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Nature Reviews Endocrinology

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年11月22日 15:57

據(jù)統(tǒng)計(jì)全球有超過(guò)三分之一的人口超重或肥胖，且進(jìn)一步發(fā)展為‖型糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)居高不下，迫切需要更加安全有效的治療方法。在此臨床大背景下，精選合理的動(dòng)物模型以進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證和優(yōu)化新治療方法并保證其臨床安全有效極為重要，同時(shí)也加速了從實(shí)驗(yàn)室研究到臨床應(yīng)用的步伐。當(dāng)使用動(dòng)物模型進(jìn)行肥胖和糖尿病研究時(shí)，存在很多干擾因素，如下圖描繪了多因素相互關(guān)聯(lián)的遺傳和環(huán)境矩陣，可見(jiàn)完美的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是不存在的。重要的是要意識(shí)到這些挑戰(zhàn)，并以最理想的方式控制影響因素，以保證已發(fā)表結(jié)果的可解釋性和可重復(fù)性?！禢ature Reviews Endocrinology》刊登了慕尼黑理工大學(xué)Matthias H. Tsch?p研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于各類(lèi)肥胖、糖尿病動(dòng)物模型的綜述文章。本文針對(duì)文章中大鼠、小鼠模型進(jìn)行整理總結(jié)，關(guān)于非哺乳動(dòng)物（秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)/果蠅/斑馬魚(yú)）、大型動(dòng)物（如豬/比格犬）、非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物相關(guān)模型總結(jié)可留言獲取原文自行深度挖掘。

飲食誘導(dǎo)的動(dòng)物模型

飲食誘導(dǎo)的動(dòng)物肥胖模型與人類(lèi)肥胖相似，常用來(lái)研究飲食、基因等因素與肥胖/糖尿病等疾病進(jìn)程之間的關(guān)系。現(xiàn)整理肥胖和糖尿病研究框架下大鼠和小鼠模型相關(guān)影響因素（如動(dòng)物品系、飲食、表型等）。

品系：1）近親小鼠品系的遺傳差異影響其對(duì)飲食誘導(dǎo)的肥胖和糖尿病的易感性。比如近交系C57BL/6J常用于飲食誘導(dǎo)肥胖（diet-induced obesity，DIO）模型，因?yàn)樗子诎l(fā)展為嚴(yán)重肥胖、脂肪積累、葡萄糖耐受不良和中度胰島素抵抗。而其他近交系如SWR/J和 A/J小鼠對(duì)于DIO及相關(guān)并發(fā)癥敏感性低，使其成為研究人類(lèi)肥胖抵抗的理想模型。2）胰島素抵抗方面，100多種近交小鼠品系在經(jīng)過(guò)高脂高蔗糖飲食飼養(yǎng)8周后，不同品系間胰島素抵抗（HOMA）差異極大，雌雄之間變化倍數(shù)更高達(dá)63倍或37倍不等。因此，必須仔細(xì)優(yōu)化選擇適合各具體研究的動(dòng)物品系。比如，對(duì)于某藥物抗糖尿病藥效研究，DIO C57BL/6J小鼠模型并不是理想的選擇，因?yàn)樵撈废岛苌侔l(fā)展成高血糖癥和/或胰島萎縮，而C57BL/6N品系小鼠經(jīng)過(guò)3周高脂飲食即可出現(xiàn)肝脂肪變性、高血糖癥和高胰島素血癥。3）飲食誘導(dǎo)肥胖的大鼠品系之間也存在差異，常用大鼠為遠(yuǎn)交品系，如Sprague Dawley、Wistar、LongEvans，這意味著個(gè)體間存在相當(dāng)大的遺傳變異，因此研究者要注意實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)。4）轉(zhuǎn)基因小鼠中，129/Sv 和FVB小鼠是常用的基因敲除模型優(yōu)選品系，而C57BL/6J更適合代謝性研究。此外，研究者還應(yīng)采用單核苷酸多態(tài)性（SNP）分析來(lái)確認(rèn)品系遺傳背景，因?yàn)槲⑿〉倪z傳差異就能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，因此同窩出生動(dòng)物是代謝性研究的最好選擇。

