糖尿病动物模型(糖尿病动物模型的制备和鉴定实验报告)

• 1、糖尿病实验动物模型
• 2、糖尿病肾病模型：动物模型、二维细胞模拟及三维类器官模型
• 3、动物模型 | 糖尿病肾病动物模型

糖尿病实验动物模型

糖尿病是由于遗传和环境等因素引起的代谢紊乱综合征，常以慢性高血糖为主要特征。高血糖则是由于胰岛素分泌缺陷或其生物作用受损，或两者兼有引起。长期高血糖会导致各种组织，特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害、功能障碍。但发病原因和发病机制尚不清楚，缺乏针对性强的有效治疗手段。

起初，世界卫生组织( WHO)将糖尿病分为原发性和继发性两类。

随着对糖尿病认识的逐步加深，对其遗传易感基因及免疫学的深入研究，美国糖尿病学会( ADA) 专家委员会对糖尿病的分类重新做了修订，将其分为：

I型糖尿病( T1DM)

II 型糖尿病( T2DM)

其他特殊类型糖尿病及妊娠糖尿病

糖尿病临床多表现为多饮、多尿、多食和消瘦（多见于I型糖尿病）；疲乏无力、肥胖（多见于二型糖尿病）。

糖尿病动物模型是研究糖尿病发病机制及新型治疗药物的关键，通过对建模过程中的动物模型表观现象的观察及药物作用于相应动物模型后的一系列反应，可直接或者间接地认识其病因、机制及新药。所以，选择适宜的糖尿病模型是研究的前提条件。本篇将为大家介绍常见的糖尿病动物模型。

1、自发性I型糖尿病

NOD（non obesity diabetes）小鼠是一种自发性I型糖尿病小鼠。发病表现与人糖尿病症状相似：高血糖、糖尿、多饮、多尿等。若无外源性胰岛素治疗，动物多因酮血症在1-2月内死亡。

雌性NOD小鼠糖尿病发病率高于雄鼠。

▲NOD小鼠

2、诱发型I型糖尿病模型

链脲佐菌素（STZ）诱发大鼠、小鼠发生的I型糖尿病模型，与人类I型糖尿病的临床表现、病程经过以及胰岛形态学改变等方面有许多相似之处。STZ是目前使用最为广泛的糖尿病动物模型化学诱导剂，它对动物胰岛B细胞有特异性的破坏作用。利用该特点，使用高剂量STZ致动物胰岛B细胞坏死，诱导动物发生I型糖尿病。具有方法简单，用药量下，特异性损伤胰岛B细胞、药物毒性较低等优点。

▶建模方法：

Wistar大鼠（200-300g）一次性大剂量或多次小伎俩腹腔或静脉注射STZ（60-80mg/kg），72小时后会出现血糖稳定升高、“三多”症状（多饮、多食和多尿）明显，检测血糖在11.1mmol/L时即制成无炎性I型糖尿病。

▲糖尿病鼠与正常鼠对比

1、自发性II型糖尿病模型

OLETF大鼠：轻度肥胖、高胰岛素血症、高三酰甘油血症。14周大鼠已存在胰岛素抵抗，体内和腹内脂肪重量增加，同时存在三酰甘油和胆固醇的增高。24周发病率可达到100%。

db/db小鼠：瘦素基因缺陷导致的先天肥胖II型糖尿病小鼠。发病过程与人II型糖尿病非常相似，是目前最好的II型糖尿病动物模型之一。由于瘦素缺陷导致迷失，在出生后2周内就发生高胰岛素血症，3-4周内发展为肥胖，8-10周就发展为糖尿病，如不干预多在10个月内死亡，可发生明显的糖尿病肾病。

▲db/db小鼠

KK-Ay小鼠：是一种毛色基因（Ay）突变型糖尿病小鼠，Ay基因不仅影响小鼠的毛色，还在遗传易感性基础上加环境因素引起小鼠代谢紊乱，出现肥胖、高血糖、脂代谢紊乱、高胰岛素血症等代谢综合症而诱发糖尿病，与人类II型糖尿病的表现极其相似，是一种理想的II型糖尿病动物模型。2月龄时开始中度肥胖，4、5月龄进入稳定期，并逐渐出现角膜退化、细胞核内损伤等症状；15周龄时还会出现心肌间质纤维化；后期的高肾脏糖蛋白、肾小球系膜细胞增殖和细胞外基质积聚会进一步恶化形成糖尿病肾病。

▲KK-Ay小鼠

2、诱发型II型糖尿病模型

诱发型II型糖尿病模型大鼠（Wistar或SD大鼠）是在高糖高脂条件下饲养，造成超重及肥胖发生糖脂代谢紊乱诱发胰岛素之后，一次性腹腔注射小剂量STZ，渐进破坏胰腺B细胞，使该模型具有肥胖IR、高血糖、高血脂等特点，与临床II型糖尿病发生发展经过相似，基本符合II型糖尿病的临床特点。

