动物造模,糖尿病视网膜病变 中国实验动物信息网 2021-12-30 1551

　　简介：糖尿病视网膜病变发生在大约三分之一的糖尿病患者中。这是24至70岁之间成年人失明的主要原因。 1型糖尿病患者的总体患病率似乎高于2型糖尿病患者。大约25％的1型糖尿病患者在糖尿病发作后的5年内开始出现DR症状，并在15年内增加到80％。有趣的是，尽管不知道性别会影响1型或2型种族的易感性，但社会经济地位确实会影响DR的易感性。糖尿病的发作和进展是由许多因素引起的，包括糖尿病的长期病程，不良的血糖控制和血压升高。高血糖会导致微血管疾病，进而发展为微血管疾病，出血和基底膜增厚。结果是血视网膜屏障通透性（BRB），渗漏和糖尿病性黄斑水肿（DME）增加。血管通透性增加导致毛细血管阻塞，引起视网膜缺血，并导致血管内皮生长因子（VEGF）水平升高。视网膜缺血和vegf水平升高促进血管生成。基于血管生成的典型形态，DR可分为非增殖性DR（NPDR）或增生（PDR）。微血管损伤和NPDR周细胞丧失可发展为微血管肿瘤，斑点和斑点出血，棉絮斑点以及非灌注毛细管的增生性DR。小胶质细胞和DME的变化也可能在NPDR中发生。在PDR中，新血管引起视网膜和玻璃体出血，导致视网膜脱离。 DME也可以在PDR中发生。疾病模型有助于我们了解导致DR疾病的机制。已经开发了几种动物模型来研究DR的病因和病因，并开发和测试用于治疗该疾病的治疗方法。由于DR是一种具有遗传和环境影响的复杂疾病，因此动物模型也可以通过诱导或遗传突变来开发。诱导模型是通过手术，药物，饮食，激光或化学损伤创建的。使用育种和基因编辑创建遗传模型。已经使用了许多物种，包括小鼠，大鼠，猫，狗，猪和非人类的灵长类动物，但由于它们的体积小且寿命短，因此对小鼠和大鼠的研究*多。播放速度快，可以完成*有效的研究。啮齿动物也是大多数遗传研究的重点，发现某些遗传性高血糖症或肥胖症。但是，狗模型的DR表型似乎与人类DR*相似。令人惊讶地，非人类灵长类动物已显示出对诱导的DR相对抗性。猫通常不会患白内障。相反，猪和斑马鱼的眼睛结构类似于人，血管的结构易于可视化，寿命短，并且繁殖力高（斑马鱼）。尽管没有单一动物模型可以代表人类DR在早期和晚期的完整血管和神经系统并发症。本文中描述的模型有助于确定DR的机制并开发新的疗法。感应模型：已经通过五种方法建立了感应模型：胰腺切除术，四氧嘧啶给药，链脲佐菌素（STZ），高半乳糖饮食，激光或化学损伤。所有诱导方法仍在研究中，但*常见的是使用链脲佐菌素。这是因为该疾病的发生是*快的。人们认为，四氧嘧啶在诱发糖尿病方面效率较低，而且饮食需要花费*长的时间才能发展。从技术上讲，手术或受伤造成的模型*困难。诱导DR的*常用模型是小鼠和大鼠，但也使用整只猫，猪，兔子，猴子和斑马鱼。在大型动物中，可诱导的DR的病理通常较慢，因此优选啮齿动物和斑马鱼。胰腺切除术：在动物模型中*古老的诱发糖尿病的方法之一是胰腺切除术或从胰腺中去除β细胞。完全切除成年犬的胰腺会诱发糖尿病。此技术通常应用于大型动物，例如猫和猴子。在成年猫中，手术后3周内会发生高血糖症。当与四氧嘧啶合用时，可以在手术后一周内缩短。高血糖发作后3个月，基底毛细血管膜增厚。 DR的其他症状，例如微动脉瘤，毛细血管的非灌注区域和血管生成，通常需要5到9年的时间才能形成。因此，维护该模型非常耗时。猴子模型中的BRB泄漏发生在高血糖发生1年之内。然而，十年后，猴子还没有发展成增生性视网膜病。尽管去除了胰腺和长期患有糖尿病，但猴子似乎能够很好地抵抗DR的诱导。只有30％的糖尿病患者会发生DR。这表明灵长类动物可能具有重新调节慢性癫痫发作稳态的其他生物学机制。了解有助于物种生理差异的调控因素对于开发合适的疾病模型非常重要。

