多種常用代謝相關(guān)小鼠模型的介紹及其驗(yàn)證數(shù)據(jù)

瀏覽次數(shù)：943　發(fā)布日期：2024-2-22　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責(zé)任自負(fù)

春節(jié)期間，隨著電影《熱辣滾燙》上映，大熒幕上暴瘦100斤的賈玲驚艷全場，觀眾直呼“太勵(lì)志了”。但不幸的是，“每逢佳節(jié)胖三斤，一稱卻是三公斤。”鼠博士的體重已經(jīng)向春節(jié)表達(dá)了最基本的尊重！

雖然春節(jié)美食太多，吃胖是一件非常正常的事，但長期高油高鹽高糖飲食，將大大增加患代謝性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，今天鼠博士就來盤點(diǎn)一下代謝性疾病相關(guān)動物模型。

目前，代謝性疾病已經(jīng)成為了一個(gè)重大的全球公共衛(wèi)生問題。不斷上升的發(fā)病率已對全球健康造成了巨大負(fù)擔(dān)。據(jù)近期研究報(bào)告統(tǒng)計(jì)，2000-2019年這20年間，所有代謝性疾病的發(fā)病率都有所增加，包括高血壓（每年增長0.20%）、Ⅱ型糖尿�。磕暝鲩L1.56%）、高脂血癥、肥胖和非酒精性脂肪性肝�。磕暝鲩L0.83%）。在平均收入、教育程度和生育率較高的國家，代謝性疾病負(fù)擔(dān)的增加最為顯著。

圖1.全球代謝性疾病負(fù)擔(dān)圖[1]

實(shí)驗(yàn)動物模型可以模擬肥胖、糖尿病等代謝類疾病的發(fā)生發(fā)展，對于我們研究代謝類疾病的機(jī)理，開發(fā)相關(guān)治療藥物具有重要意義。而嚙齒類動物由于體積小，繁殖力高，生命周期短，基因組易編輯等優(yōu)點(diǎn)，是用于研究代謝類疾病的最常見動物模型。

下面將重點(diǎn)介紹南模生物常用代謝相關(guān)小鼠模型及其驗(yàn)證數(shù)據(jù)，并附現(xiàn)有代謝性疾病小鼠模型資源于文末。

飲食誘導(dǎo)代謝模型
飲食是誘導(dǎo)肥胖及相關(guān)代謝疾病的主要環(huán)境因素之一。飲食誘導(dǎo)的肥胖（DIO，diet-induced obsisity），也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

DIO高脂飲食誘導(dǎo)的動物肥胖模型與人類肥胖相似，而且能較好反映人體肥胖的發(fā)病機(jī)制，比如體重的緩慢增加和繼發(fā)的胰島素抵抗，可用于研究肥胖、糖尿病、脂肪肝等代謝類疾病。

DIO模型的構(gòu)建受品系、性別、年齡、飲食等因素影響較大。

圖3.影響肥胖和糖尿病研究實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要因素[2]

品系：
小鼠一般使用C57BL/6小鼠；大鼠一般選擇Wistar和SD大鼠。

性別：
雄性小鼠更容易發(fā)生DIO，并且比雌性小鼠進(jìn)展更快且程度更大。飲食誘導(dǎo)的胰島素抵抗性別差異顯著，雄性小鼠和雄性大鼠受影響更大。

年齡：
C57BL/6小鼠體重隨著年齡增長而增加，9個(gè)月達(dá)到高峰。較3月齡小鼠，22月齡小鼠肌肉比重減少而脂肪比重增加。另一個(gè)重要因素是飲食干預(yù)開始時(shí)鼠的年齡，若小鼠年齡較�。�<8周，經(jīng)驗(yàn)值）時(shí)開始喂養(yǎng)HFD，則隨后的肥胖和肥胖癥表型并不會特別明顯。

飼料：
高熱量飼料、高脂飼料都是籠統(tǒng)的概念，如果熱量/脂肪含量過高，動物適應(yīng)差，會需要更長的時(shí)間來誘導(dǎo)，甚至出現(xiàn)越來越瘦的現(xiàn)象。此外還要注意脂肪類型，輕微的飲食差異就可以極大地影響代謝參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

南模生物擁有成熟的DIO模型構(gòu)建體系，可在8-12周完成高效造模，而且能較好模擬肥胖的發(fā)病機(jī)制，可用于肥胖相關(guān)的多方面研究。

圖4. DIO小鼠的體重及GTT檢測。結(jié)果顯示，DIO小鼠體重相較對照組明顯增加，并出現(xiàn)明顯的糖耐量異常。

藥物誘導(dǎo)代謝模型
鏈脲佐菌素（Streptozotocin，STZ），是目前使用最廣泛的糖尿病動物模型化學(xué)誘導(dǎo)劑，屬于氨基葡萄糖-亞硝基脲衍生物，其結(jié)構(gòu)中的亞硝基脲是細(xì)胞毒素，可被胰腺β細(xì)胞選擇性吸收并使其破壞，使其產(chǎn)生I型糖尿病癥狀。

圖5.鏈脲佐菌素糖尿病誘導(dǎo)模型機(jī)制[3]

南模生物長期構(gòu)建STZ誘導(dǎo)模型，具有豐富的模型開發(fā)及藥理藥效分析經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)STZ誘導(dǎo)后，實(shí)驗(yàn)組小鼠的空腹血糖顯著升高，糖耐量明顯異常。