▶建模方法：

Wistar大鼠，体重180-200g，高糖高脂饲料饲养连续8周以上，用15-30mg/kg剂量一次性腹腔注射2%STZ溶液。评判标准为：在胰岛素抵抗基础上，空腹血糖≥16.7mmol/L。

造模方法简便易行，成功率高，重复性好，是研究II型糖尿病发病机制、相关并发症及药物学评价的较理想的模型。

糖尿病肾病模型：动物模型、二维细胞模拟及三维类器官模型

文题释义：

糖尿病肾病：是糖尿病晚期最严重的微血管并发症之一，多见于病史超过10年的糖尿病患者，临床症状以蛋白尿及持续的肾功能下降为主；主要病理改变包括系膜基质增生、细胞外基质过度沉积、肾小球硬化及肾小管间质纤维化。

肾脏类器官：是由干细胞产生的、能够在体外自发形成包含足细胞、近端小管细胞、远端小管细胞及血管内皮细胞等在内的多种固有细胞的器官样结构，具有稳定的遗传背景；可用于探索肾脏发育过程、疾病建模和药物筛选。

背景：近几年来，人类多能干细胞衍生的肾类器官及糖尿病肾病啮齿动物模型取得了一定的进展。然而，由于糖尿病肾病发病受环境因素及遗传因素共同作用，发病机制复杂，并且对于此类患者的临床治疗方法需要因人而异。因此，需要开发更灵活和综合的方法，从而发现强有力的临床前证据，以支持对糖尿病肾病患者进行更有针对性的干预。

目的：从动物模型、二维细胞培养模拟及三维类器官模型等方面综述了糖尿病肾病模型的研究进展，为进一步的研究提供线索和思路。

方法：以“糖尿病，糖尿病肾病，糖尿病肾病模型，糖尿病肾病动物模型，类器官，肾脏类器官，糖尿病肾病细胞模型，糖尿病肾病病证结合动物模型”为中文检索词，“Diabetes，diabetic nephropathy，diabetic kidney diseases，diabetic nephropathy models，diabetic nephropathy animal models，organoids，diabetic and organoids，diabetic and kidney organoids，kidney organoids，diabetic nephropathy cell models，diabetic nephropathy syndrome combined animal models”为英文检索词，检索中国知网及PubMed数据库，最终纳入101篇文献进行综述分析。

结果与结论：糖尿病肾病体内模型和体外模型是深入研究糖尿病肾病发病机制的有力工具。动物模型可以观察到多系统之间的相互作用；二维细胞培养操作简便且成本较低；新兴的肾类器官填补了二维和整体水平之间的空白，无种属差异且一定程度模拟了人肾脏的复杂性。随着类器官技术的不断发展，肾类器官有望为探索糖尿病肾病的发病机制、病理生理过程和药物筛选提供一个新的视角。

https://orcid.org/0009-0003-1469-1223(钱足平)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 糖尿病肾病, 肾脏类器官, 糖尿病肾病类器官, 细胞模型, 动物模型, 中医病证结合糖尿病肾病模型, 工程化组织构建

引用本文：钱足平, 陈 勇, 冉 燕, 达静静, 查 艳. 糖尿病肾病模型：动物模型、二维细胞模拟及三维类器官模型[J]. 中国组织工程研究, 2025, 29(17): 3632-3640.

糖尿病肾病模型：动物模型、二维细胞模拟及三维类器官模型

动物模型 | 糖尿病肾病动物模型

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN） 是糖尿病主要的慢性并发症之一，也是导致终末期肾病的主要原因。控制血糖及血压能够减缓糖尿病患者向终末期肾病转化，但目前临床上尚缺乏新的治疗方法医治糖尿病肾病。建立适当的动物模型，可以为研究DN的病因、发病机制和病理生理改变提供重要的线索，同时也为临床治疗DN提供理论依据。

DN动物模型分为诱发性DN动物模型、自发性动物模型和基因工程小鼠模型。

造模方法

一 诱发性DN动物模型

诱导性建模常用大鼠品系以Wister和SD为主。

1化学药物诱导DN模型

目前该类模型最常见的是由链脲佐菌素（STZ） 、四氧嘧啶（ATX） 作为主要药物诱导而成。STZ应用较为广泛，适用于多种大小鼠模型且DN模型制备时间短，但此类模型肾脏病变比较温和，而且STZ本身的非特异性毒性会干扰实验结果判断。

造模方法：STZ腹腔注射剂量为50～75mg/kg体质量，病程为4～24 周。动物从4周开始出现肾脏早期病变，系膜基质扩张，基底膜增厚。随病程延长，后期可出现肾间质小血管玻璃样变等肾小管及间质病理改变，模型鼠尿蛋白排泄率增加。

