鏈脲佐菌素與特殊膳食誘導的糖尿病動物模型的建立及比較實驗

作者簡介：盧麗（1995.2-），女，貴州安順人，碩士研究生，主要從事天然產(chǎn)物資源利用研究

通訊作者：劉子維（1984.3-），男，湖北武漢人，博士，副教授，主要從事天然產(chǎn)物資源評價與利用研究

摘要：目的" 比較兩種不同糖尿病動物模型的建立及作用。方法" 將40只雄鼠ICR小鼠隨機分為正常對照組和不同劑量鏈脲佐菌素組（120、130、140 mg/kg）。健康清潔級雄性小鼠20只，分為普食對照組和高脂飲食組，比較正常小鼠與不同劑量STZ組血糖值，普食組與高脂組喂養(yǎng)第1、4、8、12、16周體重，分析高脂飲食喂養(yǎng)對糖尿病模型動物糖耐量的影響。結果" STZ高劑量組空腹血糖水平與正常對照組比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。高脂組高脂飲食喂養(yǎng)第4、8、12周體重高于普食組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。第16周體重高于普食組，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05）。第16周的喂養(yǎng)后高脂組給糖后30、60、120 min血糖值高于普食組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。結論" 鏈脲佐菌素誘導的糖尿病動物模型可有效模擬1型糖尿病病程及發(fā)病機理，而特殊膳食誘導建立2型糖尿病動物模型適用于對降糖藥物的臨床前篩選實驗。

關鍵詞：鏈脲佐菌素；糖尿病；血糖；高脂飲食誘導；動物模型

中圖分類號：R587.1；R-332" " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.03.025

文章編號：1006-1959（2024）03-0125-04

Establishment and Comparison of Animal Models of Diabetes Mellitus Induced

by Streptozocin and Special Diet

LU Li，LI Zhe-xuan，LIU Zi-wei

（School of Chemical Engineering and Pharmacy，Wuhan University of Engineering，Wuhan 430205，Hubei，China）

Abstract：Objective" To compare the establishment and effects of two different animal models of diabetes mellitus.Methods" Forty male ICR mice were randomly divided into normal control group and different doses of streptozotocin groups （120， 130 and 140 mg/kg）. Twenty healthy male mice of clean grade were divided into normal diet control group and high-fat diet group. The blood glucose levels of normal mice and different doses of STZ groups were compared. The body weights of normal diet group and high-fat diet group were fed for 1， 4， 8， 12 and 16 weeks. The effect of high-fat diet on glucose tolerance of diabetic mellitus model animals was analyzed.Results" There was a statistically significant difference in fasting blood glucose levels between the high-dose STZ group and the normal control group （Plt;0.05）. The body weight of the high-fat diet group was higher than that of the normal diet group on the 4th， 8th and 12th weeks of high-fat diet feeding， and the difference was statistically significant （Plt;0.05）. The body weight of the 16th week was higher than that of the normal diet group， but the difference was not statistically significant （Pgt;0.05）. After 16 weeks of feeding， the blood glucose levels in the high-fat group were higher than those in the normal diet group at 30， 60， and 120 min after glucose administration， and the difference was statistically significant （Plt;0.05）.Conclusion" The animal model of diabetes mellitus induced by streptozotocin can effectively simulate the course and pathogenesis of type 1 diabetes mellitus， while the animal model of type 2 diabetes mellitus induced by special diet is suitable for preclinical screening of hypoglycemic drugs.

Key words：Streptozocin;Diabetes mellitus;Blood glucose;High-fat diet induction;Animal model

