诱发型代谢综合征动物模型的研究进展

来源:用户上传      作者: 周永标,张讷敏,肖瑛,郑琳颖,潘卫松

　　[摘要] 为探索代谢综合征相关新药开发和药物评价研究的合适方法提供依据。本文综述了近年来诱发型代谢综合征动物模型的研究进展。我们得出结论以高脂摄入为主要特征的代谢综合征动物模型是相对理想的动物模型，但不同的实验动物使用什么高脂饲料配方更适宜于成模，尚有待进一步的研究和评价。
　　[关键词] 代谢综合征；动物模型；高脂血症；高脂饲料；新药筛选；药品评价
　　[中图分类号] R332[文献标识码]A [文章编号]1673-7210（2011）04（b）-008-03
　　
　　The development of the induced animal model for metabolic syndrome
　　ZHOU Yongbiao1, ZHANG Namin2, XIAO Ying3*, ZHENG Linying4, PAN Weisong1
　　1.Guangzhou Institute for Drug Control, Guangzhou 510610, China; 2.Veterinary College, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 3.College of Pharmacy, Ji′nan University, Guangzhou 510632, China; 4.Guangzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine, Guangzhou 510130, China
　　[Abstract] To discuss the rationale of the method of new drug R&D and drug evaluation for Metabolic Syndrome. We review the report of the induced animal model for Metabolic Syndromes. And then we found that diet with the hyperlipid formula is the promising method to establish the animal model for Metabolic Syndrome; however, the prescriptions of the hyperlipid diet should be studied and evaluated anymore.
　　[Key words] Metabolic syndrome; Animal model; Hyperlipemia; Hyperlipid diet; New drug screening; Drug evaluation
　　
　　代谢综合征是一组以血脂异常、中心性肥胖、胰岛素抵抗、高血压及非酒精性脂肪肝等为主要临床表现的代谢症候群 [1-2]。近年来随着人们生活方式的改变，特别是膳食中高脂肪、高胆固醇物质的过量摄入，以及缺乏运动等原因，造成代谢综合征的发病率逐年升高。研究表明，高脂血症是导致动脉粥样硬化（AS）、冠心病（CHD）、高血压、糖尿病、胆石症、脂肪肝等多种疾病的危险因素，低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）、胆固醇（TC）和高甘油三酯（TG）分别与心血管疾病独立相关。
　　目前代谢综合征的动物模型包括遗传性模型、转基因和基因敲除模型、环境因素诱导模型以及外科干预或药物诱导模型，动物种类包括兔、豚鼠、大鼠、小鼠、鸡、鹌鹑、猪和猴等。遗传性模型和转基因动物模型均与代谢综合征临床病理生理特点缺乏相似性，而外科干预或药物诱导模型则存在造模周期长，模型不易重现等缺点。化学物质诱发的动物模型又可分为高脂饲料诱发高脂血症模型和非喂养法诱发高脂血症模型。其中对无特殊遗传背景的动物，长期高脂摄入，同时限制运动可诱导其出现肥胖，并能引起糖脂代谢紊乱和胰岛素抵抗，最能模拟人类不健康的生活方式，出现人类代谢综合征的基本特征，条件易控，成本低廉，成模率高，是相对理想的动物模型。