缺点：化学诱导动物模型只能简单地模拟早期人类肾病模型。STZ本身的非特异性毒性会干扰实验结果判断。

2合并性诱导 DN 模型

研究者对原有单一药物诱导的DN模型加以改进，结合单侧或部分肾切除、高糖高脂诱导等手段，加速糖尿病肾病进展。

造模方法：选取DN相对耐受的 C57Bl /6 小鼠中，利用STZ结合单侧肾切除术，成功地建立了Ⅰ型糖尿病肾病模型。具体方法是：选取6周龄C57BL6/J小鼠行左侧肾切除术后，每只小鼠隔日注射50mg/kgSTZ，共3次。12周后，与对照组相比，模型组小鼠血糖水平差异显著，24h蛋白尿明显增加；模型组小鼠肾小球肥大且损伤严重，肾小球系膜基质扩张，TGF-β1、cTGF、Collagen Ⅳ等纤维化标志物的表达水平明显升高。

二 自发性动物模型

自发性动物模型是没有经过任何人为干预，在自然情况下由于基因突变或染色体畸变等发生的DN模型。

1NOD（ non-obese diabetic mouse）小鼠

NOD小鼠来源于ICR小鼠，它通过自身免疫系统破坏胰岛细胞，小鼠胰腺在4～5 周自发出现不同程度的炎症反应，到24～30周龄时多数胰腺β细胞遭到破坏出现糖尿病，37周龄时NOD小鼠可发展为DN，主要表现为蛋白尿增加、肾脏病理学变化、系膜细胞增生、肾小球毛细血管基底膜增厚、细胞外基质增多、最后出现肾小球硬化。

2胰岛素-2 Akita 小鼠

此小鼠在 Ins2（C96Y）中有一个突变，导致胰岛素2A、B链间无法正确地形成二硫键，导致胰岛素构象发生剧烈的变化，同时对胰腺β细胞产生蛋白毒性，导致β 细胞团减少，分泌胰岛素的能力减弱。4周龄Akita小鼠就出现明显的高血糖症、高水平的白蛋白尿以及持续的组织学变化。另外，Akita小鼠还会出现高血压及心脏衰竭等糖尿病并发症。

3KK-Ay小鼠

这种小鼠最早由日本学者近藤恭司和西村正彦将Ay基因导入KK小鼠体内建立。与K小鼠相比，KK-Ay小鼠早期会出现重度肥胖及高血糖，且模型小鼠肾脏损伤与人类2型糖尿病肾脏损伤非常相似，可作为2型糖尿病模型动物。因KK-Ay小鼠体毛呈黄色，也有人称其为yellow KK。KK-Ay 小鼠肾小球的病理变化与人类DN早期阶段的病理变化一致。该研究发现，KK-Ay小鼠的尿蛋白/肌酐比率明显高于非糖尿病的BALB/c小鼠，其 HbA1c的含量也明显高于BALB/c小鼠（p＜0. 001）。AS和酸-甲胺银染色结果表明，20周龄KK-Ay小鼠的肾小球中发生节段性硬化，而且AGEs和TGF-β定位在肾小球系膜区。

4BB 大鼠

此种大鼠是由 Wistar大鼠经筛选而得，可作为自身免疫性胰岛素依赖性糖尿病动物模型，其肾脏病理改变较轻微且周期较长，18个月才出现肾小球基底膜增厚，系膜容量增加。而尿蛋白及白蛋白排泄没有出现明显的改变，GFR却明显增加。

优缺点：自发性动物模型虽然可以较形象地模拟人类DN，但其培养困难，造价高昂。

三基因工程小鼠模型

1eNOS敲除鼠

在db/db 小鼠中，eNOS基因敲除会导致高血压和内皮功能障碍，并加速肾脏的损伤，可表现为早发性蛋白尿、小动脉透明质化以及肾小球滤过率下降50%。26周后其病理改变表现为肾小球系膜基质扩张、伴小动脉瘤的肾小球系膜溶解及 kimmelstiel wilson 结节性改变。

2OVE26小鼠

在FVB背景下，OVE26小鼠2月龄时出现蛋白尿，9月龄时表现出肾小球结节性硬化，并且蛋白尿增加了十倍。OVE26小鼠单侧肾切除会促使多种DN特征包括蛋白尿、炎细胞浸润、纤维化和基因表达的变化的产生。

缺点：基因工程小鼠遗传背景清晰，造模时间短、成模效果较好，但大多数基因工程小鼠与人类 DN仍然存在一定的差距。

总结

将致病基因与易感模型鼠结合可以快速地建立糖尿病肾病模型，其中一些模型表现出人类DN的基本特征包括高水平的白蛋白尿、结节性肾小球硬化和高血压，这可能是未来糖尿病肾病动物模型的发展方向。模型动物能真实地模拟和反映人类DN相似的肾脏病理生理学变化，是人类糖尿病肾病研究的重要基础。此外，将系统生物学、基因组学及代谢组学研究方法结合起来，不断完善模型制备技术并增强DN复杂病因的转化研究，有助于模拟出更接近人类DN的动物模型。因此，未来结合不同技术手段，从发病机制着手构建与人类DN发病病因、病程及病理相似的动物模型，依旧是今后糖尿病肾病领域的研究重点。