性別：雄性小鼠更容易發(fā)生DIO，并且比雌性小鼠進(jìn)展更快且程度更大，而相反在雌雄大鼠之間進(jìn)行DIO進(jìn)程研究更具可比性。1）飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗和葡萄糖耐受不良的表型在小/大鼠性別之間差異更為顯著，且雄性大鼠和小鼠受影響最大。比如肥胖程度相近，4個(gè)月雄性Zucker Diabetic Fatty (ZDF)大鼠會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的高血糖癥（~400 mg/dl）和低胰島素血癥（~1,000 pmol/l），而雌性ZDF大鼠則終其一生保持正常的血糖水平（~100 mg/dl）和胰島素水平（~5,000 pmol/l），臨床上糖血癥也存在性別二態(tài)性，雖然肥胖在女性中更為普遍，但全球T2DM患病率女性低于男性。2）肥胖并發(fā)癥中的性別二態(tài)性與性激素（睪酮與雌二醇、孕酮的比例）及其對(duì)脂肪分布的不同影響有關(guān)。中心型肥胖尤其是內(nèi)臟脂肪對(duì)健康有害，而下半身脂肪以皮下脂肪的形式增加實(shí)際上可能具有保護(hù)作用。雌性嚙齒動(dòng)物比雄性有更多的皮下脂肪和更少的內(nèi)臟脂肪。雌性大鼠和小鼠卵巢切除能消除內(nèi)源性雌二醇和孕酮的產(chǎn)生，導(dǎo)致脂肪分布男性化，并增加飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗易感性。3）有證據(jù)表明非性腺性染色體特異性因子也在代謝差異表現(xiàn)中起作用。肥胖研究中的性別差異是常態(tài)而不是特例。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）數(shù)據(jù)支撐這個(gè)觀點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)性別特異性的遺傳藍(lán)圖，表明肥胖和糖尿病的易感性差異。因此，研究人員應(yīng)注意到近期NIH倡議對(duì)臨床前生物醫(yī)學(xué)研究中要進(jìn)行性別調(diào)查研究。4）目前，臨床前研究普遍使用雄性嚙齒動(dòng)物，尤其是在藥物研究中。雌性嚙齒動(dòng)物被刻意避免，因?yàn)槠毡槎唇?jīng)證實(shí)的假設(shè)認(rèn)為雌性發(fā)情會(huì)引起無(wú)法預(yù)料的實(shí)驗(yàn)因素變化，因此，控制發(fā)情周期對(duì)研究很重要。此外，雄性因具有更明顯的疾病表型而受到研究者青睞。顯然，旨在預(yù)防或逆轉(zhuǎn)肥胖和/或治療T2DM的干預(yù)措施應(yīng)該在兩性中進(jìn)行研究，以提高其轉(zhuǎn)化價(jià)值。

年齡：年齡是影響肥胖和T2DM研究的另一個(gè)重要因素。臨床上，體重、有無(wú)脂肪塊、脂肪塊重新分布都會(huì)隨著年齡增長(zhǎng)而增加（55歲達(dá)峰值）。肌內(nèi)脂肪和肝內(nèi)脂肪在老年人群增加尤其明顯，其與胰島素抵抗有關(guān)。1）與人類(lèi)類(lèi)似，老齡化同樣影響嚙齒動(dòng)物的代謝，常用于代謝研究的C57BL/6J小鼠體重隨著年齡增長(zhǎng)而增加，在9個(gè)月時(shí)達(dá)到高峰，老年C57BL/6J小鼠（22月齡）與3月齡小鼠相比肌肉體重減少而脂肪重增加。大鼠和小鼠空腹血糖水平在一生中基本平穩(wěn)，但葡萄糖耐受量在大鼠中通常隨著年齡的增長(zhǎng)而惡化，小鼠受到的影響較小。2）另一個(gè)重要因素是飲食干預(yù)開(kāi)始時(shí)鼠的年齡。若小鼠年齡較小（<8周，經(jīng)驗(yàn)值）時(shí)開(kāi)始喂養(yǎng)HFD，則隨后的肥胖和肥胖癥表型并不會(huì)特別明顯。

