誘導性代謝綜合征動物模型研究進展

張 敏，遲秀娥，薛 妍，張宏穎，劉艷麗，王秀萍，薛志忠，曹慧娟，李繼安

(1.華北理工大學中醫學院，河北 唐山 063210；2.滄州中西醫結合醫院內分泌糖尿病科，河北 滄州 061000；3.河北省農林科學院濱海農業研究所，河北 唐山 063210)

代謝綜合征(metabolism syndrome，MS)包含肥胖、高血壓、糖代謝異常、血脂紊亂、高胰島素血癥等多種心血管病危險因子，是多種代謝疾病的聚合體。目前，MS的病理機制尚未清楚，西醫治療多局限于對癥治療，中醫治療則具有整體調節、辨證論治的特點。構建與人類MS特征類似的動物模型，選擇合理的模型復制成功的標準，對于探究其病理機制及干預藥物的基礎研究尤為關鍵。目前MS動物模型的構建主要有兩類方法，一是選擇遺傳動物模型，二是對動物進行基因修飾、飲食和(或)藥物及外科干預誘導等措施。這兩類方法各有利弊，顯然模仿人類高能量飲食及靜坐少動等不良生活方式復制模型更能體現人類MS的病理特征。

1 實驗動物

目前常用的嚙齒類動物主要有Wistar大鼠、Sprague-Dawley(SD)大鼠、C57BL/6小鼠、倉鼠、家兔、Gottingen小豬等，其中Wistar大鼠及SD大鼠最多見。由于品系不同的動物具有差異性遺傳基因，故其生理病理特點表現各異，如張克交等[1]實驗研究表明，谷氨酸鈉誘導MS模型具有種屬差異性，小鼠血脂升高水平較大鼠更明顯，因而實驗研究時需根據實驗目的靈活選用動物。

2 誘導模型

目前誘導MS動物模型的方法主要有單純飲食誘導、藥物誘導及飲食加藥物誘導3種模式。飲食誘導的飼料成分主要包括高脂、高糖、高鹽三類，化學誘導的藥物種類包括鏈脲佐菌素(streptozoxin，STZ)、糖皮質激素(如地塞米松)及抗精神病類藥物(如奧氮平)等。以上各方法通過不同途徑引起代謝異常，最終導致MS的發生。

2.1 單純飲食誘導

2.1.1 高脂飲食 國內外多項研究表明，高脂飲食能有效地促進血糖升高、胰島素抵抗、血脂異常等的發生，并隨攝食脂肪的增加呈劑量依賴性[2]。其機制可能在于攝入大量的脂肪后導致體內脂肪酸及三酰甘油(triglyceride，TG)等升高，導致胰島素抵抗或(和)胰島素敏感性降低，而大量游離脂肪酸亦對胰島β細胞產生脂毒性。文獻研究表明，高脂飲食使用含20%～60%脂肪的飲食作為能量來源，應用動物脂肪和ω-6/ω-9脂肪酸為基礎的能量含量超過40%的半凈化飲食方法會導致肥胖和胰島素抵抗，而食用魚油的動物不會發生這些疾病[3]。董明等[4]用近交系清潔級3周齡C57b/6L小鼠給予高脂飲食純化飼料(脂肪占總熱量的58%，碳水化合物占25.5%，蛋白占16.4%)誘導MS動物模型，連續喂養10周成功構建了高脂飲食喂養肥胖小鼠模型，其中模型組小鼠先后表現出肥胖、糖耐量降低及血脂紊亂。劉偉等[5]利用普通飼料加雞蛋黃、花生形成的高脂飼料喂養SD大鼠32周，成功構建具有肥胖、高血壓、血脂異常特征的營養性MS大鼠模型。此類模型復制方法具有操作簡單、穩定性高、可重復性強的特點。