糖尿?。╠iabetes mellitus，DM）是一種進行性糖、脂肪、蛋白質(zhì)、水和電解質(zhì)的代謝性疾病，是遺傳和環(huán)境因素共同作用下胰島素分泌相對或絕對缺乏所致[1，2]。該病的長期存在及發(fā)展使機體長期處于高血糖的環(huán)境下，可出現(xiàn)腎損傷、視網(wǎng)膜脫落、壞疽等一系列的并發(fā)癥癥狀[3，4]，因此已成為世界范圍內(nèi)致死、致殘，并造成沉重醫(yī)療及生活負擔的重要原因[5]。近年來，我國糖尿病發(fā)病率和青少年發(fā)病率都有所上升，即發(fā)病率越來越呈現(xiàn)年輕化，目前為我國糖尿病發(fā)病率為11%，發(fā)病人數(shù)超過1億，是世界上最高的，所以對該病的研發(fā)治療是十分必要的[5，6]。糖尿病的病因和發(fā)病機制至今未完全了解[7，8]，更需要做好對糖尿病的預防。未來糖尿病的主要研究方向之一是其發(fā)病機制及新藥的研究，實驗動物模型的建立對研究其發(fā)病機制和開發(fā)新藥具有重要意義[9，10]。目前，國內(nèi)外尚無統(tǒng)一的糖尿病模型，且模型的選擇也多種多樣[11]。例如多基因誘導的模型、飲食誘導的模型、鏈脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）誘導的模型、Goto-Kakizaki（GK）大鼠等多種模型[12，13]。實驗通過鏈脲佐菌素和飲食誘導動物模型這兩種較為經(jīng)典常用的糖尿病模型建立方法進行研究。鏈脲佐菌素是一種DNA烷基化試劑，能通過GLUT2葡萄糖轉運蛋白獨自進入細胞[14]，是一種從鏈霉菌中提取的抗生素，可特異性破壞胰島β細胞，引發(fā)胰島的自身免疫性炎癥損傷和凋亡，胰島β細胞受損導致胰島素分泌迅速減少而血糖大幅度升高，可出現(xiàn)糖尿病的表現(xiàn)[15]。大鼠和小鼠是常采用的動物[16]，雄性小鼠的建模率遠高于雌性小鼠。1型糖尿病和2型糖尿病是以不同的鏈脲佐菌素給藥方式制造，類似于2型糖尿病的模型以小劑量開發(fā)[17]。此外，大量單劑量鏈脲佐菌素注射可模擬1型糖尿病模型。其原理可能與胰島的損傷程度有關[18]?；诖?，本研究比較了兩種不同糖尿病動物模型的建立及作用，現(xiàn)報道如下。

1材料與方法

1.1儀器" 羅氏逸動型血糖儀，血糖試紙，注射器，手術剪，電子分析天平（美國METTLERTOLEDO公司生產(chǎn)）。

1.2實驗藥品及試劑" 鏈脲佐菌素（VETEC，批號V900890-1G），一水合檸檬酸，二水合檸檬酸三鈉，pH試紙，生理鹽水司，醫(yī)用酒精。

1.3實驗藥品配置" 檸檬酸緩沖液配置：檸檬酸（FW：210.14）2.1 g加入雙蒸水100 ml中配成A液；檸檬酸鈉（FW：294.10）2.94 g加入雙蒸水100 ml中配成B液；將A液與B液按（1∶1.32或1∶1）的比例混合使用，測定它的pH值，并調(diào)節(jié)pH在4.2～4.5的范圍內(nèi)，即可配置成所需緩沖液。鏈脲佐菌素配置：將鏈脲佐菌素用1%檸檬酸緩沖液溶解，并在30 min內(nèi)注射完畢。

1.4實驗動物" 鏈脲佐菌素誘導：ICR小鼠40只，SPF級，18～22 g，雄性，動物許可證號SCXK（京）2002-0003。飼養(yǎng)環(huán)境：室溫應保持在各種動物最適宜溫度±3 ℃，動物最適宜的環(huán)境為21 ℃～27 ℃。相對濕度在40%～70%，動物室的音響保持在60分貝以下，空氣中氨濃度的限度，不超過20 ppm。特殊膳食誘導：健康清潔級雄性小鼠20只，4周齡，體質(zhì)量（10±2）g，飼養(yǎng)條件：室內(nèi)溫度18 ℃～22 ℃，相對濕度，自由攝取水、食物。

1.5方法

1.5.1糖尿病模型制備及藥物的干預" 將40只雄性ICR小鼠，適應3 d，在給藥前12 h內(nèi)不給食物，可以喂水，之后隨機分為正常對照組和不同劑量鏈脲佐菌素組（120、130、140 mg/kg）。

1.5.2血糖的檢測" 在第1次腹腔注射給藥后的第6天不給食物喂養(yǎng)2 h，取小鼠尾尖的血，然后測其空腹的血糖值，應當將血糖值選擇在10 mmol/L≤血糖值≤25 mmol/L之中，得到數(shù)值后與正常對照組比較，如果有顯著的差異則認為造模成功，之后就用此劑量來進行造模。

1.5.3分組與高脂飲食誘導" 將20只4周齡的雄性小鼠適應性的喂養(yǎng)1周后，隨機分為兩組，每組10只，一組為普食組，另一組為高脂組。普食飼料的成分（4%脂肪，78%碳水化合物，18%蛋白質(zhì)），高脂飼料中的成分（45%脂肪，35%碳水化合物，20%蛋白質(zhì)）。普食組給予喂養(yǎng)普食飼料，高脂組給予高脂飼料喂養(yǎng)，自由進食飲水，經(jīng)過16周的長期喂養(yǎng)，進行糖耐量（oral glucose tolerance test，OGTT）檢測。

