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多种常用代谢相关小鼠模型的介绍及其验证数据

浏览次数:816 发布日期:2024-2-22  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负

春节期间,随着电影《热辣滚烫》上映,大荧幕上暴瘦100斤的贾玲惊艳全场,观众直呼“太励志了”。但不幸的是,“每逢佳节胖三斤,一称却是三公斤。”鼠博士的体重已经向春节表达了最基本的尊重!
 


 
虽然春节美食太多,吃胖是一件非常正常的事,但长期高油高盐高糖饮食,将大大增加患代谢性疾病的风险,今天鼠博士就来盘点一下代谢性疾病相关动物模型。

目前,代谢性疾病已经成为了一个重大的全球公共卫生问题。不断上升的发病率已对全球健康造成了巨大负担。据近期研究报告统计,2000-2019年这20年间,所有代谢性疾病的发病率都有所增加,包括高血压(每年增长0.20%)、Ⅱ型糖尿病(每年增长1.56%)、高脂血症、肥胖和非酒精性脂肪性肝病(每年增长0.83%)。在平均收入、教育程度和生育率较高的国家,代谢性疾病负担的增加最为显著。

 
 
图1.全球代谢性疾病负担图[1]
 
实验动物模型可以模拟肥胖、糖尿病等代谢类疾病的发生发展,对于我们研究代谢类疾病的机理,开发相关治疗药物具有重要意义。而啮齿类动物由于体积小,繁殖力高,生命周期短,基因组易编辑等优点,是用于研究代谢类疾病的最常见动物模型。

下面将重点介绍南模生物常用代谢相关小鼠模型及其验证数据,并附现有代谢性疾病小鼠模型资源于文末。

饮食诱导代谢模型
饮食是诱导肥胖及相关代谢疾病的主要环境因素之一。饮食诱导的肥胖(DIO,diet-induced obsisity),也是当前研究的热点。

DIO高脂饮食诱导的动物肥胖模型与人类肥胖相似,而且能较好反映人体肥胖的发病机制,比如体重的缓慢增加和继发的胰岛素抵抗,可用于研究肥胖、糖尿病、脂肪肝等代谢类疾病。

DIO模型的构建受品系、性别、年龄、饮食等因素影响较大。

 
 
图3.影响肥胖和糖尿病研究实验结果的主要因素[2]
 
品系:
小鼠一般使用C57BL/6小鼠;大鼠一般选择Wistar和SD大鼠。

性别:
雄性小鼠更容易发生DIO,并且比雌性小鼠进展更快且程度更大。饮食诱导的胰岛素抵抗性别差异显著,雄性小鼠和雄性大鼠受影响更大。

年龄:
C57BL/6小鼠体重随着年龄增长而增加,9个月达到高峰。较3月龄小鼠,22月龄小鼠肌肉比重减少而脂肪比重增加。另一个重要因素是饮食干预开始时鼠的年龄,若小鼠年龄较小(<8周,经验值)时开始喂养HFD,则随后的肥胖和肥胖症表型并不会特别明显。

饲料:
高热量饲料、高脂饲料都是笼统的概念,如果热量/脂肪含量过高,动物适应差,会需要更长的时间来诱导,甚至出现越来越瘦的现象。此外还要注意脂肪类型,轻微的饮食差异就可以极大地影响代谢参数和实验结果。

南模生物拥有成熟的DIO模型构建体系,可在8-12周完成高效造模,而且能较好模拟肥胖的发病机制,可用于肥胖相关的多方面研究。

 
 
图4. DIO小鼠的体重及GTT检测。结果显示,DIO小鼠体重相较对照组明显增加,并出现明显的糖耐量异常。

药物诱导代谢模型
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,可被胰腺β细胞选择性吸收并使其破坏,使其产生I型糖尿病症状。

 

图5.链脲佐菌素糖尿病诱导模型机制[3]
 
南模生物长期构建STZ诱导模型,具有丰富的模型开发及药理药效分析经验。经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。

 
 
图6. STZ诱导C57BL/6小鼠造模。
 
基因编辑自发疾病模型
利用基因编辑工具构建基因编辑动物模型,探索特定基因的生理作用的实验方法已是目前研究的主要手段。而代谢性疾病的基因编辑动物模型对于了解人类特异性基因功能和基因相关肥胖症具有重大价值,它们已成为现代药物发现研究的核心研究工具。下面以Lep-KO与Ins2-C96Y小鼠为例简单介绍一下小鼠特点。

