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糖尿病（diabetes mellitus, DM）已對全球人類健康構成重大威脅。DM及其并發癥不僅顯著降低患者生活質量，還是導致殘疾和死亡的關鍵因素。因此，構建恰當的糖尿病動物模型，以深入探究DM及其并發癥的發病機理，顯得至關重要。當前，制備DM動物模型的主要方法包括：胰腺切除術、化學藥物誘導、利用自發性糖尿病動物及轉基因技術等。

一、胰腺切除法制備DM模型

常選用狗、貓及大鼠等動物，通過全部或近乎全部切除其胰腺（同時保留胰十二指腸動脈吻合弓）。若實驗動物連續兩日血糖濃度超過11.1mmol/L，或在葡萄糖耐量試驗中120分鐘時的血糖值仍未恢復至注射前水平，即可判定DM模型構建成功。此方法的原理在于，胰腺的大部或全部切除導致β細胞缺失，從而引發永久性DM。

二、化學誘導的DM模型

化學藥物誘發DM模型，通常采用鏈脲佐菌素（streptozotocin, STZ）腹腔注射或四氧嘧啶（alloxan）靜脈注射，適用動物包括小鼠、大鼠、家兔及狗。STZ的推薦劑量范圍為50～150mg/kg，而四氧嘧啶則為60～110mg/kg。

STZ，一種含亞硝基的化合物，其致DM機制涉及三方面：（1）直接破壞：高劑量STZ注射后，可直接導致β細胞內輔酶I（NAD）濃度下降，進而阻斷NAD依賴的能量和蛋白質代謝，引起β細胞死亡；（2）NO介導破壞：通過誘導一氧化氮（NO）合成，間接損害β細胞；（3）自身免疫激活：小劑量STZ雖僅破壞少量β細胞，但這些死亡細胞可作為抗原，被巨噬細胞吞噬后引發TH1細胞反應，產生IL-2、IFN-γ等炎性因子，促進局部炎性細胞浸潤，并釋放多種殺傷性物質（如IL-1、TNF-α、NO、H2O2等），進一步加劇β細胞損傷，最終誘發DM。

四氧嘧啶則迅速被β細胞攝取，影響細胞膜通透性及ATP生成，抑制葡萄糖刺激的胰島素分泌。其主要通過產生氧自由基，破壞β細胞結構，導致細胞損傷及壞死，從而降低血清胰島素水平。然而，由于四氧嘧啶同時造成肝、腎毒性損害，且部分由其制備的DM模型可自發緩解，目前其應用已逐漸減少。

三、自發性糖尿病動物模型

自發性糖尿病動物模型主要選用具有自發DM傾向的近交系純種動物，如BB（Biobreeding）鼠、NOD（non-obesity diabetes）小鼠、G（Goto-Kakisaki）鼠及中國地鼠等。此類模型指動物在自然狀態下，未經任何人為干預而自發發生DM。

目前，已用于研究的自發性DM動物約有20種，可劃分為兩大類：一類為胰島素缺乏型，其特點為發病迅速、癥狀顯著，并伴有酮癥酸中毒。典型代表有BB鼠、NOD小鼠和LETL大鼠，它們可作為1型DM的動物模型。這些動物無肥胖表現，發病初期呈現胰腺炎癥狀，且人類組織相關性抗原（MHC）參與發病，與1型DM的人類特征高度相似，有助于深入探究1型DM的發病機制。

另一類為胰島素抵抗性高血糖癥型，其病程較長，不發生酮癥酸中毒，屬于2型DM動物模型。常用的2型DM自發性動物模型包括中國地鼠、GK（Goto-Kakisaki Wistar rats）大鼠、NSY（Nagoya-Shibata-Yasuda）鼠和OLETF大鼠。

(一)1型糖尿病動物模型

1、BB大鼠

BB鼠，作為常用的1型DM模型動物，源自加拿大渥太華的Biobreeding實驗室。該品系中，約50%～80%的BB鼠會患上DM，且雄性與雌性大鼠的發病率相近。BB大鼠通常在60～120日齡時發病，發病前的幾天內可觀察到糖耐量異常及胰島炎癥狀。