　　本文对近年来所报道的诱发型代谢综合征动物模型的研究进展进行综述和评述，为探索代谢综合征相关新药开发和药物评价研究的合适方法提供依据。
　　1 疾病动物模型简介
　　动物疾病模型主要用于病理学、毒理学、药效药动学、临床治疗以及新药筛选等研究。尤其是在药品的筛选和评价中发挥着日渐重要的作用[3-8]。
　　1.1 动物模型的优势
　　疾病的发生十分复杂，临床治疗积累的经验存在很大的局限性，以人类本身作为实验对象来探讨研究疾病发生机制与制定治疗用药方法，因为存在个体差异性与可重复性差，而且许多实验在伦理和方法上也受到诸多限制，以此来推动的医药学发展十分缓慢。而借助于动物模型的研究，可以对影响因素进行一定的调控，排除某些自然条件下发生率低的因素或加入特定的人为因素以观察实验结果。如此便于更准确地观察模型的实验结果并与人类疾病进行对比研究，有助于更方便、更有效地认识人类疾病的发生发展规律，研究防治措施。
　　动物模型存在如下优点：一些呈零散性发生的疾病，很难在一段时间内获得足够数量的病理材料，动物模型则容易在数量上满足实验的需要，并且能在方法学上严格控制实验条件，在对饲养条件等因素严格控制的情况下，通过化学或生物因素的作用，以限制实验的可变因素，同时排除在实验研究过程中预料之外的其他因素的影响，得到条件基本一致、数量足够大的动物模型材料，从而提高实验结果的可重复性，使研究所得的结论更准确。
　　用动物模型模拟疾病的发生过程，可按研究者的需要随时采集各种样品或处死动物收集标本进行观察，以了解疾病的全过程，这是人类临床治疗上难以办到的。
　　一些临床上不常见的疾病或一些发生发展缓慢、潜伏期长、发病周期长的疾病，如遗传性疾病等，可复制到发病率高的动物模型中，在人为制定的实验条件下进行长期反复的观察与研究，甚至可进行长达几十世代的观察，以适应实验模型的要求，这在人体实验中同样难以办到，同时也能避免实验对人体造成的伤害。
　　单纯依靠在临床上对疾病的研究难免会有一定的局限性，结合动物模型有助于全面认识疾病的本质。尤其是许多人畜共患病，虽然在人和动物的不同体征中表现出的症状不尽相同，但能通过对相互之间的比较，加深对其相同的病原体的理解，更清晰地认识该病原体在不同方面带来的各种危害，使研究工作从对单独患病个体的分析上升到结合不同个体深层剖析病原体作用机制的高度，从而揭示某种疾病的本质。
　　1.2理想的动物模型的特点
　　一个理想的动物模型首先应该是可重复的，其次是具有标准化性质的。增强动物模型复制时重复性的方法，是在动物种属、品系、年龄、性别、体重、患病史、健康情况以及环境条件诸如室温、湿度等方面下功夫，使不同动物体之间尽量保持一致，并规范饲养管理，保持动物房与实验室干净整洁，定期进行消毒灭菌等工作。另外在实验步骤与实验过程中使用到的药品与仪器也应作统一的规范要求，包括药品的剂型、剂量、给药方法、药物可能产生的一些副作用；仪器的灵敏度、精密度、准确度等也必需保持一致，实验者在操作过程中的手法亦应尽量保持一致，这是因为一致性是重复性的可靠保证。

　　2高脂摄入形代谢综合征动物模型[2,9-15]
　　2.1 造模机制
　　用高脂高胆固醇饲料喂饲动物，饲养一定时间后，其主动脉及冠状动脉处逐渐形成粥样硬化斑块，并出现高脂血症。在动物饲料中加入少量胆酸盐，可增加胆固醇的吸收，如再加入甲状腺抑制药――甲基硫氧嘧啶或丙基硫氧嘧啶可进一步加速病变的形成。
　　2.2 造模方法
　　2.2.1 高脂饲料诱发鸡高脂血症动物模型
　　选用4~8周的莱克亨鸡，雌雄不限，在饲料中加入1%~2%胆固醇或15%蛋黄粉，再加5%~10%猪油，经过6~10周，动物血清胆固醇明显升高至1 000 ~4 000 mg/dl，胸主动脉斑块发生率达100%。
