疾病小鼠模型系列之I型糖尿病篇（下）
Akita小鼠模型應(yīng)用實(shí)例
替代STZ誘導(dǎo)模型應(yīng)用于移植研究中
如上期提到的，STZ這些化學(xué)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生有害的毒副作用，使得我們?cè)陉U述機(jī)體損傷到底是由高血糖引起，還是由化學(xué)誘導(dǎo)物引起時(shí)往往變得更加困難和復(fù)雜。
而Akita小鼠由于其自身發(fā)生胰島素敏感性糖尿病，同時(shí)無(wú)β細(xì)胞自身免疫，因此成為STZ誘導(dǎo)的絕佳替代模型，可用于胰島移植、β細(xì)胞替換研究中(Fig.1)[1]。
Fig.1 Akita小鼠用于在胰島移植中替代STZ處理
用于糖尿病相關(guān)疾病的研究
糖尿病性腎病
糖尿病腎病是終末期腎臟疾病的最常見(jiàn)原因。Akita小鼠表現(xiàn)出與糖尿病相關(guān)的腎小球病變，包括腎小球膜硬化癥，可能還有IgA腎病。Akita小鼠出現(xiàn)中等水平的蛋白尿和適度的結(jié)構(gòu)變化，包括腎小球系膜基質(zhì)增加，腎小球基底膜增厚和足細(xì)胞耗竭。
遺傳背景與糖尿病性腎病的易感性相關(guān)。不過(guò)無(wú)論何種品系，Akita小鼠均未表現(xiàn)出在晚期人類糖尿病性腎病中觀察到的任何結(jié)構(gòu)改變，例如血管溶栓、廣泛的明顯或結(jié)節(jié)性腎小球膜硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。
因此，Akita小鼠可能是糖尿病腎病早期至中度晚期腎臟形態(tài)變化的有用模型[2-3]。
糖尿病性神經(jīng)病
研究表明， Akita小鼠是糖尿病交感自主神經(jīng)病的有效模型，與其他嚙齒動(dòng)物模型和人類的特征性病理密切相關(guān)[4]?；加刑悄虿〉腁kita小鼠在椎前上腸系膜（SMG）和腹腔神經(jīng)節(jié)（CG）中逐漸出現(xiàn)明顯的軸突和樹(shù)突腫脹（“神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良”）。
Akita小鼠無(wú)需處理即可維持糖尿病狀態(tài)長(zhǎng)達(dá)11個(gè)月時(shí)間，相較NOD小鼠或其它模型，更有利于長(zhǎng)期觀察和評(píng)估糖尿病性神經(jīng)病的治療和糾正情況，有助于對(duì)自主神經(jīng)病變逆轉(zhuǎn)的新型治療藥物進(jìn)行評(píng)估與分析。
例如：小促紅細(xì)胞生成素肽ARA290能夠?qū)kita小鼠中的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)不良癥減少55-74％(Fig.2)，提示神經(jīng)保護(hù)性EPO樣肽的開(kāi)發(fā)可能為這種使人衰弱的糖尿病并發(fā)癥提供可能的未來(lái)治療方法[5]。
Fig.2 Effect of Insulin and ARA290 on the Frequency of Established?Neuritic?Dystrophy?inAkita Diabetic and Control Celiac?Ganglia.?
