小鼠、大鼠I型糖尿病

发布时间：2025-06-23 15:06:28 阅读量：1 作者：生物检测中心

小鼠与大鼠I型糖尿病模型：机制、应用与研究价值

I型糖尿病（T1D）是一种由自身免疫系统错误攻击并破坏胰腺胰岛β细胞导致的慢性疾病，患者需要终身依赖外源性胰岛素治疗。由于其免疫介导的发病机制复杂，使用啮齿类动物（主要是小鼠和大鼠）模型进行深入研究至关重要。

一、疾病本质：自身免疫介导的β细胞破坏

T1D的核心病理特征是：

  1. 免疫系统失调： 自身反应性T细胞被异常激活，突破免疫耐受机制。
  2. 胰岛炎（Insulitis）： 活化的免疫细胞（T淋巴细胞、巨噬细胞等）浸润胰岛组织。
  3. β细胞特异性破坏： 免疫攻击直接针对产生胰岛素的β细胞，导致其进行性损失。
  4. 胰岛素绝对缺乏： β细胞损失达到临界点后，胰岛素分泌严重不足或完全缺失，引发高血糖。

二、啮齿类动物T1D模型：多样化的研究工具

根据发病机制和建立方式，常用的啮齿类T1D模型主要分为三类：

  1. 自发性模型：

    • NOD小鼠： 最经典、应用最广泛的自发性模型。具有复杂的遗传易感性（主要与MHC II类单倍型H2g7相关），通常在3-6周龄出现胰岛炎，雌性在12-30周龄间自发发展为显性糖尿病（发病率显著高于雄性）。其病理过程（胰岛炎、β细胞破坏、T细胞依赖性）与人类T1D高度相似，是研究疾病自然进程、遗传因素及免疫干预的首选模型。
    • BB大鼠： 包括糖尿病倾向型（BBDP）和糖尿病抵抗型（BBDR）。BBDP大鼠通常在60-120日龄发生严重的T1D，具有明显的淋巴细胞减少症（lymphopenia）。BBDR大鼠需要额外的环境触发因素（如病毒感染或免疫调节剂）才能诱导糖尿病。BB大鼠模型尤其适用于研究T细胞亚群在发病中的作用以及淋巴细胞减少对自身免疫的影响。

  2. 诱导性模型：

    • 化学药物诱导：
      • 链脲佐菌素（STZ）诱导： STZ是一种对β细胞具有相对特异毒性的葡萄糖类似物。多剂量低剂量STZ方案常用于诱导小鼠或大鼠T1D：连续数天注射低于直接细胞毒性的STZ剂量（如小鼠：40-50 mg/kg/天，连续5天；大鼠：55-65 mg/kg/天，连续1-3天），可通过轻度损伤β细胞释放自身抗原，触发针对β细胞的自身免疫反应，最终导致糖尿病。成功模型的特点是出现胰岛炎和T细胞浸润。单次大剂量STZ主要引起急性β细胞坏死（更像II型或毒性模型），较少用于模拟T1D自身免疫。
    • 病毒诱导： 某些病毒感染（如柯萨奇B病毒、脑心肌炎病毒EMC-D变异株）可在遗传易感啮齿类动物（如SJL小鼠）中触发胰岛炎和糖尿病，提供了研究环境因素（病毒感染）与T1D关联的模型。
    • 过继转移模型： 将来自患病供体（如新发糖尿病NOD小鼠或STZ诱导后小鼠）的脾细胞（富含自身反应性T细胞）移植到免疫缺陷或经处理的同基因型健康受体小鼠（如NOD-scid或经辐照的NOD小鼠）体内，可快速诱导受体发生糖尿病。这是研究致病性T细胞及其作用机制的强大工具。

  3. 基因工程模型：

    • 抗原特异性T细胞受体转基因小鼠：
      • BDC2.5 TCR Tg： T细胞特异性识别胰岛抗原（尚未完全明确，可能与chromogranin A相关），糖尿病发病率低且依赖环境或遗传背景。
      • NY8.3 TCR Tg (Kd-IAg7/NRP-V7)： T细胞识别胰岛素B链肽段，在NOD背景下发病率高，发病早。
      • 胰岛素特异性TCR Tg (如4C-TCR, G9C8)： T细胞特异性识别胰岛素自身抗原。
    • β细胞特异性抗原表达模型： 如RIP-LCMV模型，在胰岛β细胞中表达淋巴细胞脉络丛脑膜炎病毒（LCMV）糖蛋白（GP）或核蛋白（NP），然后感染LCMV激活抗原特异性T细胞攻击表达GP/NP的β细胞，诱导糖尿病。该模型时间可控且抗原明确。
    • 缺陷型免疫调节模型： 敲除关键免疫耐受相关基因（如AIRE, Foxp3, CTLA4, IL-2等）可在某些小鼠品系中加速或导致自发性自身免疫病，包括糖尿病（如NOD背景下的基因敲除）。