　　鸡为杂食动物，仅在普通饲料中加入胆固醇，就可形成动脉粥样硬化斑块。病变发生较快，在斑块中有时伴有钙化和形成溃疡。但禽类与哺乳类动物的种属差别太大，其代谢过程缺乏可比性。
　　2.2.2 高脂饲料诱发家兔高脂血症动物模型
　　选用2 kg左右体重家兔，雌雄不限，每日喂服胆固醇0.3 g，4个月后形成主动脉粥样硬化斑块；剂量增至0.5 g，3个月后出现斑块；增至1.0 g，2个月后出现斑块。在饲料中加入15.0%蛋黄粉、0.5%胆固醇、5.0%猪油，喂服6周（3周后可将胆固醇减去再喂3周），可使斑块发生率达100%，动物血脂明显升高，血清胆固醇可升至2 000 mg/dl。
　　兔对喂饲胆固醇非常敏感，在短期内便能出现明显的病变。因为兔对外源性胆固醇的吸收率可高达75%~90%，对高血脂的清除能力低（静脉注射胆固醇后，高脂血症可持续3~4 d）。但兔作模型不够理想，主要表现为血源性泡沫细胞增多，且兔为草食性动物，其脂质代谢与人体脂质代谢差异较大，病变分布与人的病变也有差异。
　　2.2.3 高脂饲料诱发大鼠高脂血症动物模型
　　方法一：选用SD或Wistar大鼠，雌雄不限，体重260~280 g。造模方法有两种：配方一饲料（1.0%~4.0%胆固醇、10.0%猪油、0.2%甲基硫氧嘧啶或丙基硫氧嘧啶、85.8%~88.8%基础饲料），连续喂饲7~10 d，可形成高胆固醇血症；配方二饲料（10.0%蛋黄粉、5.0%猪油、0.5%胆盐、84.5%基础饲料），喂服7 d可形成高胆固醇血症。
　　喂饲高脂饲料10 d后，大鼠血脂水平明显升高，与正常大鼠比较，血胆固醇升高27.6倍，三酰甘油升高2.33倍，低密度脂蛋白升高47.8倍。当配方完全一致时，SD大鼠比Wistar大鼠建立模型的时间短。
　　方法二：选用健康成年SD大鼠，雌雄各半，体重160~200 g。实验动物喂饲基础饲料观察5 d后取尾血测定总胆固醇和甘油三酯作为对照，后给予高脂饲料（79%基础饲料、1%胆固醇、10%蛋黄粉和10%猪油）35 d。
　　高脂对照组大鼠在喂饲料35 d后血清中TC和TG含量测定结果均明显高于喂饲高脂饲料前的结果，其差异均有高度显著性，表明预防性高血脂大鼠模型建立成功。
　　大鼠饲养方便、抵抗力强、食性与人相近。所形成的病理改变与人早期者相似，不易形成似人体的后期病变，较易形成血栓。
　　有研究认为高脂饲料掺入胆固醇、猪油等油腻的高脂品后，饲料性质发生改变，并产生异味，动物易出现厌食现象，而且饲料用量不易精确掌握。推荐用脂肪乳剂给雄性Wistar大鼠灌胃1周后可形成高脂血症模型，且可避免上述现象的出现，但超过1周血脂继续上升不明显。在运用该法过程中发现大鼠容易出现腹泻，而且脂肪乳剂的表面张力大，造成灌胃困难，损伤较大，影响高脂血症的形成。
　　用75%新鲜蛋黄乳液腹腔注射入大鼠或者是对大鼠静脉注射环磷酰胺, 一次性诱发形成高脂血症模型，但这些造模方法均与临床高脂血症的形成过程相差过大。
　　造模中给予L-蛋氨酸或者加入抑制甲状腺功能的药物，如甲基硫氧嘧啶或丙基硫氧嘧啶, 使甲状腺功能减退，减缓胆固醇的氧化和排泄过程而使血胆固醇含量升高，或者在高脂饲料中增加胆酸钠的成分均能促进高脂血症的形成。究竟怎样饲料配方最有利于高脂血症的形成，尚有待进一步的研究和探索。
　　2.2.4 高脂饲料诱发小鼠高脂血症动物模型
　　选用雄性小鼠，体重18~22 g，饲以1%胆固醇及10%猪油的高脂饲料，7 d后血清胆固醇即升高为328~358 mg/dl。若在饲料中再加入0.3%的胆酸，连续喂饲7 d，血清胆固醇升高，可达到494 ~566 mg/dl。亦有报道以10.0%猪油、2.0%胆固醇及0.4%胆酸钠高脂饲料饲养雄性C57BL/6J小鼠，18周成模的方法。
　　小鼠有容易饲养和节省药物等优点，但是取血不便，难做动态观察，所以较少采用。
　　2.2.5 高脂饲料诱发小型猪高脂血症动物模型