一旦發病，BB大鼠會展現出1型DM的典型特征：體重下降、多飲、多尿、糖尿、酮癥酸中毒、高血糖、低胰島素水平、胰島炎以及胰島β細胞數量減少。為了維持生命，這些大鼠需要依賴胰島素治療。

此外，BB大鼠還具有血液中淋巴細胞減少的特點，因此更容易受到感染。同時，它們發生淋巴細胞甲狀腺炎的頻率也較高，血清中?？蓹z測出針對平滑肌、骨骼肌、壁細胞以及甲狀腺球蛋白的自身抗體。

2、NOD小鼠

NOD小鼠是一種自發性非肥胖DM模型，其發病年齡與發病率存在顯著的性別差異。雌鼠的發病年齡較雄鼠明顯提前，且發病率也遠高于雄鼠。NOD小鼠在3-5周齡時開始出現胰島炎，浸潤胰島的淋巴細胞主要為CD4+或CD8+淋巴細胞，并在13～30周齡時發展出明顯的DM癥狀。

與BB大鼠不同，NOD小鼠通常不出現酮癥酸中毒，也沒有外周血淋巴細胞減少的現象，但同樣需要胰島素治療來維持生命。在NOD小鼠胰島炎初期，血漿和胰島灌注液中的胰島素基礎值及對葡萄糖的反應值均降低，同時胰高血糖素和胰高血糖素樣物質的免疫活性增加。此外，NOD小鼠的葡萄糖激酶、丙酮酸激酶等活性下降，而葡萄糖-6-磷酸脫氫酶和另一種丙酮酸激酶的活性則增加。在肝組織中，轉氨酶、乳酸脫氫酶、支鏈氨基酸的活性均降低；在腎臟組織中，β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和α-甘露糖苷酶的活性也均有所降低。

NOD小鼠伴發DM是遺傳、免疫和自由基損傷等多種因素綜合作用的結果。由于其這些特點與1型DM患者相似，因此NOD小鼠是研究1型DM的遺傳學、免疫學、病毒學特征及其預防和治療等方面的良好動物模型。

3、LETL（Long Evans Tukushima Lean）大鼠

LETL大鼠同樣是一種1型DM模型動物，其通常在8～20周齡時發生DM。雄性大鼠的發病率約為21%，而雌性大鼠的發病率則約為15%。若在5～7周齡時對大鼠進行環磷酰胺處理，則其在16周齡時的DM發病率會增加一倍。

與某些其他DM模型不同，LETL大鼠并無外周血淋巴細胞減少的現象。在出現明顯的DM癥狀前4～5天，其胰島中已可見明顯的淋巴細胞浸潤。

(二)2型糖尿病動物模型

1、嗜沙肥鼠（Psammonys Obesus, PO）

PO大鼠是棲息于沙漠地區的嚙齒類動物，具有顯著的胰島素抵抗特征。在高熱量飲食條件下（持續數天至兩周），90%的PO大鼠會自發出現高胰島素血癥，并伴有明顯的高血糖癥狀，隨后胰島素水平逐漸降低。

PO大鼠的DM發病過程可大致分為四個階段：首先是起始階段，此階段血糖及血清胰島素水平均處于正常范圍；接著是高胰島素血癥期，雖然血糖仍保持正常，但血清胰島素水平明顯升高；隨后進入高胰島素和高血糖期，此時血糖超過11.1mmol/L；最后是低胰島素高血糖期，由于胰島β細胞分泌功能受損，導致胰島素水平降低而血糖升高，大鼠需依賴胰島素治療以維持生命。

Duhault等研究發現，PO大鼠在2型DM晚期呈現出胰島素依賴性，且胰腺組織學檢查顯示存在胰島炎，這表明其具有遲發性1型DM（Latent autoimmune diabetes mellitus in adult, LADA）的特點。因此，PO大鼠可能適用于LADA的研究。

2、中國地鼠自發性DM模型

中國地鼠自發性DM模型是通過近親繁殖健康的中國地鼠而獲得的。此模型以輕、中度高血糖為特征，動物體型非肥胖，血清胰島素水平表現多樣，胰島病變程度各異，與人類2型DM相似。多數地鼠在1歲齡以內發病，群體發病率約為20.88%。

