糖尿病已经成为严重危害人类健康的公共卫生问题。糖尿病及其并发症不仅严重影响糖尿病患者的生活质量，也是导致残疾和死亡的重要原因。因此，建立合适的糖尿病动物模型，阐明糖尿病及其并发症的发病机制就显得尤为重要。目前糖尿病动物模型的制备方法主要有:手术切除胰腺、化学药物诱导、自发性糖尿病动物模型、转基因动物等。
1.胰腺切除术糖尿病模型
狗、猫和老鼠经常被用来做模型。实验动物胰腺全部或大部分切除，但保留胰十二指肠动脉吻合弓。如果连续两天血糖水平超过11.1 mmol/L或糖耐量试验120分钟后血糖水平仍未恢复到注射前水平，则认为DM模型成功。其机制是胰腺全部或大部分切除后，β细胞丢失，发生永久性DM。
二、化学药物诱导的糖尿病模型
糖尿病可通过腹腔注射链脲佐菌素或静脉注射四氧嘧啶诱发。常用的动物有小鼠、大鼠、兔子和狗。链脲佐菌素STZ的参考剂量为50 ~ 150mg/kg；四氧嘧啶的参考剂量为60 ~ 110 mg/kg。
STZ是一种含亚硝基的化合物，可通过以下机制特异性破坏胰岛β细胞:
(1)STZ直接破坏胰岛β细胞:主要是注射大剂量STZ后。注射STZ后，β细胞内辅酶I(NAD)浓度下降，依赖NAD的能量和蛋白质代谢停止，β细胞死亡。
(2)通过诱导一氧化氮的合成破坏胰岛β细胞；
(3)STZ激活自身免疫过程，进一步导致β细胞的损伤:小剂量注射STZ可破坏少量胰岛β细胞，死亡的胰岛β细胞可被巨噬细胞作为抗原吞噬，产生TH1刺激因子，使TH1细胞系占优势，产生IL-2和IFN-γ，促进胰岛内炎性细胞浸润，激活IL-1、TNF-α、IFN-γ、NO和H2O2的释放。死亡细胞可作为自身抗原，再提呈给抗原提呈细胞进行处理，释放细胞因子，放大细胞损伤效应，最终诱发DM。
四氧嘧啶进入体内后，可迅速被胰岛β细胞摄取，影响细胞膜通透性和细胞内ATP生成，抑制葡萄糖介导的胰岛素分泌。四氧嘧啶主要通过产生氧自由基破坏β细胞的结构，导致细胞损伤坏死，从而阻碍胰岛素分泌，降低血清胰岛素水平。由于四氧嘧啶可引起糖尿病和肝、肾组织的毒性损伤，且用四氧嘧啶制作的一些DM动物模型可自行缓解，所以目前很少使用。
三、自发性糖尿病动物模型
大多数模型由具有自发性DM倾向的近交系纯种动物制成，如BB(生物BB(生物繁殖)小鼠、NOD(非肥胖型糖尿病)小鼠、G(Goto-kakisaki)小鼠和中国仓鼠。自发性糖尿病动物模型是指不经任何有意识的人工治疗，糖尿病自然发生的动物模型。用于研究的自发性糖尿病动物约有20种，可分为两类:
一种是胰岛素缺乏，起病迅速，症状明显，伴有酮症酸中毒，如BB(生物BB(生物繁殖)小鼠、NOD(非肥胖型糖尿病)小鼠、LETL大鼠，可作为1型DM的动物模型。这些动物并不肥胖，在发病初期表现出胰腺炎的症状，人类组织相关抗原(MHC)参与了疾病过程，这与人类1型糖尿病的特征相似。这些模型可用于深入研究人类1型糖尿病的发病机制。
另一类是胰岛素抵抗性高血糖，表现为病程长，无酮症酸中毒。它是2型糖尿病的动物模型。常用的自发性2型糖尿病动物模型包括中国仓鼠、GK(Goto-Kakisaki Wistar大鼠)、NSY (Nagoya-Shibata-Yasuda)和OLETF大鼠。
(1)1型糖尿病的动物模型