2.1.2 高脂高鹽飲食 大量動物模型復制實驗表明，單純高脂飲食不易形成穩定的高血壓模型，而高鹽飼料可成功誘導出鹽敏感度高血壓模型。目前研究認為，高鹽飲食導致高血壓的主要機制包括離子轉運改變(如鈉鈣交換增加)和腎臟排鈉功能異常致水鈉潴留等。國外一項研究表明，高鹽飲食可使交感神經系統興奮，增加氧化應激和炎癥細胞因子的產生，亦可通過激活腎素、血管緊張素、醛固酮系統，增加腎素血管緊張素Ⅱ產生，引起鈉水潴留，造成各種病理改變，使血壓升高[6]。盧文藝等[7]根據前期研究，以高脂高鹽飲食(基礎飼料占50%，豬油占25%，蔗糖占15%，NaCl占10%)喂養Wistar大鼠12周成功誘導具有肥胖及胰島素抵抗等特征的MS大鼠模型。

2.1.3 高糖飲食 目前單純高糖飲食誘導MS動物模型主要采用高糖飲食或高糖飲水兩種方式，涉及的糖類主要成分為不同形態的果糖，包括游離態果糖及結合態果糖(蔗糖)。目前針對高糖誘導MS潛在機制的研究主要是影響糖脂代謝及腸道菌群兩大方面。果糖經胃腸道通過果糖特異性轉運子及葡萄糖轉運蛋白2吸收、擴散入血，經過三羧酸循環迅速代謝，從而生成乳酸及葡萄糖、肝糖原、肌糖原等，也可通過磷酸果糖激酶干擾糖酵解過程。由于果糖代謝具有無限速酶且不依賴胰島素的特點，大量果糖迅速代謝產生大量中間產物，部分可轉化為脂肪酸，脂肪酸增加可導致增加氧化應激、異常脂質堆積，造成一定程度的肝損害，進而造成肥胖、血脂紊亂、糖耐量異常和胰島素抵抗等。DI LUCCIA等[8]研究表明，腸道微生物直接參與果糖飲食誘導MS的過程。PANG等[9]采用高糖飼料(糖類占77%，蛋白質占16%，脂質占6%)喂養雄性SD大鼠6周后，大鼠的收縮壓、胰島素、TG均明顯升高，但未出現高血糖癥。孟文靜[10]分別采用30%蔗糖溶液、40%蔗糖溶液、50%蔗糖溶液喂養SD大鼠18周，發現以上每個濃度溶液均可使SD大鼠的血糖、血脂及尿酸出現代謝紊亂；又分別以30%蔗糖溶液、40%蔗糖溶液喂養Wistar大鼠，8周后便成功構建MS大鼠模型。兩次實驗結果均表明，30%蔗糖溶液尤宜構建肥胖型MS模型。MAMIKUTTY等[11]采用18只雄性Wistar大鼠飼喂20%果糖飲水(fructose drinking water，FDW)和25% FDW 8周構建FDW的MS模型，結果提示兩種濃度FDW均可造成血壓、血脂及血糖異常升高，并且20% FDW誘導肥胖型MS大鼠模型效果最好。以上研究表明，單純喂養高糖飼料不易形成高血糖，但單一地給予高糖飲水可在較短時間內成功復制MS模型。

2.1.4 高脂高糖飲食 高脂高糖飼料是在高脂的基礎上加入高糖，或是高糖飲食，或是高糖飲水，添加的高糖主要為果糖及蔗糖，其作用機制可能是高糖及高脂誘導MS的結合。多項實驗研究表明，在其他飼料喂養的前提下添加高糖成分，可誘導大鼠出現全身胰島素抵抗，并可在一定程度上縮短模型復制成功時間。姜楠等[12]用高脂飼料(普通飼料占70%，蔗糖占10%，豬油占7%，食鹽占5%，膽固醇占1%，牛膽酸鈉占1%，蛋黃粉占6%)聯合飲用質量濃度200 g/L的蔗糖水連續飼養雄性Wistar大鼠12周，成功構建了糖代謝異常MS模型。謝麗麗等[13]采用15%果糖水配合高脂飲食(普通飼料占78.8%，豬油占10%，蛋黃粉占10%，膽固醇占1%，膽鹽占0.2%)飼養SD大鼠10周后，MS模型復制的成功率為73.3%(11/15)，證明此誘導方式可在較短時間建立MS動物模型。孟文靜[10]將SD大鼠分別給予一號高脂高糖飼料(包含豬油23%，蔗糖21%等)及二號高脂高糖飼料(含豬油21%、蔗糖41%等)喂養17周后，兩模型組均出現糖脂代謝紊亂，但未出現肥胖。研究者考慮是因為飼料中糖脂含量過高使大鼠食欲下降，進食量減少，故體質量未升高。雖然此研究結果與以上實驗結果相矛盾，但也提示在運用高脂高糖飲食誘導MS動物模型時，注意控制糖脂成分的比例。

