高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠模型的研究進(jìn)展

祁秀茹 王紅杰

高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠模型的研究進(jìn)展

祁秀茹 王紅杰

2型糖尿病;高脂飲食;鏈脲佐菌素;大鼠

隨著人們生活水平的提高，2型糖尿病發(fā)病率和患病率在全球范圍內(nèi)逐年攀升［1，2］，據(jù) WHO 統(tǒng)計(jì)，2011年全世界患2型糖尿病人口已達(dá)到3.46億，預(yù)計(jì)在2030年人數(shù)將翻倍［3］，2型糖尿病嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康。為進(jìn)一步研究2型糖尿病的病因、發(fā)病機(jī)制，探討更有效的治療方法，需要大量的2型糖尿病動(dòng)物模型進(jìn)行基礎(chǔ)研究。本文簡(jiǎn)要綜述2型糖尿病動(dòng)物模型的特點(diǎn)和制備方法，重點(diǎn)分析高脂飲食(HFD)/鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠模型的影響因素。

1 2型糖尿病動(dòng)物模型的特點(diǎn)

2型糖尿病的主要病理生理特點(diǎn)為肥胖、胰島素抵抗［4，5］以及胰島 β 細(xì)胞數(shù)量下降和功能缺失［6，7］。發(fā)病初期表現(xiàn)為胰島素調(diào)節(jié)血糖、脂質(zhì)以及蛋白質(zhì)代謝的功能逐漸下降，發(fā)展成不同程度的2型糖尿病。2型糖尿病早期以血糖、血脂代謝紊亂以及胰島素抵抗為主，晚期以胰島功能相對(duì)缺乏而依賴(lài)胰島素維持代謝平衡［8，9］。因此，理想的2型糖尿病大鼠模型需具備以上特點(diǎn)。目前，2型糖尿病動(dòng)物模型多選用大鼠或小鼠，其生命周期短，環(huán)境條件及遺傳因素容易控制，來(lái)源廣泛，是比較理想的試驗(yàn)動(dòng)物。

2 2型糖尿病動(dòng)物模型制備方法

目前，2型糖尿病動(dòng)物模型制備方法主要有以下三種:

2.1 自發(fā)性2型糖尿病動(dòng)物模型的制備:自發(fā)性2型糖尿病動(dòng)物模型是指自然發(fā)生的，或通過(guò)遺傳培育而保留下來(lái)的動(dòng)物疾病模型。雖然其胰島素抵抗癥狀明顯，但未能體現(xiàn)出環(huán)境因素如飲食、肥胖等在2型糖尿病發(fā)病中的作用［10，11］。此外，自發(fā)性2型糖尿病動(dòng)物模型來(lái)源極少，對(duì)飼養(yǎng)和繁殖條件要求高，需一定時(shí)間發(fā)病，且價(jià)格昂貴，使其難以得到廣泛應(yīng)用，很少作為科研首選。

2.2 轉(zhuǎn)基因2型糖尿病動(dòng)物模型的制備:轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是通過(guò)改變某種特定基因而得到該動(dòng)物特定的遺傳表現(xiàn)。敲除特定的糖尿病相關(guān)基因可以得到2型糖尿病動(dòng)物模型:胰島素受體底物-1(IRS-1)和β細(xì)胞葡萄糖激酶(GK)雙基因敲除雜合體小鼠［12，13］;單基因 IRS-2敲除小鼠［14］。此外，有美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院建立的骨骼肌特異性胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體基因顯性位點(diǎn)失活突變的轉(zhuǎn)基因小鼠(MKR小鼠)，其新生MKR小鼠的糖尿病性狀能穩(wěn)定遺傳［15］。雖然轉(zhuǎn)基因糖尿病動(dòng)物模型的病理生理狀態(tài)接近人2型糖尿病，但其造價(jià)昂貴，技術(shù)復(fù)雜，目前國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)研究采用，很難在基礎(chǔ)研究中大規(guī)模普及應(yīng)用。

2.3 HFD/STZ誘導(dǎo)2型糖尿病動(dòng)物模型的制備:目前應(yīng)用最廣的2型糖尿病動(dòng)物模型是HFD/STZ誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠模型。這種模型制作前期利用HFD喂養(yǎng)，誘導(dǎo)大鼠肥胖、脂質(zhì)代謝紊亂、胰島素抵抗［16，17］，后期再聯(lián)合 STZ 靜脈或腹腔注射，造成胰島損傷、胰島細(xì)胞功能相對(duì)缺乏［18，19］，使血糖升高，二者有效結(jié)合，制備2型糖尿病大鼠模型［20-22］。這種模型制備方法成本低、所需時(shí)間較短、操作方法簡(jiǎn)便易于掌握，而且制備的大鼠模型糖尿病癥狀穩(wěn)定，接近人2型糖尿病，比較適合更多的2型糖尿病基礎(chǔ)研究。

