国际糖尿病日,这些糖尿病动物模型有大用!


今天(11月14日)是联合国糖尿病日,其前身是世界糖尿病日,是世界卫生组织和国际糖尿病联盟于1991年共同发起的。今天我们就来聊聊这个被称为甜蜜杀手的疾病——糖尿病。




何为糖尿病


糖尿病,作为全球普遍的慢性疾病,主要是由胰岛素分泌不足或其作用受阻导致。它是一种涉及多种因素的代谢性疾病,其确切病因尚未完全明确,主要特征是高血糖。随着病情的发展,持续的高血糖状态会损害患者的周围血管和末梢神经,引发多系统损伤,进而导致眼睛、足部、心血管、肾脏和神经系统等重要器官的慢性进行性病变,严重时甚至会导致功能减退或衰竭。

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图1 糖尿病并发症



糖尿病分类


1999年WHO对糖尿病采取了病因分型,主要分为4类,即1型糖尿病(Type 1 Diabetes,T1D)、2型糖尿病(Type 2 Diabetes,T2D)、妊娠糖尿病(Gestational Diabetes,GD)和其他特殊类型糖尿病。

1型糖尿病:主要是自身免疫损害,使胰岛β细胞破坏,导致胰岛素绝对缺乏所致。

2型糖尿病:是由遗传因素与环境因素共同作用的结果。我国糖尿病患者以2型糖尿病为主,约占糖尿病总数的90%以上。

妊娠糖尿病:指原本并没有糖尿病的妇女,妊娠期间发生的糖代谢异常,但血糖未达到显性糖尿病的水平。

其他特殊类型糖尿病:主要包括遗传性β细胞缺陷(如早年发病的成人糖尿病)、胰腺疾病(如胰腺切除)、内分泌疾病(如皮质醇增多症、嗜络细胞瘤、肢端肥大症等),以及药物因素(糖皮质激素、某些利尿剂等)所导致的糖尿病。



糖尿病防治刻不容缓


据2021年国际糖尿病联盟(international diabetes federation,IDF)官方网站公布的数据来看,2021年糖尿病导致的死亡人数高达670万人,其中每5秒就有1人死亡;全球有5.37亿20-79岁的成年人患有糖尿病,这占该年龄组全球人口的10.5%。且预计到2030年,总人数将上升至6.43亿(11.3%),到2045年将上升至7.83亿(12.2%)。

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图2 全球20-79岁的成年人糖尿病患病统计[2]


且数据显示,2021年,20-79岁人群中,糖尿病患者人数最多的国家是中国、印度和巴基斯坦。预计到2045年,前三名的排名将保持不变。我国2021年20-79岁成年人糖尿病患者总数、未被诊断糖尿病患者数量、因糖尿病导致的死亡人数均排名全球第一。因此,对糖尿病进行早期预防和有效治疗迫在眉睫。

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图3 糖尿病患病人数国家Top10[2]

随着我国社会经济发展,越来越多的糖尿病药物被纳入医保,药物不断创新发展,预计我国糖尿病药物市场规模将逐步扩大,市场前景广阔。在这一背景下,选择精确的临床前动物模型对于糖尿病药物的研究和开发变得尤为关键。



南模小鼠模型


针对糖尿病的研究和新药开发的需求,南模生物建立了稳定的糖尿病相关指标检测技术,并构建了自发性糖尿病模型ob/ob、STZ诱导糖尿病模型以及B-hGLP1R、B-hGCGR等一系列人源化小鼠,为相关药物的药效评估和安全性评价提供了强有力的工具,助力糖尿病药物研发。


1型糖尿病模型

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STZ诱导造模

链脲佐菌素(streptozotocin,STZ)是目前使用最广泛的糖尿病动物模型化学诱导剂,属于氨基葡萄糖-亚硝基脲衍生物,其结构中的亚硝基脲是细胞毒素,能破坏大小鼠的胰岛β细胞,使其产生1型糖尿病症状。


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图4 STZ诱导C57BL/6小鼠造模


结果显示,STZ诱导后,实验组小鼠的空腹血糖显著升高,糖耐量明显异常。


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Ins2-C96Y小鼠(Akita-like)