飲食：1）輕微的飲食差異就可以極大地影響代謝參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。例如，大鼠膳食中動(dòng)物源脂肪（如豬油）對(duì)肥胖和胰島素抵抗的影響比植物脂肪更為顯著。即使細(xì)微差異，如不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比例以及飲食形態(tài)（液體與固體）的改變，都會(huì)導(dǎo)致不同的DIO結(jié)果。例如，用于制備HFDs的脂肪源是決定無(wú)菌小鼠是否對(duì)DIO抗性或易感性的關(guān)鍵因素。2）必須考慮食物顆粒的質(zhì)地和硬度，研究表明以粉狀低脂飲食喂養(yǎng)的小鼠會(huì)自發(fā)產(chǎn)生多余脂肪。部分DIO響應(yīng)可能取決于食物質(zhì)地的改變而不是營(yíng)養(yǎng)組成改變，因?yàn)镠FD中使用的顆粒通常比相應(yīng)對(duì)照飲食中使用的顆粒更軟。3）保證營(yíng)養(yǎng)成分在每個(gè)生產(chǎn)批次中可重復(fù)性。如果研究目標(biāo)是評(píng)估特定飲食成分的影響，研究人員還必須注意選擇適當(dāng)?shù)膶?duì)照飲食。例如基于谷物的食物飲食與純實(shí)驗(yàn)性HFD相比，這些食物成分可能因批次、季節(jié)和供應(yīng)商而存在差異。非營(yíng)養(yǎng)飲食成分的可變性如可溶性纖維含量和植物源性雌激素的變化也會(huì)影響DIO和代謝性疾病的進(jìn)展，甚至影響行為特征。4）人類(lèi)每天從脂肪中攝取30%熱量，低于許多臨床前DIO研究中嚙齒動(dòng)物攝入量（40%至60%卡路里來(lái)自脂肪）。特殊HFD（近80%的卡路里來(lái)自脂肪）研究結(jié)果的轉(zhuǎn)化價(jià)值值得懷疑。代謝性?xún)?nèi)毒素血癥假說(shuō)認(rèn)為高脂肪攝入會(huì)損害腸屏障，這主要是基于小鼠特殊飲食干預(yù)的研究結(jié)果，即小鼠78%的卡路里攝入來(lái)自不含碳水化合物膳食配方中的脂肪。后續(xù)研究已經(jīng)表明，HFD消耗對(duì)腸道屏障完整性的影響很大程度上取決于宿主狀態(tài)和腸道細(xì)菌定植。5）含糖物質(zhì)消耗增加與人類(lèi)肥胖風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。但普通糖由大部分果糖組成，而果糖會(huì)加重肥胖并發(fā)癥，如肝臟疾病。與攝入葡萄糖水的小鼠相比，盡管攝入卡路里相同，但攝入果糖補(bǔ)充水小鼠的肥胖率有所增加。與HFD小鼠相比，高糖飲食嚙齒類(lèi)動(dòng)物體重增加和肥胖往往不那么明顯，但血糖控制同樣受到了負(fù)影響。6）大多數(shù)實(shí)驗(yàn)性肥胖誘導(dǎo)飲食缺乏人類(lèi)飲食的復(fù)雜性和多樣性，或許可以解釋嚙齒動(dòng)物為什么在喂食這種食物時(shí)通常不會(huì)表現(xiàn)出明顯或持續(xù)過(guò)量攝食情況。小鼠從標(biāo)準(zhǔn)低脂飲食過(guò)渡到HFD后第一天出現(xiàn)暴飲暴食，但隨后逐漸減少其攝取量接近對(duì)照飲食組的攝入水平。有一種更好地模擬臨床肥胖人群表現(xiàn)出的享樂(lè)性過(guò)度食欲替代方法，即在自由飲食中，嚙齒類(lèi)動(dòng)物可以自由地吃到幾種不同的可口高能量“垃圾”食物（除了普通的食物和水）。因此，和高脂飲食組相比，自由飲食組有助于出現(xiàn)顯著的體重增加和更嚴(yán)重的糖尿病癥狀。