3 HFD/STZ誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠模型的影響因素

3.1 年齡2型糖尿病患者多以老年人為主［23］，表現(xiàn)為胰島素抵抗，胰島素相對(duì)缺乏。以往研究多選用6個(gè)月齡以下的大鼠制備2型糖尿病模型，但隨著時(shí)間延長(zhǎng)，糖尿病癥狀逐漸減輕。其原因可能與大鼠月齡小，胰島β細(xì)胞再生能力強(qiáng)，胰島功能恢復(fù)有關(guān)［24］。而老齡嚙齒類(lèi)動(dòng)物(年齡大于1年)，胰島β細(xì)胞破壞以后無(wú)再生能力［25］。因此，2型糖尿病大鼠模型制備時(shí)必須考慮大鼠的年齡，選用6個(gè)月齡以下的大鼠制備的2型糖尿病模型時(shí)應(yīng)注意其胰島β細(xì)胞的再生。

3.2 HFDHFD是通過(guò)改變飲食結(jié)構(gòu)引起大鼠肥胖、高血脂，進(jìn)一步誘發(fā)胰島素抵抗的重要手段。高脂飲食可導(dǎo)致體內(nèi)糖脂代謝紊亂，通過(guò)糖脂肪酸循環(huán)、胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等多個(gè)途徑抑制糖儲(chǔ)存，降低胰島素敏感性，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生。此外，治療肥胖可以減輕胰島素抵抗，緩解糖尿病癥狀［26-28］，可見(jiàn)肥胖是胰島素抵抗主要誘發(fā)因素之一［29］。HFD喂養(yǎng)時(shí)間，HFD中脂肪、碳水化合物比例，對(duì)于誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠胰島素抵抗有一定程度影響，如表1所示:Khan等［30-32］的實(shí)驗(yàn)中，HFD時(shí)間均設(shè)計(jì)為2周，但Hussein等將HFD脂肪、碳水化合物比例分別設(shè)計(jì)為23%、3%，與Khan設(shè)計(jì)的HFD飲食結(jié)構(gòu)相比降低了碳水化合物比例，同時(shí)提高了脂肪比例，結(jié)果提高了大鼠的胰島素抵抗指數(shù)，由此推斷脂肪比例的高低會(huì)影響大鼠胰島素抵抗程度;而Islam等將HFD脂肪、碳水化合物比例分別設(shè)計(jì)為 20%、47%［32］，與 Hussein 等［31］設(shè)計(jì)的HFD飲食結(jié)構(gòu)相比極大提高了HFD碳水化合物比例，略降低了脂肪比例，結(jié)果進(jìn)一步提高了大鼠的胰島素抵抗指數(shù)，由此推斷碳水化合物比例的高低也會(huì)影響大鼠胰島素抵抗程度。此外，筆者未見(jiàn)HFD脂肪比例＞60%的報(bào)道，推測(cè)飼料脂肪比例過(guò)高影響大鼠食欲和進(jìn)食量，反而不利于造模成功。由此可見(jiàn)，HFD脂肪、碳水化合物比例都可能影響大鼠胰島素抵抗的形成。此外，文獻(xiàn)報(bào)道HFD 2個(gè)月與HFD 1個(gè)月誘導(dǎo)大鼠2型糖尿病，均聯(lián)合小劑量STZ 15 mg/kg尾靜脈注射1次，結(jié)果HFD 1個(gè)月組大鼠未成模，平均血糖只有5.63 mmol/L，而HFD 2個(gè)月組大鼠平均血糖高達(dá)23.4 mmol/L，并且在STZ注射2個(gè)月之后，大鼠空腹血糖穩(wěn)定在16.92 mmol/L，K-value值顯著低于正常對(duì)照組大鼠，胰島素不敏感，胰島素抵抗明顯，可見(jiàn)HFD時(shí)間也會(huì)影響大鼠2型糖尿病的誘導(dǎo)［33］。綜上所述，2型糖尿病大鼠模型制備時(shí)須要綜合考慮HFD脂肪、碳水化合物比例和時(shí)間長(zhǎng)短，可在一定范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整。見(jiàn)表1。

表1 HFD/STZ 2型糖尿病大鼠模型HFD脂肪比例歸納總結(jié)

3.3 STZSTZ具有細(xì)胞毒性，可優(yōu)先進(jìn)入并積聚在胰島β細(xì)胞內(nèi)，對(duì)大鼠胰島β細(xì)胞高選擇性破壞，造成胰島素合成和分泌下降，血糖紊亂，誘發(fā)糖尿?。?4，35］。并且已有研究顯示，1型糖尿病患者胰島細(xì)胞損傷多達(dá)60% ～80%［36］，2型糖尿病患者(5年病史)胰島細(xì)胞損傷大約在24%［37］。因此，有人對(duì)2型糖尿病大鼠模型制備時(shí)STZ的使用劑量及次數(shù)做了探討［22］，發(fā)現(xiàn)STZ 30 mg/kg腹腔注射1次，2型糖尿病大鼠成模率僅為35%，且平均空腹血糖為7.92 mmol/L;加大STZ劑量至45 mg/kg腹腔注射1次，大鼠平均空腹血糖水平高達(dá)24.5 mmol/L，成模率100%，但糖尿病大鼠胰島素敏感性與空白對(duì)照組大鼠無(wú)差異，胰島素抵抗不明顯，其癥狀更接近人 1型糖尿病;后又以 STZ 30 mg/kg腹腔注射2次(STZ注射1周后空腹血糖低于7.8 mmol/L的再次以相同劑量腹腔注射STZ)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大鼠血糖可以連續(xù)4周都穩(wěn)定在14 mmol/L左右，同時(shí)胰島素敏感性低，胰島素抵抗明顯，癥狀接近人2型糖尿病，且成模率達(dá)85%?？梢?jiàn)，STZ的注射劑量以及注射次數(shù)影響STZ的毒性，進(jìn)而影響胰島β細(xì)胞的存活量，最終影響2型糖尿病大鼠成模，并且這一結(jié)論與 Islam 等［32，38］的實(shí)驗(yàn)結(jié)論相一致。因此，在HFD/STZ誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠模型時(shí)需合理設(shè)計(jì)STZ的注射劑量以及注射次數(shù)。