2.1.5 高脂高鹽高糖飲食 研究表明，此類飲食方式可致日熱量攝入過高，而過多的能量以脂肪形式儲存體內可引起肥胖。積累的脂肪會增加游離脂肪酸的產生，導致氧化應激的增加，導致脂肪因子分泌失調，產生大量炎癥因子，或降低脂聯素等有益因子水平，干擾胰島素信號傳導，導致糖脂代謝紊亂、血壓升高等。朱黃澤等[14]采用高脂高糖高鹽飼料(含豬油10%、白砂糖10%、食用鹽5%等)喂養SD大鼠4周以誘導MS模型。馬育軒等[15]將健康雄性SD大鼠給予高脂高糖高鹽飼料(含豬油15%、蔗糖15%、食鹽5%等)飼喂20周，成功構建肥胖型MS大鼠模型。以上飼料中添加的鹽含量均為5%，而添加的脂肪雖都是豬油，但其占飼料比例各不相同，糖的種類及比例也各異，這可能是影響模型復制成功時間的重要因素。

2.2 藥物誘導 研究表明，STZ可特異性作用于胰島β細胞，部分甚至可完全損害胰島結構，造成胰腺內分泌功能障礙，從而使機體出現糖脂代謝紊亂，最終導致高血脂癥和胰島素抵抗的發生[16]。糖皮質激素可通過多種機制導致MS的發生，主要包括以下幾個方面：①促進脂肪細胞生成，增加脂肪分解及蛋白質的分解，產生游離脂肪酸及游離氨基酸，最終導致肥胖及胰島素抵抗等產生。②使肝糖異生增加，升高血糖水平。③與腎臟受體的非特異性結合導致鈉水潴留、鉀排泄及血漿容積增加，導致血壓升高?？咕癫∷幬镎T導的MS的機制尚未明確，但大量研究表明，抗精神病藥物既可通過降低瘦素水平、增加食欲等途徑導致糖脂代謝紊亂、體質量增加，亦可通過阻斷腎上腺素α1受體，引起血管收縮而致血壓升高，從而導致MS[17]。目前單一應用藥物誘導MS動物模型的方法雖不普遍，但不乏采用此類方法的研究者。劉紫君等[18]通過在成熟脂肪細胞增殖培養基中加入1 μmol/L地塞米松，96 h后成功構建胰島素抵抗模型。研究表明，若在乳鼠出生1周內皮下注射高劑量谷氨酸鈉，可破壞其下丘腦攝食中樞，進而引起內分泌代謝紊亂，最終導致模型鼠成年后表現出MS相關體征[19]。張克交等[1]采用新生大鼠、小鼠皮下注射3 mg/L谷氨酸鈉的方法均能成功構建MS模型。該類模型復制方法具有簡便易行的特點，但此模型與人類MS發生的病理特征存在一定差距，故單一應用化學誘導存在一定局限性。

