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        糖尿病周圍神經(jīng)病變實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型研究進(jìn)展

        2017-01-17 20:18:32饒軍華徐世千孫云霄張洪鈿李比海肖百全
        中國獸醫(yī)雜志 2017年12期
        關(guān)鍵詞:髓鞘動(dòng)物模型傳導(dǎo)

        饒軍華 , 徐世千 , 孫云霄 , 張洪鈿 , 李比海 , 肖百全

        (廣東省生物資源應(yīng)用研究所 廣東省動(dòng)物保護(hù)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣東省野生動(dòng)物保護(hù)與利用公共實(shí)驗(yàn)室 , 廣東 廣州 510260)

        糖尿病(Diabetes Mellitus, DM)是一種嚴(yán)重威脅人類健康的慢性疾病[1],該疾病本身對(duì)機(jī)體的損傷有限,其眾多的并發(fā)癥是人類健康的主要威脅,嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量,甚至危及患者生命。DM的主要并發(fā)癥主要包括神經(jīng)病變、腎病、眼病、心臟病等。據(jù)統(tǒng)計(jì),50%以上的糖尿病患者都患上以上一種或幾種并發(fā)癥[2]。糖尿病周圍神經(jīng)病變(Peripheral Diabetes Neuropathy, PDN)是糖尿病的主要并發(fā)癥之一,發(fā)病率(60%~70%)高[2],對(duì)患者的損傷大,臨床以對(duì)稱性麻木、電擊樣疼痛、腹脹、汗出等表現(xiàn)為主,特別是持續(xù)性蟻(蟲)爬狀麻木和電擊樣疼痛嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量[3],后果極其嚴(yán)重。

        自20世紀(jì)60年代起,國內(nèi)外學(xué)者開始對(duì) PDN進(jìn)行研究,但由于其發(fā)病的復(fù)雜性,迄今為止, PDN的發(fā)病機(jī)制仍未被破解,該領(lǐng)域的動(dòng)物模型研究的成熟度也相對(duì)較低,這給治療 PDN藥物的研發(fā)也帶來了較大的障礙。目前,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為 PDN的發(fā)病與周圍神經(jīng)的神經(jīng)端退化、脫髓鞘有關(guān)[4],當(dāng)患者的周圍神經(jīng)進(jìn)行性出現(xiàn)末梢到近端震動(dòng)和熱感知閥值上調(diào),患者繼而出現(xiàn)疼痛、體虛、感覺缺失[2]等異常感覺。雖然 PDN的發(fā)病機(jī)制尚不清晰,但國內(nèi)外學(xué)者并未停止對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行研究,數(shù)十年來進(jìn)行了大量的試驗(yàn),本文就國內(nèi)外學(xué)者對(duì) PDN模型的研究進(jìn)行總結(jié),發(fā)現(xiàn)各模型的優(yōu)勢(shì)和不足,為后續(xù)研究者對(duì) PDN模型研究以及 PDN藥物的研發(fā)提供借鑒。