3、GK大鼠（Goto-Kakisaki Wistar Rats）

GK大鼠是一個常用的自發性非肥胖2型DM模型動物。GK雌、雄鼠的發病率相當，通常在3～4周齡時發生明顯的DM。在高血糖出現之前，常有一段血糖正常的時期（從出生后到斷奶），這相當于人類的DM前期。

GK大鼠的特征包括：葡萄糖刺激的胰島素分泌受損，β細胞數目減少60%，肝臟對胰島素的敏感性降低，導致肝糖生成過多；肌肉和脂肪組織呈現中度胰島素抵抗。此外，GK大鼠的血壓也比正常Wistar大鼠高（低鹽攝入時約高15mmHg，高鹽攝入時約高24mmHg）。

GK大鼠還具有與人類2型DM微血管并發癥相似的改變，如運動神經傳導速率減慢、神經纖維出現節段性脫髓鞘、軸突變性、視網膜血管內皮生長因子（VEGF）表達增加、視網膜局部血流減少、白蛋白尿、腎小球基底膜增厚、腎小球肥大和硬化等。

4、Zucker DM肥胖（Zucker Diabetic Fatty, ZDF）大鼠

ZDF大鼠是常用的2型DM模型動物，因瘦素受體突變而表現出多食、肥胖，同時伴有高胰島素血癥、高脂血癥和中度高血壓。雄性ZDF大鼠通常在8～10周時出現DM癥狀，包括多飲、多尿和體重增加緩慢，并可能伴有神經病變。研究發現，雄性ZDF大鼠肌肉中GLUT4的表達明顯降低，胰島β細胞中GLUT2的表達也顯著下調，這可能是ZDF大鼠發生2型糖尿病的機制之一。組織學研究表明，6周齡的ZDF大鼠胰島已出現結構紊亂、纖維化以及胰島β細胞脫顆?，F象，且胰島β細胞數量遠低于同齡非DM的ZDF大鼠。

5、NSY（Nagoya-Shibata-Yasuda）小鼠

NSY小鼠是從JCL ICR遠交系小鼠中根據葡萄糖耐量選擇繁殖而產生的，具有年齡依賴性自發發生DM的特征。該品系小鼠在任何年齡都未表現出嚴重的肥胖，也未出現很高水平的高胰島素血癥，但在第24周齡時，其葡萄糖刺激的胰島素分泌功能明顯減弱。病理學上未見胰島增生或炎性改變等形態學異常，提示NSY小鼠發生2型DM的原因可能是胰島β細胞對葡萄糖誘發的胰島素分泌功能發生了改變。胰島素抵抗可能在其發病機理中起到一定作用。NSY小鼠將有助于人們進一步研究2型DM的遺傳學傾向及病理發生機制。

6、OLETF（Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty）大鼠

OLETF大鼠是河野等利用Long-Evans系大鼠培育出的自發性2型DM模型動物。該鼠因膽囊收縮素（CCK）-A受體mRNA表達完全缺失，導致食欲亢進和肥胖，消化道對CCK-8刺激無反應，且胰腺的內、外分泌功能均降低。此模型展現出2型DM的典型特征，包括多食、肥胖、多飲和多尿，能自然且緩慢地發展為2型DM。

自8周齡起，OLETF大鼠的血清甘油三酯、膽固醇和餐后血糖均顯著高于對照鼠。隨著年齡增長，其血清甘油三酯和餐后血糖持續升高。12周齡時，出現明顯的胰島素抵抗；18周齡時，胰島素敏感性降至對照組的20%；24周齡時，血漿胰島素代償性增加；30周齡時，血TG水平達到對照組的5倍；40周齡后，胰島分泌功能降低；65周齡后，血糖值高達25mmol/L，而免疫反應性胰島素（IRI）水平卻低于40pmol/L。