南模生物利用基因编辑技术将小鼠Ins2基因编码蛋白96位氨基酸由C替换为Y,建立Ins2基因点突变小鼠模型,该模型与Akita小鼠具有相同基因型。Ins2基因C96Y的点突变会导致胰岛素A链和B链之间的一个关键二硫键无法形成,从而导致小鼠proinsulin-2蛋白的错误折叠,这些错误折叠的蛋白的积累最终会导致内质网应激和胰岛β细胞凋亡。Ins2-C96Y小鼠从4周龄开始,杂合子就表现出多食、多饮、高血糖、体重不增的明显糖尿病症状,且症状随着年龄增长而加重,因此Ins2-C96Y小鼠常用作1型糖尿病研究。


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图5 Ins2-C96Y杂合子小鼠的体重,血糖等主要表型


2型糖尿病模型

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Lep-KO小鼠 (B6 ob/ob)

南模生物利用基因编辑技术敲除瘦素(Leptin)基因构建了Lep-KO小鼠,该小鼠通常也称为ob/ob小鼠。Leptin的突变或缺失会导致严重的肥胖,肥胖引起的性腺功能不足,并与II型糖尿病的发展密切相关。Lep-KO小鼠是研究胰岛素抵抗、肥胖、II型糖尿病等疾病的重要工具。

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图6 Lep-KO (ob/ob)小鼠的验证


A,Lep-KO小鼠表现出明显的肥胖表型(n=16);B,Lep-KO 小鼠表现出高血糖的症状(n=16);C-D,Lep-KO 小鼠表现出明显的糖耐量异常(n=6,雄性,6周龄);E,Lep-KO 小鼠的胰岛素水平(n=4,20周龄)。


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图7 Lep-KO(ob/ob)小鼠皮下脂肪组织的H&E染色


结果显示Lep-KO小鼠脂肪细胞体积更大。


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图8 Lep-KO (ob/ob)小鼠胰腺的代表性图片


结果提示Lep-KO 小鼠胰腺有炎性细胞浸润。


药物靶点人源化模型

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GLP1R人源化小鼠

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图9 IHC检测hGLP1R的表达


从hGLP1R小鼠(HO/HO)收集胰腺、唾液腺、结肠、心脏、肺、脑、胃和十二指肠,并用抗人GLP1R抗体进行IHC分析,结果显示hGLP1R在胰岛中特异性高表达。


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图10 两种候选药物在hGLP1R小鼠中的降血糖功效


OGTT测试表明候选药物显示出良好的降血糖功效。


除上述分享的模型外,还有多种自主构建的基因修饰糖尿病研究模型及靶点人源化模型,可用于糖尿病的基础研究和药物开发,部分模型可见下表,欢迎大家咨询!




表1 糖尿病小鼠模型

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表2 部分基因修饰糖尿病小鼠

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表3 部分糖尿病相关靶点人源化小鼠模型

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此外,南模生物还打造了专业全面的药理药效评价平台,为您提供从动物模型选择、动物造模、药物筛选、药理药效评价、早期毒理评价等一整套临床前服务项目。若您有相关需求,欢迎拨打400-728-0660(订购/技术热线)或于南模生物微信公众号在线咨询,我们的专业团队将竭诚为您服务!


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Reference:

[1] Antar SA, Ashour NA, Sharaky M, et al. Diabetes mellitus: Classification, mediators, and complications; A gate to identify potential targets for the development of new effective treatments. Biomed Pharmacother. 2023;168:115734. doi:10.1016/j.biopha.2023.115734

[2] https://diabetesatlas.org/atlas/tenth-edition/, IDF Diabetes Atlas 2021 | IDF Diabetes Atlas

[3] American Diabetes Association Professional Practice Committee. 2. Diagnosis and Classification of Diabetes: Standards of Care in Diabetes-2024. Diabetes Care. 2024;47(Suppl 1):S20-S42. doi:10.2337/dc24-S002


 关于我们 


上海南方模式生物科技股份有限公司(Shanghai Model Organisms Center, Inc.,简称"南模生物"),成立于2000年9月,是一家上交所科创板上市高科技生物公司(股票代码:688265),始终以编辑基因、解码生命为己任,专注于模式生物领域,打造了以基因修饰动物模型研发为核心,涵盖多物种模型构建、饲养繁育、表型分析、药物临床前评价等多个技术平台,致力于为全球高校、科研院所、制药企业等客户提供全方位、一体化的基因修饰动物模型产品解决方案。






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