1.BB鼠
BB是一种常用的1型糖尿病模型动物，由加拿大渥太华的生物育种实验室培育。约50% ~ 80%的BB大鼠可发生DM，雌雄大鼠发病率相近。在BB大鼠中，DM通常发生在60 ~ 120日龄，发病前几天可见糖耐量受损和胰岛炎。
患病大鼠具有1型糖尿病的典型特征:体重减轻、多饮、多尿、糖尿病、酮症酸中毒、高血糖、低胰岛素、胰岛炎、胰岛β细胞减少。他们需要胰岛素治疗才能生存。
BB鼠的另一个特点是血液中淋巴细胞较少，容易被感染。此外，BB大鼠淋巴细胞性甲状腺炎的发生率较高，血清中常可检测到针对平滑肌、骨骼肌、壁细胞和甲状腺球蛋白的自身抗体。
2.点头鼠
NOD小鼠是一种自发性非肥胖DM小鼠，其发病年龄和发病率具有明显的性别差异。雌性小鼠发病年龄明显早于雄性小鼠，发病率远高于雄性小鼠。NOD小鼠在3-5周龄时开始出现胰岛炎，浸润胰岛的淋巴细胞通常为CD4+或CD8+淋巴细胞，13-30周龄时出现明显的DM。
与BB鼠不同，NOD鼠一般不会出现酮症酸中毒和外周血淋巴细胞减少，但也需要胰岛素治疗才能存活。
NOD小鼠胰岛素炎初期，胰岛素的基础值和对血浆及胰岛灌注中葡萄糖的响应值降低，而胰高血糖素和胰高血糖素样物质的免疫活性升高，葡萄糖激酶和丙酮酸激酶活性降低，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶和丙酮酸激酶活性升高。转氨酶、乳酸脱氢酶、肝组织中的支链氨基酸、肾组织中的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、α-氨基葡萄糖苷酶和β-氨基葡萄糖苷酶。
患有糖尿病的NOD小鼠是遗传、免疫和自由基损伤的结果。NOD小鼠的这些特征与1型糖尿病患者相似，是研究1型糖尿病遗传学、免疫学、病毒学、预防和治疗的良好动物模型。
3.LETL大鼠
LETL也是1型糖尿病模型动物。糖尿病通常发生在8-20周龄。糖尿病的发病率在雄性大鼠中约为21%，在雌性大鼠中约为15%。如果用环磷酰胺治疗5-7周龄的大鼠，16周龄时，DM的发病率将增加一倍。LETL大鼠外周血淋巴细胞无减少，在DM症状出现前4 ~ 5天胰岛有明显淋巴细胞浸润。
(2)二型糖尿病动物模型
1.沙冬青
PO是一种生活在沙漠地区的啮齿动物，具有明显的胰岛素抵抗。在高热量饮食条件下(数天至两周)，90%的PO大鼠可自发出现高胰岛素血症，并伴有明显的高血糖，继而胰岛素水平下降。PO大鼠糖尿病的发病可大致分为以下四个阶段:
①初始阶段:此阶段血糖和血清胰岛素水平正常；
②高胰岛素血症:这一时期血糖保持正常，但血清胰岛素明显升高；
③高胰岛素血症和高血糖期:该期血糖> 11.1 mmol/L；
④低胰岛素和高血糖阶段:该阶段由于胰岛β细胞分泌功能受损而导致胰岛素和高血糖，因此大鼠需要胰岛素治疗来维持生存。Duhault等发现，PO大鼠在二型糖尿病晚期为胰岛素依赖型，胰腺组织学显示存在胰岛炎症，提示PO大鼠具有成人(LADA)迟发性1型糖尿病的特征，因此PO大鼠可能适合LADA的研究。
2.中国地鼠
自发性糖尿病仓鼠模型由健康中国仓鼠近亲繁殖获得。这种模型的特点是轻度和中度高血糖。动物非肥胖，血清胰岛素表现多样，胰岛病变程度不同，与人类2型糖尿病相似。大多数仓鼠在一岁以内发生DM，群体发病率约为20.88%。