飲食誘導(dǎo)肥胖的表觀遺傳：疾病特征是否通過(guò)精子和卵母細(xì)胞傳遞給后代仍然存在爭(zhēng)議。在自然受精條件下的嚙齒動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)，親代HFD飼養(yǎng)后代將延續(xù)肥胖和葡萄糖耐受不良的表型。然而，自然繁殖下，子宮環(huán)境、哺乳和親代微生物群落、行為差異等因素會(huì)干擾對(duì)現(xiàn)象的解釋。對(duì)低脂飲食或HFD的親代小鼠精子和卵細(xì)胞進(jìn)行體外受精，并使用健康個(gè)體進(jìn)行代孕，發(fā)現(xiàn)其中一組避開(kāi)了混雜因素清楚地證明了DIO和胰島素抵抗的表觀遺傳。這一發(fā)現(xiàn)與人類(lèi)的流行病學(xué)數(shù)據(jù)相一致，該數(shù)據(jù)表明后代的BMI與親代的肥胖程度相關(guān)，而葡萄糖耐量的降低與母親而不是父親的血糖控制受損存在更顯著地相關(guān)。生殖細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組的變化及其基因甲基化組中特征標(biāo)記的改變是傳遞代謝表型的表觀基因組信息的潛在候選者，因此肥胖動(dòng)物模型研究中最好選擇同窩出生仔作比較。

基因型嚙齒動(dòng)物模型

單基因小鼠模型：在20世紀(jì)60年代，杰克遜實(shí)驗(yàn)室的科爾曼及其同事發(fā)現(xiàn)并分離了兩種突變小鼠種群，即嚴(yán)重肥胖輕度糖尿?。╫b）種群和中度肥胖嚴(yán)重糖尿病（db）種群。ob/ob小鼠的瘦素（當(dāng)時(shí)被稱(chēng)為Ob，現(xiàn)在被稱(chēng)為L(zhǎng)ep）存在自發(fā)突變導(dǎo)致瘦素缺乏，db/db小鼠存在瘦素信號(hào)接收缺陷，這是由Lepr（瘦素受體）自發(fā)突變引起的。經(jīng)常被忽略的是，當(dāng)這些小鼠處于相同遺傳背景時(shí)，ob/ob小鼠或db/db小鼠幾乎擁有相同的表型。ob/ob小鼠保持了C57BL/6J遺傳背景，而db/db小鼠保持了C57BLKS/J遺傳背景，遺傳背景的差異使得重度肥胖（ob/ob）與重度糖尿?。╠b/db）表型存在差異。1）在C57BL/6J遺傳背景下，ob/ob小鼠表現(xiàn)出早發(fā)性肥胖，這種肥胖由過(guò)量攝食和能量消耗降低所致，ob/ob小鼠也會(huì)出現(xiàn)高胰島素血癥、輕度高血糖和胰島素抵抗，但ob/ob小鼠不能生育。在C57BLKS/J遺傳背景下，ob/ob小鼠明顯患有以高血糖嚴(yán)重和胰島萎縮為特征的糖尿病，以至于容易過(guò)早死亡。2）在C57BLKS/J背景下db/db小鼠在很大程度上包含了ob/ob小鼠的肥胖表型。db/db小鼠過(guò)度飲食，能量消耗降低，導(dǎo)致早發(fā)性肥胖。由于生長(zhǎng)素缺乏導(dǎo)致線(xiàn)性生長(zhǎng)減少且不孕，并且db/db小鼠的瘦素水平顯著升高。db/db小鼠高胰島素血癥可在10天齡被檢測(cè)到，并且胰島素水平繼續(xù)增加直到3個(gè)月齡，同時(shí)伴有胰島β細(xì)胞增生和肥大。3個(gè)月后，db/db小鼠胰島素水平出現(xiàn)明顯下降，該現(xiàn)象與β細(xì)胞萎縮有關(guān)。然而，db/db模型并不能捕捉到人類(lèi)所有的糖尿病并發(fā)癥。CD57BL/6J背景下的db/db小鼠盡管具有明顯肥胖表型但表現(xiàn)出輕微的糖尿病癥狀和正常生命周期。