2.3 飲食聯合藥物誘導 這種誘導方式具有模型復制時間短、模型較穩定等特點，是目前應用最為普遍的一種模型復制方法，并且多選擇聯用STZ構建模型。理論上以上各種飲食誘導方式均可聯合應用STZ腹腔注射復制模型。研究表明，若實驗動物一次性大劑量注射STZ，其24 h后即可出現穩定的高血糖，但高劑量STZ可能過度破壞胰島β細胞而構建的模型具有1型糖尿病特征，故復制模型時要控制STZ的劑量。目前STZ腹腔注射的方式主要有單次大量注射及多次小劑量注射兩種。王保偉等[20]在高脂飼料(含豬油150 g/kg、豆油30 g/kg、酪蛋白200 g/kg等)喂養雄性Wistar大鼠4周后，分別給予模型組20、30、60 mg/kg STZ腹腔注射以構建糖尿病大鼠模型，最終模型復制成功率分別為 40%、80%、25%，由此表明STZ的劑量影響模型復制成功率。王娟等[21]采用高脂高糖飼料(含白糖20%、豬油15%、蛋黃10%、食鹽5%等)喂養Wistar大鼠11周后予以STZ溶液(35 mg/kg)腹腔內一次性注射，成功構建MS大鼠模型。雖目前選擇聯用STZ腹腔注射者居多，亦有應用其他藥物誘導動物模型的研究者。王玉勤等[22]采用高脂飼料喂養SD大鼠5周聯合隔日肌肉注射地塞米松磷酸鈉注射液7次(劑量為1 mg/kg)，復制胰島素抵抗伴脂代謝紊亂模型。

3 模型復制成功的鑒定

MS的臨床診斷標準尚未統一，目前普遍意見認為，在腹圍超過正常，高總膽固醇(total cholesterol，TC)、TG、低高密度脂蛋白膽固醇(high density lipoprotein cholesterol，HDL-C)、高血壓和血糖異常5項指標中，符合任意3個或以上指標則可診斷為MS[23]，但評價MS模型是否成功的具體標準尚未達成共識。姜楠等[12]評判模型復制成功的標準是高血糖為必備條件，以下條件滿足3項或以上，具體包括：①肥胖大鼠體質量較對照組均數升高20%；②模型復制前血壓超過大鼠收縮壓均數的1/6；③血糖超過7.99 mmol/L；④TC超過0.8 mmol/L，HDL-C低于0.57 mmol/L；⑤胰島素抵抗指數超過1.05。謝麗麗等[13]用果糖高脂飲食誘導MS模型時，判定模型復制成功的方法是以對照組各指標均值±2倍標準差為標準，在模型組中心性肥胖大于此標準基礎上，滿足空腹血糖升高、TG升高、HDL-C降低三者中2項即可。馬育軒等[15]評價MS大鼠模型復制成功的標準，除了具備肥胖特征，還應符合TG水平升高、HDL-C水平降低、高血壓及胰島素敏感指數升高4項標準中任意2項。梁毓源等[24]通過實驗研究認為，高果糖飼料喂養后，若模型動物的血壓、血糖及TG水平明顯高于對照組，則MS模型復制成功。蘇祖清等[25]構建MS大鼠模型時，以模型組胰島素敏感指數小于正常組胰島素敏感指數均數1個標準差為模型復制成功。

本研究未全面收集文獻中提及的MS模型復制成功標準，但從以上多種評判標準中可以看出，模型復制成功的標準是指肥胖、血脂異常、高血糖、高血壓及胰島素抵抗相關指標異常。其中評價肥胖的指標主要是體質量；評價血脂異常主要涉及TG、TC、LDL-C及HDL-C；評價胰島素抵抗的指標包括胰島素水平、胰島素抵抗指數、胰島素敏感指數等。

4 總結

在應用動物實驗研究MS相關病理機制及藥物對MS干預作用過程中，首要考慮的問題就是能否成功復制模型。在進行模型復制方案設計過程中，需要考慮動物的選擇、飼養環境、模型復制方法、模型評價標準等諸多問題，如何選擇合適的實驗方案是研究成功的基石。外科手術干預的方式難于體現MS的發病過程，故而應用極少?；蛐揎椃椒ㄓ捎诩夹g要求嚴格、成本高等一系列因素，限制了其大規模使用。目前應用最為廣泛的模型復制方法是構建誘導性動物模型，其涉及的方法多種多樣，主要包括單純飼料喂養、飼料喂養結合高糖飲水或者喂養結合化學誘導3種方法。顯然，以上模型復制方法各有優缺點，如飲食誘導與人類不健康的生活方式類似，卻存在模型復制時間長、成本相對較高的缺點，而飲食聯合藥物誘導的方法缺點不明顯，且有模型性狀相對穩定的優點。另外，由于種屬特異性，模型復制成功時動物表現的特征也有所偏向，故應根據實驗研究目的有指向性地設計模型復制方案。