此外，OLETF大鼠的尿蛋白自30周齡起明顯增多，且隨年齡增長而迅速增加。雄性鼠在55周齡時，尿蛋白含量可達800mg/d以上。組織學研究表明，OLETF大鼠的胰腺呈進行性纖維化。20周齡時，胰腺即出現明顯纖維化、胰島增大；40周齡時，胰島被結締組織取代；70周齡時，胰腺極度萎縮，胰腺組織被脂肪和結締組織替代。

在腎臟方面，OLETF大鼠在22周齡時即可出現腎小球基底膜增厚；40周齡后，雄性OLETF大鼠的腎小球增大，腎小球膜基質增生及腎小球基底膜增厚；70周齡時，幾乎在每一個腎小球周圍都可見被擴張的毛細血管包圍的PAS-陽性結節，這種結節性改變膨脹到腎小球膜基質中。OLETF大鼠的腎臟變化與人類的DM結節性腎小球硬化癥非常相似。

綜上所述，OLETF大鼠胰腺和腎臟不同階段的病理變化與臨床2型DM患者的病理表現極為相似，為研究2型DM及其并發癥的發病機制和胰島素抵抗干預措施的評價提供了良好的實驗動物模型。

7、db/db小鼠

db/db小鼠的糖尿病發病是由瘦素受體突變引起的，呈現常染色體隱性遺傳特征。該鼠在10～14日齡時即出現多食和高胰島素血癥，但4周齡時血糖仍保持正常。隨后，小鼠體重逐漸增加，并出現高血糖。到2～3月齡時，盡管胰島素水平達到正常時的6～10倍，血糖水平卻可高達22～33mmol/L。約3～6月齡時，胰島素水平逐漸下降至低于正常水平，此時小鼠體重明顯下降，并出現酮癥。組織學檢查顯示顯著的β細胞壞死。如不進行胰島素治療，該小鼠存活時間不超過10個月。db/db小鼠的另一個特點是其血清胰高糖素水平較正常對照升高2倍以上。因此，db/db小鼠是適用于研究2型糖尿病發病機制的動物模型。

8、ob/ob小鼠

ob/ob小鼠是2型糖尿病模型動物，同樣屬于常染色體隱性遺傳。其糖尿病發病是由于ob基因突變，導致編碼的蛋白leptin缺乏，進而引起肝脂肪生成和肝糖原異生顯著增加。高血糖又刺激胰島素分泌，導致胰島素抵抗和脂肪形成增加。ob/ob小鼠的體重可達90克之多，且癥狀的輕重取決于遺傳背景。純合體動物表現為肥胖、明顯的高血糖及高胰島素血癥。ob/ob/6J小鼠的胰島素水平可達正常小鼠的10～50倍，但其血糖通常只有輕度升高。組織學檢查顯示ob/ob小鼠的胰島β細胞顯著增生、肥大，而胰島A細胞、D細胞及PP細胞數量明顯減少。

9、KK鼠

KK小鼠是一種輕度肥胖型的2型糖尿病動物模型。通過與C57BL/6J小鼠雜交，并進行近親繁殖，得到了Toronto-KK（T-KK）小鼠。當黃色肥胖基因（即Ay）被轉入KK小鼠中，便產生了KKAy鼠。與原始的KK小鼠相比，KKAy鼠展現出更為明顯的肥胖和糖尿病癥狀。

KK小鼠具有顯著的多食特征，從5周齡開始，其血糖和血胰島素水平便逐步升高。到了5月齡時，體重可達到50克，此時非空腹血糖通常低于17mmol/L，而非空腹血胰島素水平則可高達1200ug/mL。然而，當KK小鼠達到1歲齡時，其多食、高血糖、高胰島素血癥、肥胖以及肝臟對胰島素的敏感性均可自發恢復正常。但值得注意的是，患有糖尿病的KK小鼠的生命通常會明顯縮短。

此外，KK小鼠的空腹胰高糖素水平升高，并且不受葡萄糖的抑制。組織學檢查顯示，KK小鼠的β細胞存在脫顆粒和糖原浸潤的現象，隨后會出現胰島肥大、肝脂肪化以及脂肪組織的增多。

