重～40mg/kg体重,尾静脉或舌下静脉 1次注射,注射后大鼠血糖值可出现3个时限变化,注射后2～4 小时为初期高血糖相,约 6 小时左右为低血糖,18 小时后出现持续性高血糖伴多饮、多尿等症状,随后血糖达 16.7mmol/L以上,稳定 2 周后可作为成功模型。或者将新鲜配制的四氧嘧啶溶液按120～150mg/kg体重一次腹腔内注射,24小时后血糖值升高,。≥16.7mmol/L持续2周以上可选用。该模型在病理生理上与人类 IDDM相似,绝大部分呈永久性高糖状态,但部分动物在3周内可自然缓解。不同种属动物对四氧嘧啶的敏感性差异很大,饲料和营养状况等因素会影响动物糖尿病的发病率。如果采用120mg/kg体重的剂量连续注射两天,成模率可达100%,四氧嘧啶在国内很多单位可自己合成,药物价廉,用药量小,方法简便,血糖反应敏感,高血糖形成快,模型稳定,死亡率低。可用于人类IDDM的有关研究,使用此模型时需知四氧嘧啶对动物肝肾有一定毒性作用。

2）链脲佐菌素致大鼠糖尿病模型:链脲佐菌素可造成动物Wistar大鼠胰岛 B细胞大量坏死,通过采用不同的给药方法,可复制出速发型类似NIDDM的动物模型和迟发型 IDDM的动物模型。

1））速发型:一次足量给予动物Wistar大鼠链脲佐菌素,造成B细胞大量损伤,胰岛素合成和分泌减少,引起糖代谢紊乱,导致糖尿病。将STZ 用0.1mol/L无菌枸橼酸钠缓冲液新鲜配制成2%溶液,调节pH至4.5,滤菌器过滤除菌。大鼠禁食10小时按5Omg/kg～65mg/kg体重腹腔内或尾静脉一次性注射SIZ溶液,24 小时内血糖大于等于16.7mmol/L,稳定5 天即可作为成功模型。

2））迟发型:根据福氏完全佐剂(CFA)可激发机体免疫功能的特点,将小剂量SIZ和CFA联合使用,可激活大鼠体内淋巴细胞诱导胰岛B细胞发生轻度改变,在此基础上被激活的具有细胞毒作用的T淋巴细胞可将轻度变性的细胞当作靶细胞进行攻击,从而导致自身免疫过程的发生,使膜岛B细胞损害进一步加重,引起糖尿病。链脲佐菌素配制同前,福氏佐剂按4:1称取液体石蜡和羊毛脂,研碎混匀后分装,经高压消毒后低温保存,使用前按1.5mg/0.5mL加入无菌灭活卡介苗,进行无菌乳化后使用。大鼠正常进食水,第1天腹腔注射0.5mLCFA,次日按 25mg/kg体重腹腔内注射 S1Z溶液。每周 1 次,连续 3周重复上述步骤,第2周部分大鼠就可成模型,第3周成模率可达 87.5%。速发型模型较适于NIDDM的相关研究。通常单剂量达到 50 mg/kg体重不出现自然缓解现象,第6 天～27 天,胰岛有一定程度再生,功能部分恢复,但未达到正常,仍处于高血糖状态。

迟发型STZ动物模型有免疫学的改变, 更接近人类IDDM 的发生发展变化,有报道可测得大鼠体内抗胰岛细胞抗体。链脲佐菌素致糖尿病作用几乎不受饲料成分和营养状况的影响,对四氧嘧啶致糖尿作用有抵抗的豚鼠,STZ也可致糖尿病。STZ价格较贵, 但致糖尿病作用很稳定,使用方便。

2. 自发性糖尿病模型 (animaI model of spontaneous diabetes melitus)

遗传性及自发性糖尿病动物模型更接近人类糖尿病的自然起病及发展,尤其适于研究糖尿病的病因学。如“BB”Wistar 系大鼠、NSY  糖尿病小鼠、NH 肥胖糖尿病大鼠、KK  糖 尿病小鼠等。以下介绍几种模型 : 

(1) 自发性糖尿病 BB Wistar 大鼠模型 : 加拿大渥太华生物培育(BB)实验室1977 年报道了一组远交系自发性糖尿病Wistz 大鼠, 系幼年起病的 IDDM 理想的动物模型。1990 年上 海首次引种纯系 BB 鼠,  将亲代种鼠随机配对并繁殖子代BB鼠制备自发性遗传性IDDM动物模型成功。子代 BB 鼠发病率可达 90%,临床起病突然,常无预兆,  发病年龄为 58～123 日龄,凡空腹血糖大鼠 1Omol/L,  尿糖++,即可诊断,其特征为体重减轻,高血糖、糖尿、多尿和胰岛素缺乏,绝大部分需胰岛素治疗。BB 大鼠中造成 B 细胞损害的发病机制可能与细胞介 导的自身免疫有关。此模型可供研究IDDM 发病的遗传因素、环境因素以及免疫学因素。与糖尿病有关的慢性并发症尚未在本品系大鼠中充分确定 ,  研究发现复制成功模型后 21 周可观察到其心脏微血管病变。在喂养中为避免死亡可每日给予PZI2μL/只～4Μl/只,  或达美康 3Omg/只 ～40mg/只。

(2) 自发性糖尿病 NSY  小鼠模型 :NSY  小鼠是自发性糖尿病小鼠的近亲株,  它是从JCL:ICR小鼠近亲株根据葡萄糖耐量选择繁殖产生的。具有年龄依赖性自发性糖尿病的特 征,NSY小鼠发生糖尿病的原因可能是胰腺B细胞对葡萄糖激发的胰岛素分泌功能的异常, 在第 48 周雄性小鼠中累积糖尿病的发生率为 98%, 而雌性小鼠仅为 31%。在任何年龄段均无明显肥胖发生, 在第24周时可出现显著的葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能减弱,未观察到胰腺形态学异常,具有空腹高胰岛素血症的特点,此模型有助于人类NIDDM  遗传学倾向及病 
理发生的研究,尤其对研究胰岛素抵抗在 NIDDM 发病中的作用适用。