Lep-KO小鼠 (B6 ob)
瘦素(leptin)是一种主要由源自白色脂肪组织的脂肪细胞分泌的激素。Leptin对脂肪的调节主要通过以下三个途径实现:1)抑制食欲,减少能量摄入;2)增加能量消耗;3)抑制脂肪的形成。

 
图7.正常小鼠(左)与Lep-ko小鼠(右)[4]
 
南模生物利用基因编辑技术敲除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。

 
 
图8. Lep-KO (ob/ob)小鼠的验证。结果显示,Lep-KO小鼠表现出明显的肥胖表型、高血糖、糖耐量异常等症状。
 
图9. 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。
 
图10. 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。

Ins2-C96Y小鼠(Akita-like)
Ins2基因的C96Y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。

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,建立该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-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常用作I型糖尿病研究。


图11. Ins2-C96Y杂合子小鼠的体重,血糖等主要表型。

药物靶点人源化模型
目前,药物研发越来越趋于靶向化、精准化,越来越多针对固定靶点的代谢性药物进入大家的视野。靶向性代谢类药物的研发常需要用到药物靶点人源化模型,以评估药物的有效性和安全性,检测药物的药物代谢动力学,帮助筛选潜在的新药物候选者。

GLP1R人源化小鼠
GLP1R属于G蛋白偶联受体B簇中胰高血糖素受体,广泛分布在胰岛、胃、小肠、心脏、肾脏、肺、大脑等组织器官中,其主要作用是和胰高血糖素样肽1(GLP1)结合,调节血糖。
 
图12.  GLP-1R的生理功能[5]

GLP1R激动剂类药物是当前治疗糖尿病的主流选择之一,最新研究表明这些药物还有很好的减肥效果。南模生物自主研发的GLP1R人源化小鼠是进行GLP1R靶向药物临床前验证的可靠选择。

 
图13. IHC检测hGLP1R的表达。结果显示hGLP1R在胰岛中特异性高表达。
 
图14. 验证候选药物在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。
 
图15. HFD&STZ诱导的II型糖尿病hGLP1R小鼠上的药效研究。候选药物Ab1表现出显著的治疗作用。
 
PCSK9人源化小鼠
PCSK9可与低密度脂蛋白受体(LDLR)结合,并将LDLR转移至溶酶体内破坏,增加了LDLR的降解,进而促使循环LDL-C水平的升高,这是导致动脉粥样硬化性心血管疾病(ASCVD)发生、发展的关键因素。

研究发现,靶向PCSK9抑制剂能促进肝脏清除LDL-C,从而降低LDL-C水平。南模生物自主研发了PCSK9人源化小鼠模型,可用于PCSK9靶向药物的临床前药效验证。
 
图16. Elisa检测PCSK9 人源化小鼠血清中PCSK9 的表达。
 
图17. 全人源化抗体evolocumab(PCSK9抑制剂)显著改善PCSK9人源化小鼠血脂水平。
 
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Reference:
[1]Chew NWS, Ng CH, Tan DJH, et al. The global burden of metabolic disease: Data from 2000 to 2019. Cell Metab. 2023;35(3):414-428.e3. doi:10.1016/j.cmet.2023.02.003
[2]Kleinert M, Clemmensen C, Hofmann SM, et al. Animal models of obesity and diabetes mellitus. Nat Rev Endocrinol. 2018;14(3):140-162. doi:10.1038/nrendo.2017.161
[3]Vieira R, Souto SB, Sánchez-López E, et al. Sugar-Lowering Drugs for Type 2 Diabetes Mellitus and Metabolic Syndrome-Strategies for In Vivo Administration: Part-II. J Clin Med. 2019;8(9):1332. Published 2019 Aug 28. doi:10.3390/jcm8091332
[4]https://www.rockefeller.edu/news/25265-scientists-identify-genetic-factors-may-cause-people-become-obese/
[5]Brubaker PL, Drucker DJ. Structure-function of the glucagon receptor family of G protein-coupled receptors: the glucagon, GIP, GLP-1, and GLP-2 receptors. Receptors & Channels, 2011, 8 : 179–188.
来源:上海南方模式生物科技股份有限公司
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E-mail:tech@modelorg.com

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