　　四氧嘧啶：四氧嘧啶是尿酸的衍生物，直接作用于胰腺的β细胞。静脉注射四氧嘧啶由于胰腺胰岛坏死而引起低血糖症。 β细胞死亡会导致这些细胞中储存的胰岛素释放，从而在24小时内引起低血糖症和糖尿病。 Dunn和McLetchie还创建了大鼠腹膜内注射四氧嘧啶所致的糖尿病大鼠模型。糖尿病兔子表现出疲劳和体重减轻。饲喂四氧嘧啶的大鼠表现出多脂血症，多尿症，糖尿病和高血糖症。四氧嘧啶诱导的细胞死亡是通过抑制葡萄糖激酶介导的，葡萄糖激酶是在肝脏和胰腺中表达的葡萄糖-胰岛素调节途径中的一种酶。该药物可能对肝和肾细胞有毒性，但是适当的剂量可以避免毒性。四氧嘧啶对胰腺β细胞具有特定作用，对α，δ或胰腺外分泌细胞无毒性作用。该化合物在室温和室温下不稳定。四氧嘧啶已被用于诱导多种动物，包括小鼠，大鼠，狗和猪以及兔子。所有模型都损伤胰腺β细胞。可以给8-10周龄的小鼠单剂量的四氧嘧啶以诱导高血糖症并引起糖尿病。以前认为四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠没有发展成细胞或血管疾病，*近的研究表明，四氧嘧啶能在7天内引起视网膜神经节细胞（RGC）的丧失。四氧嘧啶还引起小胶质细胞的改变。三个月大的动物具有较厚的细胞体和较短的树突。大鼠在使用四氧嘧啶后一周内出现了高血糖症和糖尿病。诱导后2-9个月发生血管生成，一年内发生白内障。 15个月后，观察到毛细血管基底膜增厚。幼犬四氧嘧啶每周一次，连续5周诱发糖尿病。这使视网膜病变与人DR极为相似，但狗在四氧嘧啶糖尿病发作后可能需要53-69个月才能发展为DR。开始施用四氧嘧啶后，观察到出血，无细胞毛细血管周细胞丢失和微动脉瘤。这是可行的PDR模型。该表型持续11个月。与狗模型相比，四氧嘧啶诱导的猪DR模型在48小时内显示出高血糖。使用四氧嘧啶后60天，由四氧嘧啶诱导的猪也出现白内障和毛细血管塌陷。链脲佐菌素（Streptozotocin，STZ）：链脲佐菌素是一种用于癌症化学疗法的抗生素。大鼠腹膜内注射链脲佐菌素和静脉内注射链脲佐菌素导致各种形式的持续性高血糖症，以及糖尿病和多饮症的特征。 STZ诱导的糖尿病的机制是由于胰岛细胞破坏和β细胞丢失。 Beta细胞表达低亲和力葡萄糖转运蛋白2（GLUT2），并且链脲佐菌素吸收STZ，因为它的结构类似于葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖。其他细胞，包括肝细胞和肾小管细胞，也表达GLUT2并遭受与STZ类似的损伤。链脲佐菌素的作用机制是由DNA片段化引起的细胞死亡。链脲佐菌素诱导的DR已在多种动物模型中观察到，包括小鼠，兔子，猪，大鼠，狗，斑马鱼和猴子。 STZ通常比四氧嘧啶更有效。已经在小鼠中开发了几种STZ诱导的糖尿病程序，可在5剂中提供总计150-400 mg/kg的链脲佐菌素。高血糖症通常在2周内发生，无论剂量大小，均可维持长达22个月。高血糖4-5周后，STZ诱导的小鼠的DR表型显示星形胶质细胞增加。GC丢失发生在6周内，视网膜的内核层（INL）和外核层（ONL）在10周内变薄，新血管在16周内形成，并且在6个月内出现无细胞毛细血管。与小鼠相比，大鼠需要低剂量的链脲佐菌素才能患上糖尿病。啮齿动物通常用于链脲佐菌素诱发的糖尿病，但是已经研究了其他几种具有不同结果和发病率的模型。斑马鱼成年4-6个月，腹膜内多次注射STZ或直接注射到尾鳍1周或数周，3周内有高血糖，第4周内的神经丛层（IPL）变薄。光敏节段层（PSL）变薄，锥体受体功能障碍和神经元损伤。诱导糖尿病后，该模型维持约80天。用单剂量的链脲佐菌素诱导较大的动物模型，例如兔，狗和非人灵长类动物。