代謝綜合征動物模型的研究進展

宋巧巧，龐榮清，阮光萍，王金祥(綜述)，潘興華※(審校)

(1.解放軍昆明總醫院干細胞與組織器官工程研究中心，云南省干細胞工程實驗室，昆明650032;2.昆明醫科大學臨床學院，昆明650031)

代謝綜合征(metabolic syndrome，MS)是一組涉及肥胖、胰島素抵抗、血脂紊亂及高血壓的臨床綜合征［1］。通過引發動脈粥樣硬化，導致嚴重的心腦血管疾病及其并發癥。近年來隨著人們生活方式的改變，特別是飲食中高脂肪、高膽固醇物質等高熱量飲食的過量攝入以及缺乏運動等原因，造成MS的發病率逐年升高。據流行病學資料統計，在美國MS的成人患病率達 23%［2］。由MS及其引發的相關疾病日益威脅著人類的健康，使得MS成為近年來醫學研究的熱點。建立MS相關動物模型是進行MS防治研究的前提和基礎，成功地建立MS動物模型，可為MS的基礎研究和治療藥物的篩選與評價提供平臺。

1 誘發性模型

誘發性模型根據誘發物質的不同分為食物誘發性模型、化學物質誘發性模型、喂養+化學物質誘發性模型。

1.1 食物誘發性模型 通過模擬人類不健康的生活方式，給予實驗動物高熱量飲食并限制其運動，使其發生腹型肥胖、胰島素抵抗或高血糖、血脂紊亂和高血壓等。造模實驗動物多選用Wistar大鼠、SD大鼠、C57BL/6J小鼠等，其中以 Wistar大鼠最多見。常用的方法有高糖、高脂、高糖高脂、高脂高鹽飲食等。飲食誘導性MS模型因其造模方法簡單、價格低廉、成模率高，且更能體現出環境因素對MS發病的影響，與人類MS發病情況較為接近，因此得到廣泛應用。由于動物品系個體間差異大，造模所需飲食要求不同，模型不穩定，成模時間長。

1.1.1 高糖飲食誘導 高糖飲食一般選用果糖、蔗糖等，其中以果糖多用，可采取高果糖飲食喂養或飲用含果糖水，過量攝入可引起血脂紊亂、胰島素抵抗或高血糖、腹型肥胖、高血壓等MS表現。Singh等［3］建立了60%高果糖飲食Wistar大鼠模型，與對照組相比，高果糖組喂養20 d后餐后血糖、餐后血漿胰島素水平、收縮壓均顯著升高，口服葡萄糖耐量試驗、胰島素敏感指數、細胞 β功能也相應升高。Kim等［4］報道用65%果糖成功地建立了血脂、血糖、收縮壓較對照組明顯升高的Wistar大鼠MS模型。Moura等［5］研究表明，高果糖飲食在成年Wistar鼠較幼鼠易成模，且在食物中加入果糖比飲用水中加入果糖成模率高。Pérez-Torres等［6］也成功建立了用蔗糖誘導的MS模型。

1.1.2 高脂飲食誘導 高脂飲食一般于飲食中加入大量的飽和脂肪(如豬油、牛奶、蛋黃粉)、膽固醇等，高脂的攝入可致中心性肥胖及胰島素抵抗。其動物多選用Wistar大鼠、SD大鼠。Chen等［7］用含49.5%高脂飲食喂養成年Wistar大鼠12周后，大鼠體質量、收縮壓、餐后血糖、餐后血三酰甘油均顯著升高，具有典型的MS特征。Fujikawa等［8］建立了用高脂飲食誘導而成的MS模型，選用4周齡的SD大鼠，高脂飲食喂養13個月后，與對照組比較，高脂飲食組實驗動物體質、內臟(腎周、附睪)脂肪顯著升高，血糖、血胰島素水平、血非酯化脂肪酸均明顯升高，脂肪細胞因子瘦素升高、脂聯素降低。董麗等［9］報道以高脂飲食喂養Wistar大鼠4周后，與對照組比較，高脂飲食模型組血清總膽固醇、三酰甘油、空腹血糖、血清胰島素均顯著升高，具有明顯的MS特征。

1.1.3 高脂高鹽飲食誘導 高脂高鹽飲食可建立一種具有穩定高血壓的MS模型。龍惠東等［10］成功建立了高脂高鹽飲食誘導的MS動物模型，選用3周齡的雄性Wistar大鼠，高鹽高脂飲食持續喂養18周后，與對照組相比，高鹽高脂模型組體質量、血壓、血脂明顯升高，有明顯的胰島素抵抗。曹廷兵等［11］用8周齡雄性Wistar大鼠造模，模型組以高鹽高脂飲食喂養，實驗結果顯示模型組的體質量、內臟脂肪、血壓、胰島素、三酰甘油均較對照組顯著增加，并表現出顯著的胰島素抵抗，提示高脂高鹽飲食誘導的MS模型成功并接近臨床。

