II型糖尿病研究需要使用的动物模型介绍
今天师兄告诉我，如果我们实验室要研究糖尿病，应该主要研究2型糖尿病，这让我听到之后愣在了那里，原来在研究糖尿病上面我还年轻着呢（暗自说道）。
那，2型糖尿病是不是也需要相对应的动物模型来支持研究呢？师兄能帮忙讲讲嘛？（我厚着脸皮问道）。
当然了，研究2型糖尿病怎么能少得了其相关的动物模型呢？你上周已经掌握了1型糖尿病模型的相关知识，下面就来和你说说一些常见的2型糖尿病模型吧。
糖尿病主要分为1型和2型糖尿病，其中2型糖尿病约占90%，已经成为继癌症、心血管疾病之后的第三大严重威胁人类健康的重大疾病，因此对其研究也越发重要，理想的动物模型是研究疾病病理和治疗疾病的关键。
2型糖尿病简介
2型糖尿病（Type 2 diabetes, T2D)主要表现为胰岛素相对不足或胰岛素分泌正常但存在胰岛素抵抗，血糖升高。超重、高血压、血脂异常、年龄增加、工作压力大、高热量饮食等是诱发2型糖尿病的主要因素。
常见2型糖尿病动物模型
建立2型糖尿病的动物模型的主要发生机制是引发胰岛素抵抗和（或）β细胞功能障碍为主，主要包括以下几种模型：
①单基因肥胖模型，如常见的ob/ob和db/db大小鼠，ZDF大鼠；
②多基因肥胖模型；
③饮食诱导模型，主要指高脂饲料诱导型；
④其他非肥胖型模型；
⑤其他β细胞功能障碍模型。
如下表1所示，列举了上述常见的糖尿病模型，诱导机制及应用。接下来我们就经典的糖尿病动物模型作详细介绍。
表1. 2型糖尿病啮齿动物模型
一
单基因肥胖模型
单基因肥胖模型如上表所示主要包括：ob/ob和db/db小鼠，ZDF大鼠，Mc4r KO大小鼠等。其中ob/ob和db/db小鼠目前已经成为应用最为广泛的2型糖尿病模型，下面以它们为主作详细介绍。
1. ob/ob和db/db大小鼠
ob/ob小鼠：即Lepob/ob，是瘦素（Leptin, Lep）基因纯合突变的小鼠。
Leptin为肥胖基因（ob）编码产物，是脂肪细胞分泌的蛋白质类激素，在调节能量平衡、摄食行为起重要作用。若ob基因突变，食欲大增，体重剧增，产生严重的肥胖特征，多用于肥胖症的研究。
db/db小鼠：即Leprdb/db，代表瘦素受体（Leptin receptor, Lepr）基因纯合突变的小鼠。Lepr，又名OBR，是由db基因编码产物，为Leptin受体。若Lepr缺失，导致高血糖症和胰岛素抵抗症，有类似ob/ob小鼠症状，现已广泛用于肥胖和2型糖尿病的研究。
模型特征：2周时，超重和食欲大增，开始出现高胰岛素血症；
4周时，明显高血糖，血糖浓度继续上升，峰值在3-5个月；
期间伴随代谢异常包括高脂血症，严重肥胖、多食、易渴、多尿、体温调节紊乱和活动能力下降。
注意：该纯合子小鼠是不育的。
模型判定：4周龄后检测血糖，空腹血糖>7mmol/L，餐后血糖>11.1~16.7mmol/L。
数据展示：如下图所示为邦耀实验室构建的Lepr基因点突变大鼠数据[1]。
图1. Lepr点突变大鼠表型特征。 左：突变鼠和野生鼠的体型特征；右：在组织学水平对脂肪组织和肝组织染色的结果[1]
应用范围
① 肥胖症：抑制食欲，能量消耗研究；
② 糖脂代谢：如高血脂症，2型糖尿病的胰岛素抵抗的治疗；
③ 肝肾疾病：肝硬化，脂肪肝，糖尿病肾病；
④ 生殖发育，如不孕不育症；
⑤ 免疫炎症，肥胖和糖尿病都伴随着炎症的加剧；
⑥ 代谢综合征；
⑦ 糖尿病的并发症治疗。
2. MC3R、MC4R大小鼠模型
基因功能
黑皮质素受体3（Melanocortin-3 receptor, MC3R）和黑皮质素受体4（Melanocortin-4 receptor, MC4R）属于视紫红质样G蛋白偶联受体家族。
MC3R主要表达在中枢神经系统，调节能量平衡；
MC4R广泛表达于整个中枢神经系统，也表达于外周组织，如脂肪组织，MC4R参与调节摄食行为和能量消耗，并且MC4R基因的突变是单基因肥胖的人类最常见的原因。Mc4r和Mc3r敲除（KO）大鼠小鼠模型现已作为糖尿病和肥胖的动物模型，广泛应用在疾病病理研究和药物开发中。
模型特征
如表2所示， Mc3r KO大鼠食欲增加，脂肪量增加，体重却减轻，没有糖尿病症状；Mc3r KO小鼠基本与大鼠表型一致。Mc4r KO小鼠显示出肥胖，饮食过多，高血糖和高胰岛素血症；
Mc4r和Mc3r-Mc4r双敲除（DKO）大鼠和Lepr大鼠一样，均食欲过强，在4周开始出现肥胖症、胰岛素抵抗，血糖和瘦蛋白水平升高，诱发糖脂代谢紊乱和糖尿病并发症。
表2. 黑皮质素受体敲除大小鼠的表型比较
邦耀实验室技术团队首次利用CRISPR-Cas9技术敲除SD大鼠，并繁殖得到三种基因敲除大鼠（Mc3r KO、Mc4r KO 和双KO Mc3r Mc4r），并通过确定其各自的表型，比较了他们之间表型的异同。
其中Mc3r-/-为中心型肥胖的动物模型，Mc4r-/-是模拟2型糖尿病及全身性肥胖的代谢综合征，而Mc3r/Mc4r双基因敲除模拟重度2型糖尿病兼全身性肥胖的代谢综合征。如图2所示，相关报道发表在并在《Scientific Reports》[2]。