单剂STZ在体重1.5公斤的兔子中诱发高血糖。 135天后发现视网膜和视网膜前出血，血管疾病，静脉血栓形成和增生性视网膜病变。年龄为4.5至17个月，体重分别为11公斤和24公斤的狗用单剂量的四氧嘧啶/ STZ会在2天内出现高血糖症。在四氧嘧啶/ STZ诱导的糖尿病犬中，猴子的基底膜在1年内变厚，并且在4至5年后，影子细胞和平滑肌细胞会丢失。一只12岁的猴子单剂量服用链脲佐菌素会发展成糖尿病，并在10年后发展出具有棉斑点和强荧光斑点的缺血性视网膜病。高糖饮食：已经开发了几种高糖饮食模型，包括小鼠，大鼠，兔子，狗和斑马鱼。持续暴露于半乳糖诱导的视网膜病变类似于人类糖尿病。维持半乳糖可以使疾病持续下去。但是，饲喂半乳糖的动物缺乏糖尿病代谢紊乱。高半乳糖饮食后6周，小鼠出现高血糖症。术后十五个月，血糖水平升高，内皮细胞减少，无细胞毛细血管增多。 21个月后，病变包括血管瘤和视网膜增厚。尽管这些小鼠的视网膜病变发作时间更长，但它们的寿命比其他模型更长，可以观察到长达26个月的时间。同样，大鼠维持高半乳糖饮食超过2年。观察到连续高糖饮食的啮齿动物表型伴无细胞毛细血管和毛细血管基底膜增厚。相比之下，大型动物通常需要更长的时间来发展DR，无论是药物诱导的还是饮食上的。高蔗糖饮食的兔子在第24周建立了强烈的荧光斑点，在第12周出现了微动脉瘤。一年之内，半乳糖增加30％的狗会引起更复杂疾病的症状，例如DR和白内障。高血糖斑马鱼已经进化为模型。斑马鱼置于淡水和葡萄糖浓度分别为0％和2％的水中。 28天后，出现高血糖和IPL改善。由于该模型迄今仅维持了28天，因此视网膜结构，血管结构可视化和荧光表达的特征相似。由于它们的寿命短和繁殖规模大，缩短了实验时间，斑马鱼是研究DR的有力模型。低氧引起视网膜病变：近年来，缺乏高血糖的视网膜新血管形成模型和血管渗漏模型已用于研究中。后来发现视网膜损伤是由血管生成因子的释放引起的。使用小鼠，大鼠，灵长类动物和斑马鱼的几种不同的视网膜新血管形成模型。暴露于高氧状态的小鼠模型通常在出生后7-12天恢复正常空气，并且当视网膜血管在高氧条件下生长时，视网膜会变得缺氧。在这些模型中，氧诱导性视网膜病变（OIR）表现为血管生成和非灌注区域，并伴有微血管的出现。这通常发生在暴露后5天。细胞因子诱导：碱性烧伤模型导致细胞因子活性增加和DR样血管生成。该模型并不常用，需要一种痛苦的方法来诱导小鼠视网膜新血管形成。此技术已应用于近交小鼠品系，例如BALB/c小鼠。包括为成年小鼠的眼表放置2 mm滤盘1NaOH。通常在2周内观察到血管生成，小鼠的血管生成性视网膜炎性细胞因子水平也升高。细胞因子可以是血管生成疾病表型中的次要因素，但它们在维持疾病状态中可以发挥重要作用。

　　遗传模型：在小鼠，大鼠和斑马鱼中有许多种遗传DR的方法。这些模型包括自发的，菌株特异性的和遗传变异。例如，一些近交小鼠，包括非肥胖型糖尿病（NOD）和db/db，显示出高血糖症（糖尿病的主要特征），并且仍是糖尿病的研究模型。啮齿动物经常被用作DR的遗传模型，因为它们易于维护，具有良好的遗传背景，易于操纵并且可以生成基因敲除或转基因模型。结论：动物模型在理解DR的病因和病理生理以及开发预防和减轻疾病的可行疗法中起着重要作用。 DR是一种具有挑战性的疾病模型，因为它是一种涉及多种遗传和环境因素的复杂疾病。结合遗传和/或诱导模型可以提供更准确的DR模型。大多数现有模型只能更好地模拟疾病的早期阶段，从而限制了模型的实用性，而且治疗通常仅限于疾病的早期进展。另外，已经开发了没有高血糖的视网膜新血管形成的动物模型。这些模型可用于了解晚期DR疾病的病因并制定适当的治疗计划。正确了解每种可用模型的病理生理学和局限性对于确定适合您的研究的*佳模型很重要。