3.GK大鼠(Goto-Kakisaki Wistar大鼠)
GK大鼠是一种常用的自发性非肥胖2型糖尿病模型动物。GK雌鼠和雄鼠的发病率相似，明显的糖尿病通常发生在3-4周龄。高血糖发生前，往往有一段血糖正常的时期(从出生到断奶)，相当于人类的DM前期。其特征在于:
葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损，β细胞数量减少60%，肝脏对胰岛素的敏感性降低，导致肝脏产糖过多。
并且在肌肉和脂肪组织中发现中度胰岛素抵抗。GK大鼠的血压也高于正常wistar大鼠(低盐摄入约高15mmHg，高盐摄入约高24mmHg)。
此外，GK大鼠具有与人类2型糖尿病微血管并发症相似的改变，如运动神经传导速度减慢、神经纤维节段性脱髓鞘、轴突变性、视网膜血管内皮生长因子(VEGF)表达增加、局部视网膜血流量减少、蛋白尿、肾小球基底膜增厚、肾小球肥大和硬化等。
4.Zucker糖尿病肥胖(ZDF)大鼠
ZDF大鼠是一种常用的2型糖尿病模型动物，由于瘦素受体突变，其表现为暴饮暴食、肥胖、高胰岛素血症、高脂血症和中度高血压。
雄性ZDF大鼠通常在8 ~ 10周内发展成糖尿病，具有典型的糖尿病症状，如多饮、多尿、体重增加缓慢和神经病变。
雄性ZDF大鼠肌肉中GLUT4和胰岛β细胞中GLUT2的表达显著降低，这可能是ZDF大鼠二型糖尿病的发病机制。组织学研究显示，6周龄大鼠胰岛出现结构紊乱、纤维化和胰岛β细胞脱颗粒，胰岛β细胞数量远低于同周非糖尿病ZDF大鼠。
5.NSY(名古屋-柴田-安田)小鼠
NSY小鼠是根据葡萄糖耐量对JCICR远交小鼠进行选择性育种产生的，具有年龄依赖性自发性糖尿病的特征。小鼠在任何年龄都没有严重肥胖或高胰岛素血症，但在第24周时葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能显著下降。病理上未见胰岛增生或炎症改变等形态学异常，提示NSY小鼠2型糖尿病的病因可能是胰岛β细胞葡萄糖诱导的胰岛素分泌功能改变。胰岛素抵抗可能在其发病机制中发挥作用。NSY小鼠将有助于人们进一步研究2型糖尿病的遗传倾向和发病机制。
6.OLETF(ost uka Long-Evans Tokushima Fatty)大鼠
OLETF大鼠是Kono等利用Long-Evans大鼠建立的自发性2型糖尿病模型动物。胆囊收缩素(CCK)-A受体mRNA的表达在该小鼠中完全缺失，这导致其高食欲和肥胖。消化道对CCK-8刺激无反应，胰腺内分泌和外分泌功能下降。该模型具有多食、肥胖、多饮、多尿等2型糖尿病特征，可缓慢自然产生2型糖尿病。从8周龄开始，OLETF大鼠的血清甘油三酯、胆固醇和餐后血糖显著高于对照组大鼠。随着年龄的增长，血清甘油三酯和餐后血糖不断升高。
从12周龄开始出现明显的胰岛素抵抗。18周龄时，胰岛素敏感性约为对照组的20%。24周龄时，血浆胰岛素代偿性增加。30周龄时，血甘油三酯水平达到对照组的5倍。40周龄后，胰岛分泌功能下降。65周后，血糖水平高达25mmol/L，但IRI水平低于40 pmol/L，OLETF大鼠尿蛋白从30周龄开始明显升高，并随年龄增长迅速升高。雄性大鼠55周龄时，尿蛋白含量可达800 mg/d以上。