單基因大鼠模型：肥胖Zucker大鼠為瘦素受體缺陷模型， Koletsky大鼠為自發(fā)性高血壓型肥胖（SHROB）大鼠。由于GH-IGF1軸活性降低和甲狀腺功能減退，這些大鼠出現(xiàn)攝食過(guò)度和重度肥胖，同時(shí)出現(xiàn)能量消耗減少，葡萄糖耐量受損，胰島素敏感性受損，生長(zhǎng)發(fā)育遲緩。純合子突變的雌性和雄性大鼠不育。此外，與Zucker大鼠相反，Koletsky大鼠從30天開(kāi)始出現(xiàn)高血壓。不管肥胖Zuker大鼠還是肥胖Koletsky大鼠均不易發(fā)生糖尿病。ZDF大鼠是通過(guò)高血糖癥肥胖Zucker大鼠選擇性繁殖獲得，攜帶β細(xì)胞轉(zhuǎn)錄常染色體隱性缺陷，導(dǎo)致出現(xiàn)肥胖合并嚴(yán)重糖尿病綜合征，伴有持續(xù)和早發(fā)性高血糖癥，并進(jìn)展為β細(xì)胞死亡、低胰島素血癥和過(guò)早死亡。Otsuka Long–Evans Tokushima Fatty (OLETF)大鼠成年時(shí)出現(xiàn)慢性高血糖和胰島素抵抗會(huì)發(fā)展成糖尿病，出現(xiàn)多尿和多飲等特征性癥狀。這些大鼠也表現(xiàn)出輕度過(guò)度飲食攝入引起的肥胖。OLETF大鼠因?yàn)槿狈δ懩沂湛s素（CCK）受體A型而有助于模型疾病表型發(fā)展。這些大鼠還表現(xiàn)出自我校正能量平衡的行為表現(xiàn)，當(dāng)提供HFD和轉(zhuǎn)輪時(shí)，OLETF大鼠的能量消耗大大增加，因此在飲食和肥胖方面與非突變對(duì)照大鼠無(wú)法區(qū)分。

總的來(lái)說(shuō)，代謝性疾病的單基因動(dòng)物模型對(duì)于理解人類(lèi)特定的基因功能和致肥胖的單基因形式具有一定意義，并且它們已經(jīng)成為現(xiàn)代藥物研究中的重要研究工具。比如研究人員經(jīng)常使用C57BL/6J背景ob/ob小鼠模型來(lái)評(píng)估新型抗肥胖藥物在由攝食過(guò)量引起的肥胖表型中的有效性；C57 BLKS/J的db/db小鼠經(jīng)常用于抗糖尿病藥物的療效研究。然而，研究人員越來(lái)越清楚的是，單轉(zhuǎn)基因動(dòng)物模型的代謝特征很少能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)生理功能。目前研究已經(jīng)從449個(gè)突變系27000只小鼠系統(tǒng)表型篩選中發(fā)現(xiàn)了50多個(gè)與葡萄糖穩(wěn)態(tài)、代謝或肥胖表型參數(shù)相關(guān)的基因座。由這些數(shù)據(jù)我們可以預(yù)期用于肥胖癥和糖尿病的單基因動(dòng)物模型數(shù)量將在今后十年中急劇增加。