三、模型评价与监测

评价T1D模型是否成功建立及疾病进展，主要指标包括：

  1. 血糖： 连续两次非空腹血糖≥ 11.1 mmol/L (200 mg/dL) 通常诊断为显性糖尿病。监测血糖变化可评估发病时间、严重程度和干预效果。
  2. 体重： 患病动物常出现体重下降。
  3. 尿糖/尿量： 明显多尿和尿糖强阳性是高血糖的指征。
  4. 血清/血浆胰岛素： 随着β细胞破坏，内源性胰岛素水平显著下降。
  5. 葡萄糖耐量试验： 评估β细胞功能和胰岛素敏感性受损程度。
  6. 组织病理学： 胰腺组织切片染色（HE观察胰岛炎程度，胰岛素、胰高血糖素等免疫组化评估β细胞数量和α细胞形态）是确认胰岛炎和β细胞损失的金标准。

四、核心研究价值与应用

啮齿类T1D模型是推动该领域研究的基石：

  1. 阐明发病机制： 深入解析自身反应性T细胞活化、迁移、浸润胰岛及破坏β细胞的分子与细胞途径（如抗原提呈、共刺激信号、细胞因子网络、趋化因子、凋亡通路）。
  2. 识别疾病相关基因： 通过遗传定位、基因敲除/敲入、转基因技术，鉴定T1D易感或保护基因及其功能。
  3. 评估环境因素： 研究饮食、肠道微生物组、病毒感染等环境因素如何与遗传背景相互作用触发或保护免于T1D。
  4. 开发预防与治疗策略：
    • 免疫干预： 测试各种免疫调节剂、单克隆抗体（靶向T细胞、B细胞、共刺激分子、细胞因子）、抗原特异性免疫耐受疗法、细胞疗法（如Treg细胞输注）的效果和机制。
    • β细胞保护与再生： 探索保护残存β细胞或促进其再生的药物和策略。
    • 新型胰岛素递送系统与人工胰腺技术： 在疾病状态下测试新技术的安全性和有效性。
  5. 并发症研究： 在糖尿病状态下研究慢性高血糖对肾脏（糖尿病肾病）、神经（神经病变）、视网膜（视网膜病变）和心血管系统的损伤机制及防治措施。

五、模型选择与局限性

选择模型需考虑研究目的：

  • 免疫机制/筛选干预： NOD小鼠、BB大鼠、抗原特异性TCR转基因小鼠、过继转移模型是首选。
  • 环境触发研究： BBDR大鼠、病毒诱导模型。
  • 可控抗原特异性模型： RIP-LCMV模型、胰岛素特异性TCR Tg模型。
  • 快速筛选： 多剂量低剂量STZ模型（需注意个体差异和可能的直接毒性）。

局限性：

  • 啮齿类与人类的差异： 基因组、免疫系统细节、胰岛结构（如人类胰岛有更多α细胞且结构更复杂）、疾病进程（人类T1D进展通常更缓慢）等存在差异。
  • 模型异质性： 即使在同一模型中（如NOD小鼠），发病时间、严重程度也存在个体差异。诱导模型（如STZ）的剂量和方案需严格优化以避免非免疫毒性。
  • 环境控制： 动物设施的环境因素（微生物、饮食）显著影响模型表型。

结论：

小鼠和大鼠I型糖尿病模型为探索人类T1D复杂的病因学、发病机制及寻找有效防治策略提供了不可或缺的平台。尽管存在物种差异，这些模型通过精确模拟关键的自身免疫攻击和β细胞破坏过程，极大地推动了我们对疾病的理解，并催生了大量有前景的治疗方法进入临床研究。持续优化现有模型并开发新型模型（如“人源化”小鼠模型），结合多组学技术和先进成像方法，将继续引领T1D研究迈向治愈目标。