组织学研究显示OLETF大鼠胰腺出现进行性纤维化。20周龄时，胰腺出现明显的纤维化和胰岛增大。40周龄时，胰岛被结缔组织取代。70周龄时，胰腺极度萎缩，胰腺组织被脂肪和结缔组织取代。
此外，在OLETF大鼠22周龄时，肾小球基底膜出现增厚。40周龄后，雄性OLETF大鼠肾小球增大，肾小球基质增生，肾小球基底膜增厚。70周龄时，几乎每个肾小球周围都可以看到被扩张的毛细血管包围的PAS阳性结节，这种结节样改变扩展到肾小球膜基质。OLETF大鼠的肾脏变化与人类糖尿病结节性肾小球硬化非常相似。上述不同阶段胰腺和肾脏的病理改变与临床2型糖尿病患者非常相似，为研究2型糖尿病及其并发症的发病机制和评价胰岛素抵抗的干预措施提供了良好的实验动物模型。
7.db/db小鼠
db/db小鼠的糖尿病是由瘦素受体突变引起的，呈常染色体隐性遗传。大鼠在10-14日龄出现暴食和高胰岛素血症，但血糖在4周时仍保持正常，随后大鼠体重逐渐增加，导致高血糖。2 ~ 3个月大时，虽然胰岛素水平是正常的6 ~ 10倍，但血糖水平可达22 ~ 33 mmol/L。
在大约3 ~ 6个月大的时候，胰岛素水平逐渐下降到低于正常水平。在这个阶段，小鼠的体重明显下降，并出现酮症。组织学显示明显的β细胞坏死。如果小鼠缺乏胰岛素治疗，小鼠不能存活超过10个月。db/db小鼠的另一个特征是血清胰高血糖素水平比正常对照组高2倍以上。Db/db小鼠是一种适合研究二型糖尿病病发病机制的动物模型。
8.肥胖基因野生型小鼠
Ob/ob小鼠是二型糖尿病的模式动物，属于常染色体隐性遗传。ob/ob小鼠糖尿病的发病是由于ob基因突变，导致其编码的蛋白瘦素缺乏，导致肝脏脂肪生成和肝脏糖异生显著增加。高血糖刺激胰岛素分泌、胰岛素抵抗和脂肪形成。Ob/ob小鼠体重可达90克。ob/ob小鼠症状的严重程度取决于遗传背景。
纯合动物的特征是肥胖、明显高血糖和高胰岛素血症。ob/ob/6J小鼠的胰岛素水平可达到正常小鼠的10 ~ 50倍，但其血糖通常只是轻微升高。组织学显示，ob/ob小鼠的胰岛β细胞明显增生和增大，而胰岛A细胞、D细胞和PP细胞数量明显减少。
9.KK老鼠
KK小鼠是轻度肥胖的2型糖尿病动物。它与C57BL/6J小鼠杂交并近亲繁殖获得多伦多-KK(T-KK (T-KK)小鼠。
黄色肥胖基因(Ay)被转移到KK小鼠，KKAy小鼠。与KK小鼠相比，KKAy小鼠具有明显的肥胖和糖尿病症状。KK小鼠有明显的暴饮暴食，其血糖和胰岛素水平从5周龄逐渐升高到5月龄时的50克。空腹血糖常低于17 mmol/L，空腹血胰岛素可达1200 ug/ml。在1岁时，暴饮暴食、高血糖、高胰岛素血症、肥胖和肝脏对胰岛素的敏感性可自发恢复正常，但糖尿病KK小鼠的寿命往往明显缩短。此外，KK小鼠的空腹胰高血糖素水平增加，且不受葡萄糖抑制。组织学显示，β细胞有脱颗粒和糖原浸润，随后出现胰岛肥大、脂肪肝和脂肪组织增多。
四。其他糖尿病动物模型
(1)激素性DM动物模型:注射垂体前叶提取物、生长素、肾上腺皮质激素、甲状腺素或胰高血糖素可直接或间接产生DM。