(3)自发性非肥胖糖尿病GK大鼠模型 : 是由法国 Goto 和 kakisaki  于 1988 年经数代选择 性饲养并辅以糖耐量作为指标,  从正常 Wistar种系大鼠中繁殖出来的一种原发性非肥胖性NIDDM 大鼠。在亚系 1  代～4  代就能获得高血糖和糖耐量异常的动物,  雄性和雌性有相同的发病率,  在第 32 周后糖尿病持久稳定,  胰腺胰岛素储存量减少 50%,B 细胞数目减少,B 细胞对高糖刺激的反应缺如。适于作为人类 NIDDM  的有关研究。

(4) 自发性遗传糖尿病中国地鼠模型 :  于 1985  年由山西医学院研究培育成功大群体中国地鼠,  并建立成自发性遗传性糖尿病模型。糖尿病群体发病率约 25%,  近亲繁殖 2  代 ～6 代尤其同窝兄妹交配后,发病率可达 90%,  雌性多于雄性,  幼鼠在高热价的脂肪和过量进食下,  糖尿病发病率还可增加。此模型动物多为非肥胖型,  血糖量中、轻 度升高 , 血清胰岛素浓度表现多样化,多数正常,  少数升高或降低, 胰岛病变程度不一, 由于中国地鼠的肾糖阈较人类偏高, 个体间差异亦较大, 尿糖测定值的意义明显不及血糖测定值, 糖尿病发病率受饮食环境等非遗传因素的影响,具有多基因遗传特点,与人类 NIDDM  十分近似,故可选作NIDDM  研究的理想模型。

( 二 ) 甲状腺疾病动物模型 (animal model of thyroid disease) 复制方法

甲状腺疾病的种类很多,各类型甲状腺疾病的病因各异,  大多数与遗传因素有关。 最常见的自身免疫性甲状腺疾病,  属于多基因遗传。从 1970  年起,  国外学者成功选育出鸡和犬自发性遗传性自身免疫性甲状腺炎, 也有人用小鼠甲状性球蛋白注射到大鼠体内复制出大鼠自身免疫性甲状腺炎模型。然而,目前甲状腺疾病的动物模型仍然主要以外源投予甲状腺激素和抗甲状腺药物来建立。 

建立甲状腺肿及功能减退动物模型的方法较成熟,  根据研究目的不同可选用以下几种方法 :

①用地方甲状腺肿病区的粮食,  按当地居民饮食习惯配制饲料喂养动物,  造成碘缺乏。

②应用抗甲状腺药物( 如丙基硫氧嘧啶、甲基硫氧嘧啶、他巴唑),  抑制甲状腺滤泡细胞摄取碘及碘利用、抑制甲状腺激素的合成。

③手术切除大部分或全部甲状腺。 

④用131I破坏甲状腺滤泡细胞。

⑤选育自发性遗传性自身免疫性甲状腺炎。

诱发甲状腺功能亢进的动物模型通常用口服或注射 T3或 T4的方法。

1.  缺碘性甲状腺肿及甲状腺功能减退大鼠模型 利用地方性甲状腺病区粮食含碘浓度低的特点,饲养 Wistar 大鼠,造成碘缺乏,引起甲状腺肿大及甲状腺功能低下。 具体方法是用病区粮食按当地居民饮食习惯配制饲料,其中小麦 30% 、玉米 60% 、红薯干粉 10%,  饲料含碘 量 0.043mg/kg,  选 5Og～100g Wistar 大鼠用上述饲料喂 ,  饮蒸馏水,3个月后可出现甲状腺肿大, 血中 TT4、FT4浓度降低,而 TT3、FT3、TSH 水平升高,可获得成功的缺碘性甲状腺肿及甲状腺功能减退的大鼠模型。此方法对实验条件有一定要求,最好在地方甲状腺肿流行区进行实验 ,  在沿海地区空气中碘含量高,易进入动物体内,不容易成功,最好进行空气过滤。本模型适于人类地方性甲状腺肿的各项研究。

2.  诱发性甲状腺肿大鼠模型 用抑制甲状腺摄碘及抑制甲状腺素合成的药物丙基硫氧嘧啶,  使甲状腺激素合成减少,  血 TSH  水平升高,  造成实验性甲状腺肿大。选取体重
100～2 00g  的大鼠,  将丙基硫氧嘧啶(PTU)用生理盐水溶解,每日腹腔内注射 PTU (Sigma 产品)1mg/1 00g  体重,  连续 4 周,  出现甲状腺重量增加,  血 TT3 、FT4水平降低,  而 TT3 、FT3水平升高,可用于研究甲状腺功能减退时机能和代谢等方面的变化。

3.  诱发性甲状腺机能亢进大鼠模型外源性给予甲状腺激素(T4) 或三腆甲腺氨酸(T3)可 使大鼠出现甲状腺机能亢进的一系列代谢改变。选成年大鼠体重 100g～250g,  将 L－T3 溶 
于生理盐水中,每日腹腔内注射 L－T350μg/100g 体重,连续注射 7  天以上。或将 T4 溶于生理盐水中, 每天腹腔内注射 250μg/100g  体重,  连续注射 18  天;或每天饮用 0.0012% T4水溶液, 连续 18d, 可出现血 T3 、T4水平升高 ,TSH降低,甲状腺重量减轻。此模型可用于甲亢临床医学及治疗学研究,对病因及发病机制的研究帮助不大。

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