        1 PDN動(dòng)物模型及其優(yōu)缺點(diǎn)比較

        1.1 自發(fā)性PDN模型

        1.1.1 高脂飼料誘導(dǎo)PDN雌性C57BL6/J小鼠模型 2007年Obrosova[5]等采用高脂飼料飼喂雌性C57BL6/J小鼠16周后誘導(dǎo)出糖尿病前期及肥胖C57BL6/J小鼠模型并使其罹患PDN,該模型與人的糖尿病前期患者和肥胖患者相似。高脂誘導(dǎo)的小鼠出現(xiàn)周圍神經(jīng)功能異常,但其結(jié)果并未改變,該模型適合在糖尿病早期評(píng)估飲食或藥理學(xué)方法阻止或逆轉(zhuǎn)糖尿病神經(jīng)病變的效果。該模型的優(yōu)點(diǎn):運(yùn)動(dòng)和感覺神經(jīng)傳導(dǎo)不暢,有觸摸痛及熱痛覺遲鈍。缺點(diǎn):(1)皮內(nèi)神經(jīng)纖維減少,軸突萎縮;(2)不能用于慢性糖尿病神經(jīng)病變研究;(3)尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.1.2 自發(fā)性T1DM PDN Ins2 Akita小鼠模型 Choeiri等[6-7]研究發(fā)現(xiàn),34周齡以上的高血糖癥小鼠若不控制血糖將出現(xiàn)周圍神經(jīng)病變。該動(dòng)物模型胰島β細(xì)胞數(shù)量減少,伴隨高胰島素血癥,感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度(SNCV)降低。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)屬自發(fā)性糖尿病模型,與人類 PDN并發(fā)癥出現(xiàn)相似度較高;(2)進(jìn)行性和持續(xù)慢性高血糖癥;(3)感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度降低;(4) 樹突和軸突明顯膨脹;(5)發(fā)病機(jī)制與其他齒嚙類動(dòng)物和人相似。其缺點(diǎn)是尚未被治療糖尿病或PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.1.3 瘦素不足的PDN (ob/ob)小鼠模型 2006年Drel等[8]研究發(fā)現(xiàn),給ob/ob小鼠飼喂普通小鼠飼料并保持中等程度高血糖癥時(shí),動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)和感覺神經(jīng)傳導(dǎo)明顯減緩,并累及周圍神經(jīng)山梨醇通路的中間產(chǎn)物的代謝。造模至第11周時(shí),表皮內(nèi)神經(jīng)纖維急劇減少(約78%)。該模型已成功用于PDN藥物醛糖還原酶抑制劑的評(píng)估。其優(yōu)點(diǎn):(1)有明顯熱痛覺遲鈍反應(yīng);(2)非禁食血糖水平相對(duì)較高;(3)降低運(yùn)動(dòng)和感覺神經(jīng)傳導(dǎo);(4)明顯降低表皮內(nèi)神經(jīng)纖維;(5)已被治療PDN的藥物驗(yàn)證。其缺點(diǎn)是還不能廣泛地用于治療糖尿病或PDN藥物的藥理學(xué)篩選。

        1.1.4 自發(fā)性糖尿病PDN WBN/Kob大鼠模型 1993年Yagihashi等[9]通過檢測(cè)12~20月齡的大鼠電生理、生化及外周神經(jīng)結(jié)構(gòu)變化,發(fā)現(xiàn)了一種自發(fā)性糖尿病大鼠PDN模型。自發(fā)性糖尿病WBN/Kob大鼠會(huì)出現(xiàn)髓鞘脫落, 病癥以運(yùn)動(dòng)神經(jīng)病變?yōu)橹?,后期伴隨軸突的變化。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)減慢運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo),合成肌肉動(dòng)作電位暫時(shí)性消失;(2)在12個(gè)月齡時(shí),結(jié)構(gòu)性脫髓鞘或髓鞘再生;(3)軸突變性,代謝紊亂,或在20個(gè)月齡時(shí)有髓鞘纖維減少;(4)類似于人的周圍神經(jīng)病變發(fā)病機(jī)理。其缺點(diǎn)是尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.1.5 自發(fā)性糖尿病PDN恒河猴模型 1989年Cornblath等[10]曾嘗試建立自發(fā)性糖尿病恒河猴PDN模型。他們發(fā)現(xiàn),與非糖尿病動(dòng)物相比,糖尿病動(dòng)物能顯著降低運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV)并延遲F波的出現(xiàn)。此外,糖尿病組動(dòng)物自出現(xiàn)高血糖癥起2年內(nèi)運(yùn)動(dòng)纖維的神經(jīng)傳導(dǎo)次數(shù)增加。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)明顯減少運(yùn)動(dòng)傳導(dǎo)速度;(2)延長(zhǎng)F波的峰潛時(shí);(3) 發(fā)病機(jī)制與人類相似,國內(nèi)動(dòng)物資源較豐富。其缺點(diǎn):(1)運(yùn)動(dòng)誘發(fā)的振幅無區(qū)別;(2)延長(zhǎng)神經(jīng)傳導(dǎo)誘導(dǎo)時(shí)間(約2年);(3)尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.1.6 遺傳性PDN中國倉鼠模型 1982年Kennedy等[11]對(duì)遺傳性的糖尿病中國倉鼠周圍神經(jīng)病變模型并其解剖學(xué)及生理學(xué)進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn):中國倉鼠后肢神經(jīng)的運(yùn)動(dòng)和感覺組份降低了16%~22%,但神經(jīng)纖維直徑未減少并且與生理效應(yīng)相關(guān)形態(tài)學(xué)指標(biāo)均正常。該模型的優(yōu)點(diǎn):適于作為PDN模型。缺點(diǎn)是:(1)PDN病變與人類的相似度不高,不及人類糖尿病神經(jīng)病變的臨床癥狀嚴(yán)重;(2)尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.2 化學(xué)藥物誘導(dǎo)的PDN模型