(2)病毒性糖尿病动物模型:采用脑心肌炎病毒(EMC-M病毒)和柯萨奇病毒等。使某些种小鼠的胰岛β细胞脱粒坏死，导致胰岛β细胞破坏，产生类似1型糖尿病。
(3)免疫性DM动物模型:静脉注射抗胰岛素抗体或免疫相同或不同胰岛素和抗血清的弗氏佐剂复合物；或者用相同或不同的胰腺加弗氏佐剂免疫的动物可在数小时后产生短暂的高血糖症。其机制是内源性胰岛素与输入性抗体结合，导致内源性胰岛素减少，导致DM。
(4)下丘脑性DM动物模型:电凝或注射硫代葡萄糖苷金破坏下丘脑腹内侧核(VMH)的饱和中枢，可导致成熟动物出现暴饮暴食、肥胖甚至DM。
动词 （verb的缩写）转基因糖尿病动物模型
转基因动物技术是通过基因工程的手段，对动物基因组的结构或组成进行人工修饰或改造，并通过相应的动物育种技术，使这些修饰后的基因组能够代代传递和表达。
利用这项技术，人们可以将设计好的基因突变引入动物基因组的特定位点，模拟引起人类遗传性疾病的基因结构或数量异常。通过对基因结构的修饰，可以研究基因在体内的功能，以及在动物发生发展的整个过程中，基因的结构与功能之间的关系。已经报道了与1型和2型糖尿病以及青少年成人糖尿病(MODY)相关的转基因糖尿病动物。
(一)MKR小鼠动物模型
MKR小鼠是Fernández等人培育的2型糖尿病转基因动物模型，小鼠骨骼肌过度表达失活的IGF-1受体，失活的IGF-1受体与内源性IGF-1受体和胰岛素受体形成杂合受体，干扰这些受体的正常功能，产生明显的胰岛素抵抗。小鼠在2周龄时出现明显的高胰岛素血症，5周龄时禁食进食后血糖逐渐升高，7-12周龄时出现明显的糖耐量受损。用PPAR激动剂WY14和643治疗可以纠正MKR小鼠的异常葡萄糖代谢。
(2)模型2动物模型
张等通过基因敲除技术制作了肝葡萄糖激酶(glucokinase，)小鼠，发现小鼠血糖随时间逐渐升高，糖耐量降低，6周龄小鼠空腹血糖明显高于对照组小鼠。肝细胞GCK活性降低引起的疾病与人类MODY相似，可作为MODY的动物模型。
线粒体糖尿病
Silva等人发现，β细胞TFAM(线粒体转录因子A)突变的小鼠在5周龄左右出现糖尿病，在7-9周龄表现为mtDNA严重耗竭、氧化磷酸化不足和胰岛线粒体异常，表现为线粒体糖尿病改变。
(D) GDM(妊娠糖尿病)模型
妊娠期胰岛素抵抗可引起妊娠期糖尿病，胎儿的典型特征是巨大儿，成年后肥胖和二型糖尿病的概率增加。Yama***a等发现，C57BL/PKsJ-db/+杂交小鼠出现GDM。妊娠导致PI3K与IRS-1解离，与IR的结合活性增加，胰岛素介导的精氨酸磷酸化增加，IRS-1的表达和酪氨酸磷酸化减少，导致IRS-1结合和激活PI3K的能力下降，胰岛素功能衰竭，胰岛素抵抗[
(5)为了研究B淋巴细胞在1型糖尿病发病中的作用，Wong等通过转基因技术制作了NOD-RIP-B7-1(非肥胖型糖尿病大鼠胰岛素启动子-B7-1)转基因小鼠。由于共刺激因子B7.1的过度表达，该小鼠的DM发病时间明显早于正常NOD小鼠，DM发生在12周龄。
随着糖尿病研究的逐步深入，相应的糖尿病动物模型的发展是必然的，转基因动物的建立将为糖尿病研究提供更加科学有效的工具。
文章关键词：动物实验外包 想了解更多请关注：http://www.do-gene.com