多基因模型：人類(lèi)肥胖是一種多基因疾病，同時(shí)具有很大的個(gè)體間異質(zhì)性。因此，多基因肥胖易感型嚙齒動(dòng)物模型對(duì)于更好地捕捉人類(lèi)疾病狀況很重要。1）C57BL6/J是一種多基因易肥胖小鼠，因?yàn)檫@些小鼠在被置于肥胖環(huán)境中時(shí)容易由過(guò)度攝食發(fā)展成肥胖而在實(shí)驗(yàn)中被廣泛使用。然而，已有研究發(fā)現(xiàn)C57BL6/J小鼠對(duì)HFD反應(yīng)具有異質(zhì)性。在肥胖環(huán)境中，大約60%的C57BL6/J小鼠的體重會(huì)增加，而其他小鼠體重與標(biāo)準(zhǔn)飲食對(duì)照小鼠體重相當(dāng)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)可能是表觀遺傳差異的結(jié)果，也反映出人類(lèi)肥胖易感性的多樣性。C57BL6/J小鼠6周齡時(shí)可通過(guò)血漿胰島素、瘦素水平以及胰島素敏感性差異區(qū)分DIO應(yīng)答者和非應(yīng)答者。2）與C57BL6/J小鼠相似，50%左右Sprague Dawley大鼠在HFD中出現(xiàn)肥胖，當(dāng)?shù)椭嬍硶r(shí)，DIO傾向性（DIO-P）大鼠飲食攝入量和體重與DIO抵抗型（DIO-R）大鼠大致相同，但當(dāng)喂食HFD時(shí)，DIO-P大鼠飼養(yǎng)效率增加，高胰島素血癥、高瘦素血癥以及肥胖發(fā)展快速。值得注意的是，與DIO-R大鼠相比，DIO-P大鼠在肥胖開(kāi)始前中樞瘦素和胰島素敏感性已經(jīng)降低。DIO-P和DIO-R表型是可遺傳的，這使得可獲取穩(wěn)定的DIO-P和DIO-R亞系重現(xiàn)人類(lèi)多基因肥胖的許多特征。3）沙鼠（Psammomys obesus）是一類(lèi)營(yíng)養(yǎng)依賴(lài)性早發(fā)性肥胖癥和相關(guān)的糖尿病后遺癥的遠(yuǎn)交多基因模型。以低熱量的植物為基礎(chǔ)飲食，體型瘦且血糖正常。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，隨機(jī)給予高能量飲食，沙鼠會(huì)在出生3至4周后出現(xiàn)肥胖并發(fā)展為高血糖，隨后出現(xiàn)T2DM標(biāo)志性表型，如嚴(yán)重的低胰島素血癥、高脂血癥和酮癥。與人類(lèi)T2DM末期相似，糖尿病沙鼠面臨β細(xì)胞退化、腎病、體重減輕和過(guò)早死亡。飼養(yǎng)富含膽固醇飲食，沙鼠還會(huì)發(fā)展成在形態(tài)和功能上與人類(lèi)病理學(xué)相似的非酒精性脂肪性肝炎。通過(guò)選擇性育種，研究人員還建立了糖尿病易感和糖尿病抵抗的沙鼠隊(duì)列用來(lái)研究飲食和基因在糖尿病和肥胖中的相互作用。4）New Zealand Obese（NZO）小鼠是另一種肥胖和T2DM近交系多基因小鼠，NZO小鼠的肥胖是由中度過(guò)量攝食、能量消耗降低和自發(fā)性活動(dòng)減少所誘導(dǎo)。這些作用伴隨瘦素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)失調(diào)和與胰腺、肝臟功能缺陷相關(guān)的血糖紊亂。在4-5周齡，NZO小鼠棕色脂肪組織和骨骼肌中表現(xiàn)出胰島素抵抗。無(wú)碳水化合物飲食的NZO小鼠盡管有明顯的胰島素抵抗和肥胖，但血糖仍保持正常，當(dāng)改用含碳水化合物飲食時(shí)，飲食對(duì)胰島有顯著影響，包括RAC-α絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)活化的喪失、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLUT2的表達(dá)降低和某些對(duì)于胰島素合成和β細(xì)胞完整性必要的轉(zhuǎn)錄因子的減少。這使得該模型適于評(píng)估新療法預(yù)防碳水化合物介導(dǎo)的β細(xì)胞衰竭能力。與臨床情況相似，NZO小鼠T2DM發(fā)病明顯取決于早期的肝脂肪變性程度。當(dāng)10周齡肝臟脂肪含量＜10%時(shí)，NZO小鼠免受高血糖和β細(xì)胞缺失造成的影響。如適度卡路里限制或間歇性禁食（每隔一天禁食）的飲食干預(yù)也可以保護(hù)NZO小鼠免受高血糖癥的影響。5）TALYHOH/Jng（TH）小鼠是一個(gè)近交多基因T2DM模型，表現(xiàn)為中度肥胖。TH小鼠脂肪組織和骨骼肌中胰島素刺激的葡萄糖攝取減少，胰腺形態(tài)和功能出現(xiàn)異常，在很多方面出現(xiàn)類(lèi)似于臨床多基因T2DM癥狀。盡管出現(xiàn)高胰島素血癥和肥胖，雌性TH小鼠仍保持正常血糖。TH小鼠出現(xiàn)骨密度降低，使其成為研究T2DM和骨骼之間相互作用的一個(gè)模型。6）加州大學(xué)(UC) Davis-T2DM （UCD-T2DM ）大鼠模型是通過(guò)成年肥胖Sprague Dawley大鼠和瘦素受體野生型但β胰島細(xì)胞和/或胰島缺陷導(dǎo)致胰島素抵抗的ZDF瘦型大鼠雜交發(fā)展成具有顯著性高血糖特點(diǎn)的T2DM模型。UCD-T2DM大鼠存在葡萄糖刺激性胰島素分泌障礙，空腹和喂食后葡萄糖濃度分別超過(guò)250mg/dl和450mg/dl，在糖尿病發(fā)病后3-4個(gè)月內(nèi)，其HbA1c>7%。該大鼠在低脂、低糖飲食中會(huì)發(fā)展成T2DM，并且雌雄個(gè)體都會(huì)受到影響，雄性糖尿病發(fā)病時(shí)間(~4-8月齡)比雌性更早(~8-12月齡)。UCD-T2DM大鼠出現(xiàn)許多T2DM并發(fā)癥，包括蛋白尿、椎間盤(pán)損害、骨結(jié)構(gòu)和功能受損、腦和/或神經(jīng)元可塑性和代謝出現(xiàn)缺陷。由于它們是瘦素應(yīng)答型大鼠，UCD-T2DM大鼠能生育，不像瘦素缺乏的ZDF大鼠那樣不孕不育。總的說(shuō)來(lái)，UCD-T2DM大鼠是一種通用的嚙齒動(dòng)物模型，可用于開(kāi)發(fā)、評(píng)估、治療和預(yù)防T2DM及其后遺癥。