Akita小鼠患上糖尿病后，還伴隨著機(jī)械和熱傷害感受受損，以及表皮內(nèi)神經(jīng)纖維的大量損失。
與同窩野生型對(duì)照相比，Akita小鼠機(jī)械傷害感受細(xì)胞中動(dòng)作電位放電速率降低，而低閾值A(chǔ)纖維的功能基本保持完整。分離的感覺(jué)神經(jīng)元的研究表明Akita小鼠背根神經(jīng)節(jié)（DRG）神經(jīng)元的熱響應(yīng)能力顯著降低，但對(duì)冷敏感神經(jīng)元的功能幾乎沒(méi)有改變。
通過(guò)胰島移植恢復(fù)正常的血糖控制可使傷害感受迅速恢復(fù)。胰島移植還可以將Akita小鼠表皮內(nèi)神經(jīng)纖維密度恢復(fù)到與野生型小鼠相同的水平，這表明恢復(fù)的胰島素產(chǎn)生可以逆轉(zhuǎn)小鼠糖尿病性神經(jīng)病的異常[6]。
糖尿病性心肌?。―MCM）
糖尿?。―M）會(huì)引起心肌病并加重心力衰竭，但對(duì)于糖尿病性心肌病/心力衰竭的潛在分子機(jī)制了解甚少。Akita小鼠表現(xiàn)出一定的心臟功能障礙(Fig.3)。
Fig.3 Genotyping and validation of hyperglycemia in Akita mice.?
通過(guò)NGS測(cè)序和微陣列分析，對(duì)比患糖尿病的Akita小鼠與對(duì)照小鼠的心臟轉(zhuǎn)錄本，揭示了差異表達(dá)基因在糖尿病性心肌病關(guān)鍵信號(hào)通路中的作用，也為這些潛在靶點(diǎn)基因或lncRNA的后續(xù)研究提供了支持(Fig.4)[7]。
Fig.4?Ingenuity Pathway Analyses(IPA) for key signaling network associated with cardiomyopathy/diabetic heartfailure in Akita heart using differentially expressed genes from microarrayanalyses.?
2018年的一項(xiàng)研究利用斑點(diǎn)跟蹤的影像學(xué)手段監(jiān)測(cè)了糖尿病Akita小鼠心臟的早期變化[8]。2019年4月的研究表明，降低的心臟miR-133a（一種心臟保護(hù)性miRNA）與糖尿病性心肌病相關(guān)。
通過(guò)將雄性Akita小鼠與雌性心臟特異性miR-133a轉(zhuǎn)基因小鼠雜交，獲得Akita/ miR-133aTg小鼠，其中miR-133a在心臟中過(guò)表達(dá)。結(jié)果表明，糖尿病小鼠心臟中miR-133a的水平升高不會(huì)改變血糖水平，但會(huì)減少心臟中的脂質(zhì)蓄積，提示心臟代謝重構(gòu)受到抑制[9]。
糖尿病性視網(wǎng)膜病變
Akita小鼠的進(jìn)行性視網(wǎng)膜異常最早可在高血糖發(fā)作后12周開(kāi)始。因此Akita小鼠可以被用于糖尿病與視網(wǎng)膜神經(jīng)變性相關(guān)的研究中。
例如，將Akita小鼠與Srr突變（SR缺乏）小鼠雜交獲得Akita-Srr的雙突變小鼠品系。與非糖尿病對(duì)照小鼠相比，Akita在視網(wǎng)膜中保留的視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞（RGCs）較少。但Akita-Srr小鼠與Akita小鼠相比在視網(wǎng)膜的中部和外圍（而不是在后部）保留了更多的RGC，含有更少的D-絲氨酸。
研究結(jié)果提示SR缺乏可阻止糖尿病小鼠中RGC的損失。D-絲氨酸是糖尿病性視網(wǎng)膜病變中RGC變性的關(guān)鍵因素(Fig.5)。靶向SR表達(dá)或活性可能是減輕糖尿病性視網(wǎng)膜病變中RGC損失的策略[10]。
Fig.5 Retinal ganglion cells (RGC) counts inperipheral retinae from Ins2 Akita -Srr are more than those from Ins2 Akita,but less than Srr or w/t.?
II型糖尿病、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激研究
鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與糖尿病
鋅離子在胰島β細(xì)胞的生物功能中發(fā)揮著非常重要的作用。鋅轉(zhuǎn)運(yùn)體8（Zinc transporter 8, ZnT8）是由SLC30A8 基因編碼的鋅離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，負(fù)責(zé)把鋅離子轉(zhuǎn)運(yùn)和集聚在胰島素分泌顆粒中。
研究表明，在糖尿病小鼠模型（例如db / db和Akita小鼠）的胰島中，ZnT8的表達(dá)降低(Fig.6)[11]。
Fig.6?The clinical features (below the dotted line) and potentialpathway (above the dotted line) of zinc transporter?8 (ZnT8)in diabetes. The initial phase of diabetes might bethe interaction between genetic and environmental factors.?
