非胰島素依賴型糖尿病動物模型研究進展

糖尿病是一種嚴重的人類健康疾病。根據(jù)其發(fā)病機制,分為胰島素依賴型(insulin-dependentdiabetesmellitus,IDDM)和非胰島素依賴型(non-insulin-dependentdiabetesmellitus,NIDDM)兩大類,其中NIDDM占所有糖尿病的90%左右。NIDDM糖尿病及其并發(fā)癥已成為繼癌癥和心腦血管疾病之后的第三大疾患,作為非傳染性流行病,它嚴重危害人類健康,并給人類發(fā)展造成巨大社會負擔和經濟損失。1糖尿病niddm動物模型復制糖尿病動物模型可采用的實驗動物種類、方法很多,通常分為誘發(fā)和遺傳自發(fā)兩類,具體有5種:①注射生長激素、胰高糖素、糖皮質激素等高血糖因子,復制出某些繼發(fā)性糖尿病模型。②注射化學藥物如鏈脲菌素(streptozotocin,STZ)、四氧嘧啶(alloxan)等引起胰島B細胞損傷。③注射生物及生物制品引起B(yǎng)細胞破壞。④手術切除胰腺大部分或全部,佐以高糖飲食刺激,引起繼發(fā)永久性糖尿病。⑤篩選、引種、繁殖遺傳性及自發(fā)性糖尿病動物。由于這類動物模型更接近人類糖尿病的自然發(fā)病及發(fā)展,尤其適于開展糖尿病的病因學研究,如“BB”Wistar系大鼠、NSY糖尿病小鼠、NIH肥胖糖尿病大鼠、山醫(yī)群體中國地鼠、KK糖尿病小鼠等都是極好的糖尿病動物模型。應用實驗動物作糖尿病的研究,要認識到實驗動物與人類的差異性和類似性,由于絕大部分的糖尿病是一種多基因遺傳的異質性疾病,且糖尿病的發(fā)病率受飲食環(huán)境等非遺傳因素的影響很大,還具有多基因遺傳的特點,遺傳給患者一種易感性,而最終的發(fā)病則是諸多因素作用的結果,因此最佳糖尿病動物模型應該是標準的自發(fā)性糖尿病實驗動物。利用中國地鼠(Chinesehamster)即黑線倉鼠(striped-backhamster)為試驗材料,通過近親交配而建立的遺傳性糖尿病模型,在臨床研究中有著積極意義。中國糖尿病地鼠的腎糖閾較人類偏高,個體間差異也較大,尿糖測定值的意義明顯不及血糖測定值,與人類NIDDM十分近似,因而成為NIDDM研究的理想動物模型。目前,山西醫(yī)科大學實驗動物中心和中國協(xié)和醫(yī)科大學實驗動物中心都育有糖尿病中國地鼠。2山醫(yī)群體中地鼠的遺傳糖尿病發(fā)病情況薄家璐等于1980年以來研究培育成功的山醫(yī)群體中國地鼠,有A、B、C、E四個大近交系,雌性發(fā)病率高于雄性,幼鼠在高熱價的脂肪和過量的飲食條件下,糖尿病發(fā)病率進一步增加。此模型動物多為非肥胖型,血糖量中、輕度升高,血清胰島素濃度表現(xiàn)多樣化,多數(shù)正常,少數(shù)升高或降低,胰島病變程度不一。1991年,A家系第20代經檢測,12個位點的基因已完全重合,個體同一位點的帶型一致,說明山醫(yī)群體中國地鼠已經育成近交系。目前,山西醫(yī)科大學實驗動物中心繁育的中國糖尿病地鼠已經近交到24代(E家系)~36代(A家系)。山醫(yī)群體中國地鼠遺傳性糖尿病的發(fā)病規(guī)律:正常動物血糖值90%在4.5~5.5mmol/L,糖尿病地鼠90%為6~7.5mmol/L,10%達9~10mmol/L。高低世代或雌雄糖尿病地鼠體重無明顯差異。多數(shù)糖尿病地鼠的發(fā)病在1歲齡內。群體發(fā)病率為20.88%。3發(fā)病前后中國地鼠紅細胞功能指標的變化中國地鼠血液學變化研究表明:發(fā)病前后大部分血液測定值有差異,且存在性別差異。自發(fā)NIDDM中國地鼠血清Na+、Cl-、Ca2+、Ip(無機磷)含量與正常組相比,差異顯著(P<0.05)或非常顯著(P<0.01),且雄性中國地鼠血清K+含量明顯高于對照組(P<0.05)。自發(fā)NIDDM中國地鼠發(fā)病后血糖(GLU)、尿酸(UA)、甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)均高于正常組(P<0.01)。但血漿胰島素水平較發(fā)病前明顯降低(P<0.01),這一點與劉惠等的報道相左。