總之，選擇合適的模型用于代謝研究，確保該模型適合于特定的研究問(wèn)題是科研人員面臨的最大挑戰(zhàn)。對(duì)于臨床前藥物開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，采用易感多基因模型用來(lái)評(píng)估藥物的功效和安全性，有利于采用遺傳功能缺失模型進(jìn)行后續(xù)治療靶點(diǎn)驗(yàn)證。

胰腺β-細(xì)胞功能障礙嚙齒動(dòng)物模型：大多數(shù)T2DM多基因嚙齒動(dòng)物模型從胰島素抵抗到T2DM伴隨β細(xì)胞衰竭繼發(fā)于肥胖（如TH小鼠、沙鼠和NZO小鼠等）。與此相反，Goto- Kakizaki（GK）大鼠是一種非超重多基因T2DM模型，GK大鼠存在新生β細(xì)胞缺陷，當(dāng)出現(xiàn)慢性高血糖、炎癥和氧化應(yīng)激時(shí)，β細(xì)胞代謝和功能缺陷的后果是胰島結(jié)構(gòu)破壞和β細(xì)胞數(shù)降低，這使得GK大鼠成為研究β細(xì)胞衰竭與T2DM之間相互聯(lián)系的模型。其他β細(xì)胞功能障礙研究模型如年輕階段出現(xiàn)成熟糖尿病（MODY），MODY是若干遺傳糖尿病類(lèi)型的總稱(chēng)，這類(lèi)糖尿病是由必需β細(xì)胞特異基因自發(fā)突變發(fā)展而來(lái)的，大概占所有糖尿病病例1%。MODYs可運(yùn)用個(gè)性化治療研究，例如，KCNJ11的突變導(dǎo)致鉀通道轉(zhuǎn)錄缺陷，該缺陷可導(dǎo)致人類(lèi)新生兒糖尿病，如果檢測(cè)出則可以使用磺酰脲類(lèi)藥物進(jìn)行有效處理。而過(guò)表達(dá)導(dǎo)致鉀通道缺陷的轉(zhuǎn)基因小鼠出現(xiàn)高血糖和β細(xì)胞去分化，也可通過(guò)磺酰脲或胰島素治療逆轉(zhuǎn)。Gck基因突變（臨床為MODY2）和Hnf1a基因突變（臨床為MODY3）分別誘導(dǎo)小鼠糖耐量受損和胰島素分泌不足。臨床上，MODY4由PDX1中雜合突變引起的，Pdx1雜合小鼠成年后出現(xiàn)高血糖癥，β細(xì)胞特異性Pdx1缺失誘導(dǎo)β細(xì)胞喪失。在Foxa2-Venus Fusion(FVF)、 Pdx1-BFPFusion(PBF)雙純合子(FVFPBFDHom)小鼠中出現(xiàn)了與MODYs相似的表型，成熟β細(xì)胞受損和β細(xì)胞缺失觸發(fā)β細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為其他內(nèi)分泌細(xì)胞類(lèi)型從而造成β細(xì)胞數(shù)量減少并誘發(fā)糖尿病。有趣的是，雌性FVFPBFDHom小鼠沒(méi)有糖尿病表型，然而，在孕期它們可發(fā)展為妊娠期糖尿病。因此，F(xiàn)VFPBFDHom小鼠由于融合熒光蛋白而成為具有追蹤β細(xì)胞能力的性二態(tài)性糖尿病模型。