　　选用Gottigen系小型猪较为理想，用1%~2%高脂食物饲喂6个月即可形成动脉粥样硬化病变。
　　小型猪形成动脉粥样硬化病变特点及分布都与人类近似，是较理想的模型，缺点是实验成本相对高昂。
　　2.2.6 高脂饲料诱发灵长类高脂血症动物模型
　　选用3~6岁的恒河猴，体重3.5~10.5 kg，雌雄不限。饲喂高脂饲料（50%麦粉、1%胆固醇、8%蛋黄、8%猪油、8%麦麸、8%玉米粉、17%白糖及适量的小苏打和食盐），喂饲30 d后，造成猴的实验性高脂血症。血清胆固醇较正常时升高3.1~3.2倍。
　　猴的胆固醇代谢、血浆脂蛋白组成及高脂血症与人相似，也是较理想的模型，缺点也是实验成本相对高昂。
　　2.2.7 高脂饲料诱发豚鼠高脂血症动物模型
　　选用雄性Hartley豚鼠，体重160~200 g，饲喂低胆固醇高脂饲料（0.1%胆固醇、10.0%猪油、89.9%基础饲料）。豚鼠于第3周开始出现TG、TC、LDL-C水平的迅速升高。国外学者认为豚鼠在血浆脂蛋白构成、胆固醇和脂蛋白代谢及对饮食胆固醇和药物治疗的反应性方面与人类相比，比大鼠有更多相似之处，而且豚鼠具有对高脂饲料敏感、易于形成动脉粥样硬化病变等，因此认为豚鼠是更加适合用于高脂血症动物模型的实验动物。
　　3 其他代谢综合征及其动物模型简述[16-18]
　　3.1 脂肪肝
　　选用wistar大鼠60只，170~190 g，雄性，SPF级。大鼠适应环境1周以后，随机分为6组，每组10只。正常组给予基础饲料，其余为高脂组，分为5组，连续饲喂高脂饲料（在基础饲料加1.0%胆固醇、10.0%猪油、10.0%蛋黄粉、0.2%胆盐），从第2周起每周处理一组高脂模型大鼠，第6周将正常组一并处理。
　　正常人肝的总脂量占肝重的5%，内含磷脂、TG、脂酸、TC及胆固醇酯。若总脂量超过肝重的5%以上，或在组织学上有50%以上肝细胞脂肪化时，即称脂肪肝。该试验动物在饲喂高脂饲料2周以后呈现高脂血症症状，模型组血清TG、TC、LDL-C、VLDL-C含量全面上升，HDL-C下降且与正常组比较有极显著差别，动脉硬化指数显著上升，表明造模成功，可以作为脂肪肝动物模型用于药理实验。
　　3.2 糖尿病
　　链尿佐菌素（STZ）是一种药效强大的烷化剂，能干扰葡萄糖的转运，影响葡萄糖激酶的功能，诱导DNA双链的断裂。先以高糖高脂饲料（10%蔗糖、10%猪油、5%胆固醇）喂养大鼠1个月，诱发出胰岛素抵抗，继以低剂量STZ（25 mg/kg，以pH 4.2的0.1 mol/L枸橼缓冲液配成0.25%浓度）。该模型具有中度高血糖、高血脂、高血压、血胰岛素不低、胰岛素抵抗、成功率高等特点，多用于评价治疗2型糖尿病（NIDDM）的药物疗效。此模型缩短了造模时间，而且病理生理改变符合人类NIDDM。

　　四氧嘧啶（Alloxan）致动物血糖升高主要是通过破坏胰岛细胞导致体内胰岛素分泌绝对不足。使用四氧嘧啶制备糖尿病模型是一种经济可靠的实验方法，但实验条件要求较为苛刻。选用wistar大鼠，雄性，体重为160.1~171.5 g，月龄2~3个月，绝对禁食不禁水24 h后，静脉注射大鼠四氧嘧啶（150 mg/kg） 0.5 ml/100 g，并每日饲喂高脂饲料（10.0%蛋黄粉、5.0%大油、0.5%胆盐、0.2%胆固醇、84.3%基础饲料）制备高血糖伴高血脂动物模型。诱导后第1、2、4、8、13周禁食不禁水5 h，毛细管眼底静脉丛取血，分离血清测试。该模型血浆黏度增高，全血黏度降低。
　　4 小结
　　综合以上文献可以看出，豚鼠是相对理想和有希望的高脂血症模型用实验动物。以高脂摄入为主要特征的高脂血症动物模型是代谢综合征相对理想的动物模型。但不同的实验动物使用怎样的高脂饲料配比更适宜于成模，尚有待进一步研究。
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　　（收稿日期：2011-02-22）

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