        1.2.1 STZ誘導(dǎo)的PDN小鼠模型 1978年Robertson等[12]用STZ誘導(dǎo)基因突變的C57BL/Ks (db/db)小鼠獲得PDN模型。該模型初期出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV)嚴(yán)重降低,缺少大的有髓神經(jīng)纖維、軸突萎縮癥狀;末期在有髓或無髓纖維中可觀察到軸突營養(yǎng)障礙,并伴隨髓鞘受損、收縮及分解等情況。該模型的優(yōu)點(diǎn): (1) 明顯降低運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV);(2)缺乏大量的髓鞘纖維;(3) 軸突萎縮;(4)有髓鞘纖維和無髓鞘纖維的軸突營養(yǎng)缺陷;(5)髓磷脂減少、萎縮或崩潰。缺點(diǎn):動(dòng)物被STZ損傷過,與人類1型糖尿病的發(fā)病機(jī)理比較相似,與人類2型糖尿病的發(fā)病具有比較大的差異,此外該模型也尚未被治療糖尿病或PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.2.2 STZ誘導(dǎo)的PDN大鼠模型 2006年Rodrigues F O等[13]將STZ單次注入10只大鼠皮下,大鼠出現(xiàn)血糖升高并出現(xiàn)了PDN癥狀。糖尿病大鼠的膈神經(jīng)與對(duì)照組相比,有髓軸突的直徑變小。該研究證實(shí),常規(guī)的胰島素治療能預(yù)防或糾正有髓鞘軸突神經(jīng)細(xì)胞的變性。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)可以明顯地減少左右叢生區(qū)及膈神經(jīng)髓鞘的形成;(2)可以用于胰島素的驗(yàn)證。其缺點(diǎn):(1)PDN的特征仍不清楚;(2)動(dòng)物模型為血清胰島素分泌絕對(duì)不足型模型,與人類的 PDN的發(fā)病存在一定的差異,雖然可以用胰島素驗(yàn)證,但尚未用于治療PDN藥物的篩選和驗(yàn)證。

        1.2.3 STZ誘導(dǎo)的PDN C57BL6/J 小鼠模型 2008年Vareniuk等[14]采用單劑量(100 mg/kg體重)STZ注射到非禁食的野生型和iNos基因缺陷型小鼠,6個(gè)月后誘導(dǎo)出C57BL6/J 小鼠PDN模型。研究發(fā)現(xiàn),iNos基因在糖尿病神經(jīng)病變的周圍神經(jīng)、結(jié)構(gòu)與功能變化的過氧亞硝酸基受損中起關(guān)鍵作用。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)周圍神經(jīng)和背根神經(jīng)細(xì)胞的過氧亞硝酸基受損;(2)運(yùn)動(dòng)和感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度降低,熱和機(jī)械感覺過敏,觸覺異常,內(nèi)表皮神經(jīng)纖維。其缺點(diǎn)是尚未被治療PDN藥物的驗(yàn)證。

        1.2.4 STZ誘導(dǎo)的糖尿病感覺神經(jīng)病變ddY小鼠模型 2013年Murakamil等[15]將STZ單次注射到8周齡的ddY小鼠(1周后血糖升高到16.7 mmol/L),他們制備出感覺神經(jīng)病變ddY小鼠模型。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)可明顯降低感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度,更高的疼痛閥值,痛覺遲鈍,無髓鞘纖維萎縮;(2)成功地用于胰島素治療評(píng)估;(3)可作為人類多發(fā)性神經(jīng)病變研究的一種比較好的模型。缺點(diǎn)是在髓鞘神經(jīng)纖維區(qū)域無明顯變化。

        1.2.5 蔗糖誘導(dǎo)的PDN OLETF大鼠模型 2006年Kamenov等[16]用富含蔗糖食物飼喂OLETF(Otsuka Long-Evans Tokushima Fatty)大鼠2個(gè)月齡后成功誘導(dǎo)出PDN OLETF大鼠模型。研究發(fā)現(xiàn),試驗(yàn)組動(dòng)物的血糖和糖化血紅蛋白明顯升高,神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV)和熱痛覺反應(yīng)明顯降低,疼痛閥值增加。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)血糖及糖化血紅蛋白水平明顯升高;(2)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度和熱傷害感受水平降低。其缺點(diǎn):(1)PDN的主要機(jī)制尚不清楚,模型動(dòng)物血糖、糖化血紅蛋白水平未見明顯升高,與人類存在較大的差異;(2)尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.3 STZ誘導(dǎo)結(jié)合手術(shù)方法誘導(dǎo)的 PDN模型