1.5.4動態(tài)監(jiān)測體重與OGTT血糖值" 每周固定的時間對所有小鼠稱取體重，將小鼠體重變化繪制記錄為曲線表，觀察小鼠的變化。第16周后所有小鼠都進行口服葡萄糖耐量試驗，小鼠在12 h內(nèi)不給予食物和水喂養(yǎng)，之后對小鼠進行劑量為2 mg/g的葡萄糖液灌胃。首先需要在乙醚麻醉的情況下分別在各時間點0、30、60、120 min，將小鼠的尾靜脈斷尾后，對其進行取血，最后測定其血糖值，達到糖尿病標準，隨機血糖≥11.1 mmol/L（200 mg/dl）或空腹血漿葡萄糖濃度≥7.0 mmol/L（126 mg/dl）或OGTT 2 h血漿葡萄糖濃度≥11.1 mmol/L[19]。

1.6觀察指標" 比較正常小鼠與不同劑量鏈脲佐菌素組血糖值，普食組與高脂組喂養(yǎng)第1、4、8、12、16周體重，分析高脂飲食喂養(yǎng)對糖尿病模型動物糖耐量的影響。

1.7統(tǒng)計學方法" 用SPSS 15.0軟件進行數(shù)據(jù)處理。采用方差分析方法，在方差分析中，各實驗組以差異總體相等為前提，在保證差異相等之前，首先進行方差齊性檢驗，計算統(tǒng)計的F值，確定P值，并得出推斷結果。當F＜0.05時，各組平均樣本數(shù)無顯著性差異，具有統(tǒng)計學意義。當F≥0.05，P≤0.05，每個實驗組與同一對照組進行比較。

2結果

2.1鏈脲佐菌素誘導實驗結果" STZ高劑量組空腹血糖水平與正常對照組比較，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1。

2.2特殊膳食誘導" 高脂組高脂飲食喂養(yǎng)第4、8、12周體重高于普食組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。第16周體重高于普食組，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。第16周的喂養(yǎng)后高脂組給糖后30、60、120 min血糖值高于普食組，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表3。

3討論

實驗采用鏈脲佐菌素誘導1型糖尿病動物模型，利用鏈脲佐菌素對動物胰島功能的破壞建成需要的模型，建模后血糖值選擇在10 mmol/L≤血糖值≤25 mmol/L，得到數(shù)值后與正常對照組比較，如果有顯著的差異，就認為造模成功，之后用此劑量來進行造模。本實驗結果得出140 mg/kg鏈脲佐菌素為最佳造模劑量。鏈脲佐菌素具有半衰期長、建?？焖俜€(wěn)定、對實驗動物選擇性低、對實驗動物毒性低等優(yōu)點，更適合于臨床應用，用這種方法制作的模型可以模擬臨床1型糖尿病，與既往研究一致[20]。

實驗采用的另一種動物模型為特殊膳食誘導建立2型糖尿病動物模型，建立胰島素抵抗動物模型的方法是通過過量攝入食物或高蛋白、高脂肪、高糖飲食，使實驗動物的胰島細胞超載，從而引發(fā)糖尿病。小鼠在高脂飼料喂養(yǎng)后造成的2型糖尿病動物模型，具有明顯的糖尿病的表型特征，其糖耐量也高于普食組，對小鼠進行檢測，達到了糖尿病的標準，它們與因肥胖而引發(fā)的2型糖尿患者有相似的表現(xiàn)特征，說明可以通過給小鼠喂養(yǎng)高脂肪食物來建立肥胖型糖尿病老鼠模型。這些動物有明顯的高血糖癥及致死性酮癥[21]。高脂高糖飼料喂養(yǎng)的糖尿病模型與人類肥胖引起的2型糖尿病發(fā)病機制相似，且這種方法能夠避免化學試劑對小鼠組織的傷害，但是特殊膳食誘導的動物模型一般需要的周期比較長。

綜上所述，第一種方法鏈脲佐菌素破壞動物的胰島功能從而使機體產(chǎn)生高血糖、胰島素抵抗等，這種模型的優(yōu)點是穩(wěn)定且建?？焖伲怯捎阪滊遄艟貙σ葝u細胞的破壞作用較強，不適合用于對降糖藥物的篩選，比較適合于糖尿病發(fā)病機制的研究。另一種特殊飲食誘導的2型糖尿病動物模型。在進行高脂飼料喂養(yǎng)后，動物血糖水平和胰島素抵抗可能與臨床2型糖尿病相似，更適合降糖藥物的臨床前篩選試驗，缺點是需要周期比較長。因此，該實驗采用高脂飼料喂養(yǎng)建立模型。

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收稿日期：2023-05-10；修回日期：2023-05-22

編輯/肖婷婷