四、其他DM動物模型（一）激素性DM動物模型

通過注射垂體前葉提取物、生長素、腎上腺皮質激素、甲狀腺素或胰高血糖素，均可直接或間接地誘發DM。

（二）病毒性DM動物模型

利用腦-心肌炎病毒（EMC-M病毒）和柯薩基病毒等，可使某些種屬的小鼠胰島β細胞發生脫顆粒、壞死，導致胰島β細胞破壞，從而產生類似1型DM的癥狀。

（三）免疫性DM動物模型

通過靜脈注射抗胰島素抗體，或用同種或異種胰島素與弗氏佐劑形成的復合物及抗血清進行免疫；也可用同種或異種胰腺與弗氏佐劑一起免疫動物，均可在數小時后產生一過性高血糖。其機制是內源性胰島素與輸入的抗體結合，導致內源性胰島素水平降低，從而引發DM。

（四）下丘腦性DM動物模型

采用電凝法或注射硫代葡萄糖金損傷丘腦下部腹內側核（VMH）的飽中樞，可使成熟動物產生過度攝食、肥胖，直至發展為DM。

五、轉基因糖尿病動物模型

轉基因動物（transgenic animal）技術是通過遺傳工程手段對動物基因組進行人為修飾或改造，并利用動物育種技術使這些修飾在世代間傳遞和表現。此技術允許在動物基因組的特定位點引入設計的基因突變，以模擬人類遺傳性疾病中基因結構或數量的異常。通過對基因結構的修飾，可以在動物整個生命周期中研究體內基因的功能及其結構與功能的關系。目前，已有關于1型、2型DM以及青少年發病的成人型糖尿?。╩aturity-onset diabetes of youth, MODY）的轉基因DM動物模型的報道。

（一）MKR小鼠動物模型

MKR小鼠是由Fernández等培育的2型DM轉基因動物模型。該小鼠骨骼肌中過度表達了失活的IGF-1受體。這些失活的受體與內源性IGF-1受體及胰島素受體形成雜合受體，干擾了這些受體的正常功能，從而導致明顯的胰島素抵抗。MKR小鼠在2周齡時即表現出明顯的高胰島素血癥，5周齡后空腹及進食后的血糖逐漸升高，7～12周齡時即出現明顯的糖耐量異常。使用PPAR-激動劑WY14,643治療可以糾正MKR小鼠的糖代謝異常。

(二) MODY2動物模型

Zhang等利用基因敲除技術制備了肝臟葡萄糖激酶(GCK)缺失的小鼠。隨著時間推移，該小鼠血糖逐漸升高，糖耐量減退。6周齡時，其空腹血糖顯著高于對照組小鼠。這種由肝細胞GCK活性減退所引起的疾病與人類MODY相似，因此可作為MODY的動物模型。

(三) 線粒體糖尿病

Silva等發現，β細胞中Tfam（線粒體轉錄因子A）突變的小鼠在大約5周齡時發生糖尿病。這些小鼠表現為嚴重的mtDNA耗竭、氧化磷酸化不足，并在7~9周時胰島內可觀察到異常的線粒體，呈現出線粒體糖尿病的特征。

(四) GDM（妊娠糖尿?。┠Ｐ?/p>

妊娠期胰島素抵抗可引起妊娠糖尿病，患者的胎兒典型特征是巨大兒，且成年后患肥胖和2型糖尿病的概率增加。Yamamoto等發現，雜合體C57BL/PKsJ-db/+小鼠會發生GDM。妊娠導致PI3K與IRS-1解離，與IR結合活性增加，胰島素介導的精氨酸磷酸化增多，而IRS-1表達及其酪氨酸磷酸化減少，從而使IRS-1結合及激活PI3K的能力下降，胰島素功能不能發揮，出現胰島素抵抗。

(五) NOD-RIP-B7-1轉基因小鼠

為了研究B淋巴細胞在1型糖尿病發病中的作用，Wong等利用轉基因技術制備了NOD-RIP-B7-1（非肥胖糖尿病-大鼠胰島素啟動子-B7-1）轉基因小鼠。該小鼠由于過度表達輔助刺激因子B7.1，導致糖尿病發病時間較正常NOD小鼠明顯提前，在12周齡時即發生糖尿病。

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