        1.3.1 神經(jīng)病變RIP/IFNβ(Rat insulin I promoter/human interferon-beta)轉(zhuǎn)基因ICR小鼠模型 2010年Serafin A等[17]用低劑量(30 mg/kg體重)的STZ連續(xù)5天注射6周齡的RIP/IFNβ轉(zhuǎn)基因ICR小鼠并輔以左側(cè)坐骨神經(jīng)損傷的方法開發(fā)出一種PDN模型。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)明顯的高血糖癥,脛骨感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度明顯變慢;(2)降低神經(jīng)纖維密度并增加運(yùn)動(dòng)延遲反應(yīng)。其缺點(diǎn):(1)需要采用復(fù)雜的外科方法以及藥物損傷制備該模型;(2)尚未被治療糖尿病藥或PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.3.2 STZ誘導(dǎo)的大鼠疼痛模型 1999年Fox等[18]、2003年Kale B等[19]在STZ誘導(dǎo)糖尿病模型基礎(chǔ)上,通過手術(shù)分離并結(jié)扎坐骨神經(jīng)使后肢發(fā)生潰瘍壞疽,獲得PDN模型,該模型可評(píng)價(jià)神經(jīng)干多層次減壓對(duì)糖尿病神經(jīng)病變的療效。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)產(chǎn)生持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的機(jī)械熱痛覺過敏但不出現(xiàn)熱痛覺過敏;(2)已用于治療PDN的藥物評(píng)價(jià)。其缺點(diǎn)是主要的發(fā)病機(jī)制不清楚。

        1.4 外科手術(shù)法誘導(dǎo)的 PDN模型 2010年Muthuraman等[20]對(duì)大鼠股動(dòng)脈進(jìn)行缺血-再灌注制備了大鼠血管神經(jīng)炎模型。研究發(fā)現(xiàn),該模型能降低血清IL - 10和神經(jīng)傳導(dǎo)速度和增加血清硝酸鹽、丙二醛(MDA)和TNF-α水平;神經(jīng)纖維密度的減少出現(xiàn)在中度和重度I/R組;溫和的缺血再灌注損傷(4 h) 模型可以用來探索病理生理機(jī)制,也可用于評(píng)估新的止痛劑、外圍神經(jīng)血管性物質(zhì)和神經(jīng)保護(hù)藥物。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)爪和尾出現(xiàn)熱/ 機(jī)械性痛敏反應(yīng);(2)神經(jīng)纖維密度和神經(jīng)傳導(dǎo)速度降低;(3)誘導(dǎo)期十分短。其缺點(diǎn):(1)尚未被治療PDN的藥物驗(yàn)證;(2)發(fā)病機(jī)制與人類 PDN發(fā)病機(jī)制有較大的差異。

        1.5 基因修飾動(dòng)物周圍神經(jīng)病變模型

        1.5.1 PDN遺傳改良的C57BL/Ks (db/db)小鼠模型 2013年 Hinder等[21]敲除db/db或ob/ob小鼠的ApoE和ApoB48基因后建立了血脂異常的PDN模型。該模型的優(yōu)點(diǎn):(1)增加動(dòng)物體重、出現(xiàn)高血糖癥和高脂血癥;(2)降低對(duì)熱刺激的尾彈反應(yīng),降低坐骨運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度和表皮內(nèi)神經(jīng)纖維速度。其局限性:(1)體重、血糖、血漿脂質(zhì)及糖化血紅蛋白的結(jié)果不一致;(2)尚未被治療糖尿病及PDN的藥物驗(yàn)證。

        1.5.2 基因修飾的SDT肥胖大鼠模型 2012年Yamaguchi等[22]通過導(dǎo)入ZDF大鼠(Zucker Diabetic Fatty)的fa等位基因開發(fā)出PDN大鼠模型。該模型除了具備持續(xù)高血糖癥、脂代謝紊亂外,還能在24周齡時(shí)明顯延遲或降低神經(jīng)傳導(dǎo)速度,在40周齡時(shí)明顯降低腓腸神經(jīng)纖維的數(shù)量。此外,該模型還出現(xiàn)硬膜小動(dòng)脈增厚的癥狀。該模型已用于治療糖尿病的藥物—吡格列酮的評(píng)價(jià),它能明顯改善運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度和糖化血紅蛋白水平。因此,該模型對(duì)于了解PDN發(fā)病機(jī)理及篩選和開發(fā)治療PDN藥物都是一種比較好的模型。該模型的優(yōu)點(diǎn)包括:(1)持續(xù)高血糖癥和脂代謝紊亂且能延遲和降低運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度;(2)降低腓腸神經(jīng)纖維數(shù)量、硬膜小動(dòng)脈增厚;(3)成功地用于治療糖尿病藥物(如,吡格列酮)的評(píng)價(jià)。