图2. Mc3r-/-,Mc4r-/-和Mc3r-/-Mc4r-/-大鼠体型和餐后血糖比较示意图[2]
应用范围
② 糖脂代谢，如2型糖尿病的胰岛素抵抗的机制研究和治疗；
② 肥胖症,增加能量消耗，影响脂肪合成，开发减肥产品；
③ 中枢神经系统调节机制研究，尤其黑皮质受体家族系统研究；
④ 代谢综合征的研究与治疗；
⑤ 肝肾疾病：肝硬化，脂肪肝，慢性肝炎；
⑥ 糖尿病并发症的预防与治疗，如糖尿病肾病，糖尿病足等；
⑦ 免疫炎症；
⑧ 药物研究与开发。
3. ZDF大鼠
ZDF (Zucker Diabetic fatty) 大鼠是被广泛认可的先天遗传性2型糖尿病和肥胖病的动物模型，来源于Zucker肥胖大鼠（Zucker fatty rats, ZF），ZDF大鼠没有ZF大鼠肥胖，但具有更严重的胰岛素抵抗和β细胞凋亡。
应用范围
① 2型糖尿病、葡萄糖不耐症、高胰岛素血症，如雄性瘦素受体缺失ZDF大鼠(ZDF/CrlCrlj)；
② 心血管疾病，如早期微血管病变；高血脂症；肥胖症。
除了上述常用到的基因突变的大小鼠，饮食诱导的糖尿病模型，也同样广泛应用于2型糖尿病的研究。
二
饮食诱导肥胖模型
特点：需要制备或者购买高脂饲料，饲料代价昂贵，造模需要周期较长，但造模相对简单。
1. 单纯高脂饲料诱导
高脂饲料诱导肥胖模型在模拟人类2型糖尿病发病病因独具优势，尤其模拟了肥胖合并糖尿病病人的发病特点，不会由于化学药物诱导导致体内重要器官受损，广泛用于各种病因病理研究（肥胖症、非酒精性脂肪肝、高血脂症、心血管等疾病），特别是营养过剩和肥胖的2型糖尿病研究中。
2. 高脂饲料＋STZ
高脂饲料＋STZ诱导模型与单纯高脂饲料诱导模型相比，造模周期缩短，成模率高，多用于2型糖尿病药物筛选和评价的动物模型。
下面以高脂饲料＋STZ诱导型模型为例介绍其构建方法（以ICR小鼠为例）：
① 8-10W小鼠喂养Research Diets 公司的60%高脂饲料（high fat diet，HFD）至少3周，诱导胰岛素抵抗；
② 小鼠饥饿5～12h后，腹腔注射 80 mg/kg（其他相似剂量也可以）的STZ（Sigma）诱导部分胰岛素分泌障碍；
③ 一般2～3天检测空腹血糖水平和餐后血糖水平，衡量血糖是否升高；
③ 体重相同、符合标准的糖尿病小鼠即可用于下一步实验。
如图3所示，邦耀实验室已成功建立该模型并用于药物筛选评价[3]
图3. 成功构建HFD/STZ小鼠并用于药物筛选。 A,B分别是药物治疗8周内的空腹血糖（FBG）和餐后血糖（PBG) [3]
三
糖尿病其他药物靶点模型
除了我们上述提到的动物模型外，另外陆续报道也发现了一些潜在的糖尿病药物靶点[4-8]，目前我们实验室已成功构建了部分相关小鼠模型，如G蛋白偶联受体家族：GPR35、GPR40、GPR119、GPR120、GPR131（TGR5）、GPR146、GPR162等，均有研究表明，它们与糖尿病的发生发展有着密切关系。现以TGR5举例说明：
TGR5与肥胖、糖尿病以及代谢综合症相关，目前已确定为潜在糖尿病药物靶点，而且TGR5激动剂已成为潜在的抗糖尿病治疗药物，如我们实验室发表文章《A Novel TGR5 Activator WB403 Promotes GLP-1Secretion and Preserves Pancreatic β-cells in Type 2 Diabetic Mice》结果显示TGR5激动剂可以刺激TGR5使肠内皮细胞分泌GLP-1控制血糖水平，增加能量消耗，改善β细胞功能，达到降低血糖的功能，如图4所示[3]。
图4. TGR5激动剂在db/db糖尿病小鼠的降糖效果。A,B分别是治疗4周的空腹血糖（FBG）和餐后血糖（PBG)，C,D是血清的糖化血红蛋白(HbA1c)水平[3]
综上所述为2型糖尿病研究中应用最广泛的几类动物模型，回顾一下主要包括基因突变类（ob/ob和db/db小鼠，Mc4r KO大小鼠及ZDF大鼠等）及高脂饲料诱导的模型等。
目前邦耀实验室利用CRISPR/Cas9技术已经成功构建上述几类基因突变和高脂饲料诱导的2型糖尿病模型，并发表了高影响力的文章[1-3]，如果您的实验室从事糖尿病相关研究，您对糖尿病研究有任何疑问或者需要相关模型，可以与我们联系，我们竭诚为您提供最准确的动物模型，为您的研究助力！
参考文献
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[8] H A R, Hong E, Sanchezmunoz F, et al. Expression of the orphan receptors GPR22, GPR162, GPR27 and GPR17 in cardiovascular tissues of diabetic rats (1051.7)[J]. The FASEB Journal, 2014.