機(jī)械性或化學(xué)誘導(dǎo)糖尿病模型

化學(xué)或機(jī)械損傷胰腺可誘發(fā)實(shí)驗(yàn)性糖尿病。該技術(shù)必需經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)技術(shù)訓(xùn)練且需配套的手術(shù)設(shè)備，還需消除外分泌胰腺消化酶和其他胰島激素的混雜效應(yīng)的影響，因此限制了胰腺切除術(shù)的廣泛應(yīng)用。而化學(xué)方法，如致糖尿病藥物鏈脲佐菌素或四氧嘧啶，針對(duì)分泌胰島素的β細(xì)胞為目標(biāo)進(jìn)行造模。這兩種藥物都是細(xì)胞毒性葡萄糖類(lèi)似物，對(duì)GLUT2轉(zhuǎn)運(yùn)體具有高度親和力，主要靶向作用于β細(xì)胞。比起四氧嘧啶，鏈脲佐菌素因其具有更好的穩(wěn)定性和更小的毒性而頗受歡迎。一種常采用的方法是將HFD與低劑量腹腔注射（~30-40mg/kg）鏈脲佐菌素相結(jié)合，以模擬從糖尿病前期胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)到明顯的T2DM轉(zhuǎn)變。這種非遺傳模型的主要優(yōu)勢(shì)在于研究人員可以模擬出類(lèi)似臨床大多數(shù)T2DM患者緩慢發(fā)病機(jī)制的整個(gè)過(guò)程，包括從成人發(fā)病DIO到葡萄糖不耐受、胰島素抵抗、由此產(chǎn)生的代償性胰島素釋放，到最后鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的部分β細(xì)胞死亡。

小結(jié)

除了上述肥胖、糖尿病動(dòng)物模型，還有很多其他用于研究的動(dòng)物模型，比如非哺乳動(dòng)物（秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)、果蠅、斑馬魚(yú)）由于生命周期短（便于長(zhǎng)期及后代定量研究）及高通量分析（實(shí)現(xiàn)全基因RNAi文庫(kù)構(gòu)建），用于初步探索和完善高等生物基礎(chǔ)性概念分析；大型動(dòng)物（如豬、比格犬）可以實(shí)現(xiàn)肝門(mén)靜脈、肝和腎靜脈插管取血等方面的需求而被采用；非人靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物在基礎(chǔ)研究和臨床研究之間起著關(guān)鍵的橋梁作用而被重視。到目前為止，許多類(lèi)器官模型還不能取代哺乳動(dòng)物模型用于研究代謝疾病中的關(guān)鍵因素，如食物攝入量、營(yíng)養(yǎng)分配、體脂分布、全身葡萄糖代謝、大腦控制代謝通量等。對(duì)具體疾病動(dòng)物模型存在的潛在不良副作用和毒性研究也是必不可少的，從而有效保護(hù)臨床健康志愿者和連續(xù)臨床研究的患者。對(duì)于任何轉(zhuǎn)化研究來(lái)說(shuō)，以正確的順序和組合來(lái)選擇模型并考慮生成數(shù)據(jù)和提供結(jié)論時(shí)模型存在的缺點(diǎn)對(duì)任何后續(xù)研究都是至關(guān)重要的，未能選擇適當(dāng)?shù)膭?dòng)物模型進(jìn)行研究將阻礙疾病機(jī)制、診斷以及更安全、有效的潛在治療藥物的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

Kleinert M, Clemmensen C, Hofmann S M, et al. Animal models of obesity and diabetes mellitus. Nature Reviews Endocrinology, 2018, 14(3).

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