        2 小結(jié)與展望

        自20世紀(jì)60年代以來,研究人員采用膳食誘導(dǎo)法、化學(xué)誘導(dǎo)法、化學(xué)誘導(dǎo)結(jié)合手術(shù)法、單純手術(shù)法、基因修飾法等方法在小鼠、大鼠、中國倉鼠、恒河猴等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上開發(fā)出多種PDN模型,但大多數(shù)的動(dòng)物模型尚未被治療糖尿病或治療PDN的藥物驗(yàn)證。成功的PDN模型應(yīng)具備以下3個(gè)基本特征[23]:(1)應(yīng)盡可能的模擬人類 PDN發(fā)病的主要過程;(2)動(dòng)物模型應(yīng)具備糖尿病患者發(fā)病的基本特征,如高血糖、高胰島素血癥、胰島素抵抗等,在此基礎(chǔ)上誘發(fā) PDN;(3)模型應(yīng)該對(duì)治療糖尿病或治療PDN的藥物敏感,利于治療 PDN藥物的研發(fā)。

        迄今為止,有些PDN動(dòng)物模型(如,STZ誘導(dǎo)的大、小鼠PDN模型)已相對(duì)比較成熟,但另一些PDN動(dòng)物模型(如,中國倉鼠、恒河猴等)研究尚處于起步階段。大多數(shù)的遺傳或基因修飾的模型[如,C57BL/Ks (db/db)小鼠、STZ誘導(dǎo)的C57BL6/J 模型和 ddY 小鼠、瘦素缺乏的 (ob/ob) 小鼠、NOD小鼠、WBN/Kob大鼠、自發(fā)性糖尿病大鼠模型等] 應(yīng)用較多的領(lǐng)域?yàn)镻DN發(fā)病機(jī)理研究,并且某些動(dòng)物模型(如,L-海藻誘導(dǎo)的神經(jīng)病變大鼠、OLETF大鼠、基因修飾的SDT大鼠等)在糖尿病及PDN機(jī)理研究及藥物研發(fā)方面已顯現(xiàn)出較好的前景[27],這些模型能準(zhǔn)確模擬I型糖尿病引發(fā)的PDN,但不能反映人類2型糖尿病并發(fā)的PDN[26],因此,制備出與人類生理病理相似的 PDN模型仍然是該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn),也是研發(fā)治療 PDN類藥物急需逾越的一道技術(shù)鴻溝。

        近年來,隨著國內(nèi)非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物(NHP)飼養(yǎng)行業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)已擁有世界范圍內(nèi)最大的NHP動(dòng)物資源,運(yùn)用NHP研究人類疾病模型的研究越來越多。非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物在生理、病理領(lǐng)域與人類具有高度的相似性,擁有其他動(dòng)物無法比擬的先天優(yōu)勢(shì),。雖然目前在 PDN方面的研究尚處于起步階段,但NHP在糖尿病模型的研究中已有較多的報(bào)道,而 PDN又是DM的主要并發(fā)癥之一,因此,運(yùn)用NHP進(jìn)行 PDN的研究將會(huì)越來越多,運(yùn)用該類動(dòng)物制備的 PDN模型能夠完全符合前述成模的3個(gè)基本條件。此外,由于NHP與人類的高度相似性,它還能為治療 PDN類藥物、抗DM類藥物的研發(fā)提供十分重要的臨床前信息,現(xiàn)已應(yīng)用于創(chuàng)新治療方法的測(cè)試。

        中國現(xiàn)已成為全球最大的靈長(zhǎng)類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源的供應(yīng)國,且已有多個(gè)研究機(jī)構(gòu)在開展糖尿病靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型及其并發(fā)癥研究[4、24]。隨著新技術(shù)(如,轉(zhuǎn)基因、基因編輯等)在糖尿病及其并發(fā)癥研究中的應(yīng)用,相信不久的將來,我國在糖尿病其并發(fā)癥(如,PDN等)發(fā)病機(jī)理及創(chuàng)新藥物研究領(lǐng)域也將取得突破性進(jìn)展。

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