圖6. STZ誘導(dǎo)C57BL/6小鼠造模。

基因編輯自發(fā)疾病模型
利用基因編輯工具構(gòu)建基因編輯動物模型，探索特定基因的生理作用的實(shí)驗(yàn)方法已是目前研究的主要手段。而代謝性疾病的基因編輯動物模型對于了解人類特異性基因功能和基因相關(guān)肥胖癥具有重大價(jià)值，它們已成為現(xiàn)代藥物發(fā)現(xiàn)研究的核心研究工具。下面以Lep-KO與Ins2-C96Y小鼠為例簡單介紹一下小鼠特點(diǎn)。

Lep-KO小鼠 (B6 ob)
瘦素(leptin)是一種主要由源自白色脂肪組織的脂肪細(xì)胞分泌的激素。Leptin對脂肪的調(diào)節(jié)主要通過以下三個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)：1）抑制食欲，減少能量攝入；2）增加能量消耗；3）抑制脂肪的形成。

圖7.正常小鼠（左）與Lep-ko小鼠（右）[4]

南模生物利用基因編輯技術(shù)敲除Leptin基因構(gòu)建了Lep-KO小鼠，該小鼠通常也稱為ob/ob小鼠。Leptin的突變或缺失會導(dǎo)致嚴(yán)重的肥胖，肥胖引起的性腺功能不足，并與II型糖尿病的發(fā)展密切相關(guān)。Lep-KO小鼠是研究胰島素抵抗、肥胖、II型糖尿病等疾病的重要工具。

圖8. Lep-KO (ob/ob)小鼠的驗(yàn)證。結(jié)果顯示，Lep-KO小鼠表現(xiàn)出明顯的肥胖表型、高血糖、糖耐量異常等癥狀。

圖9. Lep-KO (ob/ob)小鼠皮下脂肪組織的H&E染色。結(jié)果顯示Lep-KO 小鼠脂肪細(xì)胞體積更大。

圖10. Lep-KO (ob/ob)小鼠胰腺的代表性圖片。結(jié)果提示Lep-KO 小鼠胰腺有炎性細(xì)胞浸潤。

Ins2-C96Y小鼠（Akita-like）
Ins2基因的C96Y點(diǎn)突變會導(dǎo)致胰島素A鏈和B鏈之間的一個(gè)關(guān)鍵二硫鍵無法形成，從而導(dǎo)致小鼠proinsulin-2蛋白的錯(cuò)誤折疊，這些錯(cuò)誤折疊的蛋白的積累最終會導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和胰島β細(xì)胞凋亡。

南模生物利用基因編輯技術(shù)將小鼠Ins2基因編碼蛋白96位氨基酸由C替換為Y，建立該Ins2基因點(diǎn)突變小鼠模型，該模型與Akita小鼠具有相同基因型。

Ins2-C96Y小鼠從4周齡開始，雜合子就表現(xiàn)出多食、多飲、高血糖、體重不增的明顯糖尿病癥狀，且癥狀隨著年齡增長而加重，因此Ins2-C96Y常用作I型糖尿病研究。

圖11. Ins2-C96Y雜合子小鼠的體重，血糖等主要表型。

藥物靶點(diǎn)人源化模型
目前，藥物研發(fā)越來越趨于靶向化、精準(zhǔn)化，越來越多針對固定靶點(diǎn)的代謝性藥物進(jìn)入大家的視野。靶向性代謝類藥物的研發(fā)常需要用到藥物靶點(diǎn)人源化模型，以評估藥物的有效性和安全性，檢測藥物的藥物代謝動力學(xué)，幫助篩選潛在的新藥物候選者。

GLP1R人源化小鼠
GLP1R屬于G蛋白偶聯(lián)受體B簇中胰高血糖素受體，廣泛分布在胰島、胃、小腸、心臟、腎臟、肺、大腦等組織器官中，其主要作用是和胰高血糖素樣肽1（GLP1）結(jié)合，調(diào)節(jié)血糖。

圖12. GLP-1R的生理功能[5]

GLP1R激動劑類藥物是當(dāng)前治療糖尿病的主流選擇之一，最新研究表明這些藥物還有很好的減肥效果。南模生物自主研發(fā)的GLP1R人源化小鼠是進(jìn)行GLP1R靶向藥物臨床前驗(yàn)證的可靠選擇。

圖13. IHC檢測hGLP1R的表達(dá)。結(jié)果顯示hGLP1R在胰島中特異性高表達(dá)。

圖14. 驗(yàn)證候選藥物在hGLP1R小鼠中的降血糖功效。OGTT測試表明候選藥物顯示出良好的降血糖功效。

圖15. HFD&STZ誘導(dǎo)的II型糖尿病hGLP1R小鼠上的藥效研究。候選藥物Ab1表現(xiàn)出顯著的治療作用。

PCSK9人源化小鼠
PCSK9可與低密度脂蛋白受體（LDLR）結(jié)合，并將LDLR轉(zhuǎn)移至溶酶體內(nèi)破壞，增加了LDLR的降解，進(jìn)而促使循環(huán)LDL-C水平的升高，這是導(dǎo)致動脈粥樣硬化性心血管疾�。ˋSCVD）發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。

研究發(fā)現(xiàn)，靶向PCSK9抑制劑能促進(jìn)肝臟清除LDL-C，從而降低LDL-C水平。南模生物自主研發(fā)了PCSK9人源化小鼠模型，可用于PCSK9靶向藥物的臨床前藥效驗(yàn)證。

圖16. Elisa檢測PCSK9 人源化小鼠血清中PCSK9 的表達(dá)。

圖17. 全人源化抗體evolocumab(PCSK9抑制劑)顯著改善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.

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