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與糖尿病
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）應(yīng)激是2型糖尿病發(fā)展的重要因素之一。胰腺中轉(zhuǎn)錄因子CHOP和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的分子伴侶GRP78在胰腺中的表達(dá)。CHOP表達(dá)增強(qiáng)，進(jìn)而引起β細(xì)胞凋亡和糖尿病的發(fā)生，而CHOP敲除則可以減少ERs誘導(dǎo)的Akita鼠β細(xì)胞凋亡，從而延遲糖尿病的發(fā)生[12]。
將Akita小鼠與150kDa氧調(diào)節(jié)蛋白（ORP150）轉(zhuǎn)基因小鼠進(jìn)行交配后，發(fā)現(xiàn)Akita小鼠中ORP150的廣泛系統(tǒng)性表達(dá)可改善胰島素耐受性，提示了ORP150在胰島素敏感性中的重要作用[13]。
在Akita小鼠中腹腔注射胰高血糖素樣肽1受體（GLP-1R）激動(dòng)劑exendin-4（Ex-4），檢測(cè)β細(xì)胞凋亡情況，從而研究GLP-1R信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)對(duì)細(xì)胞的保護(hù)作用。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ex-4顯著降低了Akita小鼠的血糖水平并增加了胰島素陽(yáng)性面積和胰島數(shù)目，還導(dǎo)致CHOP陽(yáng)性β細(xì)胞和TUNEL陽(yáng)性β細(xì)胞的數(shù)量顯著減少，以及β細(xì)胞中CHOPmRNA的水平明顯降低，說(shuō)明Ex-4治療通過(guò)抑制凋亡β細(xì)胞的死亡起到減輕ER應(yīng)激介導(dǎo)的β細(xì)胞損傷的作用(Fig.7)[14]。
Fig.7?Ex-4 treatment increased insulin‐positive areas, number of islets and insulin content. ?
南模生物自主研發(fā)Ins2-(C96Y)小鼠模型
Fig.8 The Basic Symptoms of Ins2-(C96Y) Mouse Compared with Its WT Litter Mate
自6周齡開(kāi)始，Ins2-(C96Y)小鼠體重明顯低于同窩對(duì)照。Ins2-(C96Y)雄鼠的體重減輕較雌鼠更為明顯(Fig.9)。
Fig.9?Body Weight of Ins2-(C96Y) Mouse Compared with Its WT Litter Mate
無(wú)論是16小時(shí)禁食還是4小時(shí)禁食血糖，Ins2-(C96Y)小鼠的血糖顯著高于同窩對(duì)照小鼠。高血糖癥特征明顯，而且Ins2-(C96Y)雄鼠高血糖癥狀更為嚴(yán)重(Fig.10)。
Fig.10 Blood Glucose Level of Ins2-(C96Y) Mouse Compared with Its WT Litter Mate
Ins2-(C96Y)小鼠攝水量顯著高于同窩對(duì)照小鼠，表現(xiàn)為多飲的糖尿病特征(Fig.11)。
Fig.11 Water Intake of Ins2-(C96Y) Mouse Compared with Its WT Litter Mate
Ins2-(C96Y)雌鼠的攝食量顯著高于同窩對(duì)照小鼠，表現(xiàn)出糖尿病患者的多食特征，而Ins2-(C96Y)雄鼠的攝食量與對(duì)照組相比沒(méi)有顯著變化(Fig.12)。
Fig.12 Food Intake of Ins2-(C96Y) Mouse Compared with Its WT Litter Mate
綜上所述，Ins2-(C96Y)小鼠是研究I型和II型糖尿病的有力小鼠模型。
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