1.1.4 高脂高糖飲食誘導 Poudyal等［12］用高脂高糖飲食誘導8周齡的雄性Wistar大鼠，持續喂養8周后，高脂高糖模型組體質量，內臟脂肪明顯升高，血總膽固醇、非酯化脂肪酸升高，并出現高尿酸，具有明顯的胰島素抵抗。另外，夏燕萍等［13］也報道用高脂高糖飲食成功地建立了MS模型。Chen等［14］研究表明，在高脂高糖飲食誘導的Wistar大鼠MS模型中未見高膽固醇、高三酰甘油，胰島素抵抗，且肌肉脂質累積，脂肪細胞的大小與對照組無統計學差異，這可能是由于高脂飲食可抑制大鼠體內糖類反應元件結合蛋白的表達，降低糖類轉化為脂肪。

1.2 化學物質誘發性模型 通過給予特殊的化學物質模擬MS動物模型，具有制作方法簡單、成模率高的優點。MS是一種復雜的多種病理生理機制的綜合征，并非單個病理因素所致。由于不完全符合臨床MS的病理特征，使得此種方法受到一定的局限，所采取的化學物質有鏈脲佐菌素(streptozotocin，STZ)、四氧嘧啶、地塞米松等，其中以STZ最多用。STZ是N-乙酰葡萄糖胺的類似物，可以選擇性破壞胰腺β細胞，能導致許多動物產生糖尿病，一般采用大鼠和小鼠為動物模型，雄性大鼠較雌性大鼠對STZ更為敏感。采用一次性大劑量注射STZ 24 h后即可出現穩定的高血糖，其病理顯示損傷了大部分胰島β細胞，病理機制類似于人類的1型糖尿病［15］。不同于2型糖尿病的胰島素抵抗機制，目前此法已較少應用。

1.3 喂養+化學物質誘發性模型 單一的食物誘導性MS模型受到諸多因素的影響，在MS成模時間及特征方面具有一定的差異。由于后天的環境因素導致的MS發病率逐漸增加，且化學物質誘發性模型操作方便簡易，高熱量飲食誘導的基礎上輔以化學物質的方法顯示出良好的前景。常用的化學物質為STZ，給予小劑量(如腹腔注射多為25～40 mg/kg)的STZ輕微地破壞胰島β細胞，再配合高熱量飲食，可在短期內致使外周組織胰島素抵抗，誘導出病理、生理改變都接近于人類MS的動物模型。陳紅等［16］用6周齡的SD大鼠，高脂高糖和高脂高糖高鹽飲食喂養10周后，腹腔注射STZ 25 mg/kg后繼續高熱量飲食喂養至12周。結果顯示與對照組相比，模型組體質量、腹圍血糖、血三酰甘油顯著升高。王保偉等［17］研究表明在高熱量飲食造模4周，注射STZ，成模率最高，此方法可縮短單純食物誘導模型造模時間、性狀統一、成模率高，是較為理想的造模方法。

2 轉基因和基因剔除性模型

轉基因和基因剔除性模型，即在活體借助生物工程手段控制實驗動物的特定基因組分及其表達，對其進行基因修飾。其中基因剔除法多用，實驗動物多為小鼠。但是，MS是多基因與環境因素共同控制的結果，并非少數基因的作用，且建模技術要求高、成本大、周期長，使其應用受到一定的限制。有文獻報道［18］，胰島素受體(insulin receptor，INSR)基因剔除模型中小鼠INSR缺乏，出生后會出現酮癥酸中毒，幾天后β細胞功能衰竭，接著會因酮癥酸中毒而死亡。因此，由于INSR剔除所導致的致死性表型，不能對成年鼠各組織中INSR的功能進行分析，制備組織特異性剔除模型，分析INSR在不同組織中所起的作用，如剔除肝臟INSR小鼠稱LIRKO，可出現胰島素抵抗和糖耐量減低;剔除胰島β細胞INSR小鼠稱βIRKO，可出現葡萄糖耐量受損;剔除棕色脂肪組織INSR小鼠稱BATIRKO，可出現β細胞衰竭。

3 結語

上述各類模型都具有一定的MS特點，具有各自的優點和局限性，其中以食物誘發性模型最能模擬人類不健康的生活方式，出現人類MS基本特征，但是存在造模時間長、模型穩定性差的缺點;轉基因和基因剔除性模型可以分析并找出與人類MS相近的病理生理變化規律及控制這些變化的遺傳基礎，但是價格昂貴、周期長且對喂養要求高;比較而言，喂養+化學物質誘發性模型具有造模時間短、性狀統一、來源方便、價格低廉、喂養簡單和便于管理的特點，應用最為廣泛。由于MS是多基因與環境因素共同導致的結果，上述各類模型只具備了MS的部分特點，仍與人類MS的實際情況有一定差距。

近年來隨著分子生物學的快速發展，對MS的發病機制與影響因素的進一步認識，發現與MS相關的致病基因越來越多，因此還需要結合分子生物學技術，從分子水平探索各相關致病基因的病理機制，尋求新的MS治療策略。因此，應當建立一種協同基因和環境因素的MS動物模型，嘗試利用基因與環境因素協同誘導的方法來建立MS模型，使得MS動物模型更加完善，建立更接近于人類MS特征的、穩定可靠的MS模型，以便為開展MS的臨床防治提供良好的平臺。

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