4 HFD/STZ誘導(dǎo)

2型糖尿病動(dòng)物模型的判定2型糖尿病的主要病理特點(diǎn)為胰島素抵抗［4，5］，血糖升高是胰島素分泌相對(duì)不足而其自身無(wú)法完全代償時(shí)出現(xiàn)的臨床癥狀。2012年世界衛(wèi)生組織以及美國(guó)糖尿病協(xié)會(huì)2型糖尿病患者診斷標(biāo)準(zhǔn)為［39］:Ⅰ:糖化血紅蛋白(HbA1c)≥6.5%，Ⅱ:FPG≥7.0 mmol/L(126 mg/dl)，Ⅲ:OGTT 2 h PG≥11.1 mmol/L(200 mg/dl)，Ⅳ:有高血糖典型癥狀或高血糖危癥的患者，隨機(jī)血糖≥11.1 mmol/L(200 mg/dl)。根據(jù)人2型糖尿病的診斷標(biāo)準(zhǔn)，HFD/STZ誘導(dǎo)2型糖尿病大鼠模型第一步HFD階段完成之后，通過(guò)血漿胰島素檢測(cè)、腹腔葡萄糖耐量實(shí)驗(yàn)(IPGTT)和胰島素耐量實(shí)驗(yàn)(ITT)判斷大鼠是否存在胰島素抵抗［20-22］，此外，由于血脂升高和肥胖可以加重胰島素抵抗［26-28］，因此將體重和血脂檢測(cè)作為輔助指標(biāo)［20-22］。若IPGTT和ITT實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:HFD組大鼠與NPD組大鼠比較，血糖變化相似但胰島素卻高達(dá)NPD組的2倍，可以認(rèn)為造成了大鼠胰島素抵抗［20］，同時(shí)伴有血脂升高、體重增加。第二步腹腔注射STZ之后24 h檢測(cè)血糖，若大鼠空腹血糖≥14 mmol/L［22］或者隨機(jī)血糖≥16.7 mmol/L［21］，并連續(xù)監(jiān)測(cè)4周，大鼠血糖、胰島素抵抗癥狀穩(wěn)定，認(rèn)為2型糖尿病大鼠造模成功。為明確HFD/STZ2型糖尿病大鼠胰島損傷狀況，有學(xué)者對(duì)其胰島組織進(jìn)行病理學(xué)觀(guān)察，結(jié)果胰島組織病理性無(wú)規(guī)則增生［33］，這符合人2型糖尿病胰島病理特點(diǎn)。為驗(yàn)證HFD/STZ2型糖尿病大鼠模型的穩(wěn)定性，有學(xué)者進(jìn)行了短期(4周)2型糖尿病藥物干預(yù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果藥物干預(yù)組糖尿病大鼠糖尿病癥狀得到明顯改善，而對(duì)照組糖尿病大鼠血糖一直穩(wěn)定在14 mmol/L左右［22］，證實(shí) HFD/STZ2型糖尿病大鼠模型具有一定的穩(wěn)定性。

綜上所述，HFD/STZ2型糖尿病大鼠模型制備主要受大鼠年齡、HFD中脂肪、碳水化合物比例、HFD喂養(yǎng)時(shí)間、STZ注射劑量及次數(shù)的影響，通過(guò)控制影響因素，可以縮短2型糖尿病大鼠模型的制備時(shí)間，提高動(dòng)物成模率。與自發(fā)性2型糖尿病動(dòng)物模型和轉(zhuǎn)基因2型糖尿病動(dòng)物模型相比，HFD/STZ2型糖尿病大鼠模型造模耗時(shí)短、方法簡(jiǎn)便易于掌握、重復(fù)性好、價(jià)格便宜，短期內(nèi)可大量復(fù)制供2型糖尿病基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究，是目前制備2型糖尿病動(dòng)物模型的最佳選擇。

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A

1002-7386(2015)21-3308-03

10．3969/j．issn．1002-7386．2015．21．039

項(xiàng)目來(lái)源:河北省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):12276104D-35)

071000 河北省保定市，河北大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院(祁秀茹);河北大學(xué)附屬醫(yī)院(王紅杰)

王紅杰，071000 河北省保定市，河北大學(xué)附屬醫(yī)院;E-mail:hongjiew68@163.com

2015-04-11)