山醫(yī)群體近交系中國地鼠紅細胞為3.90×1012~4.20×1012/L,白細胞4.63×109~4.95×109/L,網織紅細胞0.44%~0.54%,血紅蛋白(Hb)118.70~126.80g/L,血小板324.94×109~402.86×109/L,凝血時間2.18~3.02min。收縮壓與舒張壓為(13.47±1.0)kPa和(112.48±1.09)kPa。另外,自發(fā)NIDDM中國地鼠發(fā)病前后,紅細胞(RBC)、血細胞比容(HCT)、平均血小板體積(MPV)雄鼠高于雌鼠,平均紅細胞容積(MCV)、平均紅細胞血紅蛋白量(MCH)等指標雌鼠高于雄鼠,而紅細胞分布寬度(RDW)(P<0.05)、血小板計數(shù)(PLT)、MPV、血Hb、紅細胞平均血紅蛋白濃度(MCHC)在發(fā)病后升高。研究表明山醫(yī)群體近交系中國地鼠紅細胞(RBC)少于協(xié)和群體。自發(fā)NIDDM中國地鼠血氣研究表明發(fā)病后氧分壓(PO2)、高鐵血紅蛋白(MetHb)、氧飽和度(SO2)、SO250%的氧分壓(P50(ACT))較發(fā)病前顯著降低,二氧化碳分壓(PCO2)、Hb顯著升高。不同性別中國地鼠血漿碳酸氫根離子濃度(HCO3-),PCO2,PO2,SO2,氧合血紅蛋白(O2Hb)有極顯著差異。自發(fā)NIDDM中國地鼠血液研究表明發(fā)病后,中國糖地鼠丙氨酸轉氨酶(ALT)、天冬氨酸轉氨酶(AST)、α-羥丁酸脫氫酶(HBDH)、乳酸脫氫酶(LDH)、堿性磷酸酶(ALP)、總蛋白(TP)含量增高。NIDDM型糖尿病中國地鼠肝臟微量元素研究表明:Zn、Fe、Mg、Cu四種微量元素含量實驗組和對照組無顯著差異,實驗組Fe、Cu含量稍高,且由于Cu促進雌性中國地鼠對葡萄糖的攝取,雌性動物肝銅含量顯著高于雄性。4中國地鼠niddm的臨床表現(xiàn)胰島素抵抗和胰島素分泌不足是NIDDM型糖尿病主要特點,這很可能是胰島素外周抵抗及受體和葡萄糖轉運系統(tǒng)機能缺陷等因素所致。自發(fā)近交系中國地鼠NIDDM的急性發(fā)病與其胰島細胞數(shù)量變化無關,而血漿胰島素水平較發(fā)病前明顯上升。因而推測造成中國地鼠NIDDM的急性發(fā)病的主要原因是:由于外周組織對胰島素的敏感性和反應性降低,胰島β細胞代償性增加胰島素的分泌,并保持慢性高胰島素血癥狀態(tài),維持正常的糖耐量。中國糖尿病地鼠發(fā)病后,血壓晝夜節(jié)律消失的發(fā)生率明顯升高,進一步研究發(fā)現(xiàn)75%的NIDDM中國地鼠有不同程度的自主神經功能損傷,積分高組晝夜節(jié)律消失的發(fā)生率明顯高于積分低組,提示糖尿病及原發(fā)性高血壓患者血壓晝夜節(jié)律的消失可能與自主神經病變有關。5niddm的基因定位了解基因的相互作用和基因在生物整體上的作用將成為21世紀的基礎醫(yī)學研究焦點。未來研究要從基因組的破譯轉向功能基因組的分析,這預示對動物模型的要求會更高。糖尿病作為一種嚴重危害人類健康的多基因遺傳病,在未來10~20年內,NIDDM的基因定位及克隆就必然成為一個熱點。NIDDM具有廣泛的異質性,不僅表現(xiàn)在不同種族、不同人數(shù)、不同家系甚至在同一家系的不同個體之間都存在明顯差異,而且由于外顯不全(incompletelypenetrance)及虛擬表型(phenocopy)加之環(huán)境因素的影響,使NIDDM的遺傳不完全符合孟德爾遺傳規(guī)律。人類NIDDM的基因定位研究先行一步,集中表現(xiàn)為ADA(1997)和WHO(1999)糖尿病專家對DM的診斷標準和分型建議中。雖然目前對90%的NIDDM復雜病因和發(fā)病機制尚未完全了解,但已經發(fā)現(xiàn)年輕的成年發(fā)病型糖尿病致病基因有MODY1、MODY2、MODY3、MODY4、MODY5等幾種類型。普通型NIDDM易感基因定位進一步明確,如Baier將NIDDM1位點定位于Calpain10基因上。研究表明:GLUT4的基因轉錄、活性、轉位的任何一個環(huán)節(jié)障礙都可引起外周胰島素抵抗,GLUT2介導肝葡萄糖的雙向轉運,異常時會導致糖代銷紊亂。法國Auwerx實驗室克隆了倉鼠和人的PPARγ的cDNAs并做了相關研究,國內NIDDM研究應努力尋求突破點,設法對中國地鼠進行與人相近的遺傳學多基因定位研