糖尿病实验动物模型作为重要的科研工具，在糖尿病机理研究，药物筛选以及药物临床前实验都发挥了重要作用。目前，随着生物医学技术的不断进步，糖尿病动物模型造模所用的实验动物种类和造模手段日呈多元化发展，糖尿病动物模型的构建也能更好地模拟人类糖尿病的发生发展。针对不同因素导致的糖尿病，研究人员应选择与之研究主体相接近的糖尿病模型作为研究对象。

图3.小鼠模型

自发性糖尿病动物模型是指在自然条件下，未经过人工处理而发生糖尿病的实验动物，且其后代仍大概率患糖尿病。常见的自发性糖尿病有NOD小鼠、ob/ob小鼠、db/db小鼠、BB大鼠、LETL大鼠等。自发性模型动物糖尿病的发生发展进程与人类的糖尿病相似，在糖尿病研究上应用广泛，常用自发性糖尿病大小鼠模型如下表所示。

化学药物诱导：已发现多种化合物可在动物模型诱发糖尿病，其中链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)和四氧嘧啶(Alloxan,ALX)是最常用的，这两种药物都是细胞毒性葡萄糖类似物，对GLUT2转运体具有高度亲和力，主要破坏胰岛β细胞[2]。比起ALX，STX因其具有更好的稳定性和更小的毒性而更受欢迎。若在大小鼠怀孕期间，进行STZ诱导则可以构建GDM模型。但这种方法存在一定的风险，可能导致孕鼠流产，且STZ对胰岛的破坏是不可逆的，而一般GDM患者血糖在产后能恢复正常，因此实验动物可以在产后再移植一个正常的胰岛，但是这个手术难度高且成本不菲。

图4.STZ破坏胰岛β细胞原理图[6]

饮食诱导（DIO）：饮食诱导的动物糖尿病模型与人类糖尿病相似，常用来研究饮食、基因等因素与肥胖/糖尿病等疾病进程之间的关系。例如C57BL/6小鼠持续高脂饮食饲喂14周左右，检测糖尿病相关指标，这类模型可用于肥胖、II型糖尿病研究。

图5.DIO肥胖小鼠

手术诱导：直接全部或大部分切除实验动物的胰腺，如果连续两天血糖值超11.1mmol/L或者葡萄糖耐量试验120min时的血糖值仍未恢复到注射前水平则认为DM造模成功。该技术必需经过专门技术训练且需配套的手术设备，还需消除外分泌胰腺消化酶和其他胰岛激素的混杂效应的影响，因此其广泛应用受到限制[4]。

利用基因修饰技术对特定DNA片段进行定点敲除、敲入以及替换来实现基因表达的上调或下调，从而构建相关基因型的糖尿病动物模型。这类模型可以稳定遗传，有利于研究糖尿病及其并发症的发病机制，并可用于糖尿病药物的筛选和药理药效研究。

Ins2-C96Y点突变小鼠

研究发现若小鼠胰岛素A链中的第七个氨基酸Cys96（TGC）变为Tyr（TAC），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[3]。这个突变是Akita小鼠自发糖尿病的原因，据此我们构建了Ins2-C96Y点突变小鼠模型，并观察到从4周龄开始，Ins2-C96Y杂合子小鼠就表现出多食、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，上述研究结果表明Ins2-C96Y小鼠可作为I型糖尿病研究的动物模型。

图6.Akita小鼠发病基本原理

胰腺特异性敲除PRLR小鼠

孕鼠STZ诱导构建GDM模型的难度较高，因此有研究者尝试构建基因修饰的GDM模型。2019年，NteebaJ等构建了PRLR-flox小鼠，催乳素受体（PRLR）是孕期维持体内血糖稳态的关键分子，敲除PRLR基因能导致妊娠期β细胞不能正常扩增，体内葡萄糖稳态受损。将PRLR-flox小鼠和pdx1-Cre（胰岛特异性Cre工具鼠）交配，得到的阳性子代在怀孕时能成功观察到GDM的表型[10]。

GK/IRS-1双基因敲除小鼠

IRS-1-/-小鼠表现为胰岛素抵抗，但由于β细胞代偿性增生，胰岛素分泌增多，糖耐量正常。β细胞特异GK表达降低的小鼠，显示轻度糖耐量异常。两者杂交产生的GK/IRS-1双基因剔除小鼠，表现Ⅱ型糖尿病症状，既有胰岛素抵抗又有糖耐量异常。

Gck敲除/Hnf4a敲除/Abcc8敲除等模型

Gck、Hnf4a、Abcc8等基因与胰岛β细胞发育、功能或胰岛素信号通路有关，这些由基因突变导致的糖尿病统称为单基因糖尿病。它们的临床症状与T2DM和T1DM类似，常被误诊，导致患者得不到正确的治疗。

• 葡糖激酶基因（Gck）被称为“葡萄糖感受器”，不仅是糖代谢过程中关键的限速酶，在β细胞中它还可以通过感受血糖水平调节胰岛素的分泌。Gck突变会导致轻度空腹血糖升高和轻度胰岛分泌功能异常[9]。

• Hnf4a主要表达于肝脏，但在胰腺和肾脏上也有表达，该基因编码的转录因子通过多种途径影响糖代谢，Hnf4a突变会导致高胰岛素血症和巨大儿的症状[10]。

• Abcc8基因编码在胰岛素分泌中起重要作用的KATP通道的SUR1调节亚单位，其突变可影响钾离子通道关闭和β细胞膜的去极化、抑制胰岛素分泌，导致常染色体显性遗传性糖尿病[11]。

构建上述关键基因的敲除模型和条件性敲除模型，可用于单基因糖尿的机制研究，是提高单基因糖尿病个体化精准诊治水平的关键。

GLP-1R人源化模型

胰高血糖素样肽-1受体（glucagon-like peptide-1 receptor, GLP-1R）广泛分布在胰岛、胃、小肠、心脏、肾脏、肺、大脑等组织器官中， 当它被GLP-1或人工合成的GLP-1R激动剂激活后，便能发挥多种不同的生理功能。GLP-1R的主要作用是和胰高血糖素样肽-1结合，调节血糖，它是治疗2型糖尿病最有效的靶点之一[8]。如果能在小鼠上敲入人源的GLP-1R基因，让小鼠表达人源GLP-1R，就可以直接使用小鼠来筛选糖尿病药物，并初步分析候选药物的药理药效，把曾经要到志愿者身上才能验证的一些药物性能提前到小鼠上实现，可以大大节约药物开发的成本和时间。

图7.GLP-1R的生理功能

[1]中国2型糖尿病防治指南（2020版）

[2]KachapatiK,AdamsD,BednarK,etal.Thenon-obesediabetic(NOD)mouseasamodelofhumantype1diabetes.MethodsMolBiol.2012;933:3-16.

[3]LeMayC,ChuK,HuM,etal.Estrogensprotectpancreaticbeta-cellsfromapoptosisandpreventinsulin-deficientdiabetesmellitusinmice.ProcNatlAcadSciUSA.2006Jun13;103(24):9232-7.

[4]KleinertM,ClemmensenC,HofmannSM,etal.Animalmodelsofobesityanddiabetesmellitus.NatureReviewsEndocrinology,2018,14(3).

[5]https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/diabetes

[6]WuJ,YanLJ.Streptozotocin-inducedtype1diabetesinrodentsasamodelforstudyingmitochondrialmechanismsofdiabeticβcellglucotoxicity.DiabetesMetabSyndrObes.2015Apr2;8:181-8.

[7]NteebaJ,KubotaK,WangW,etal.Pancreaticprolactinreceptorsignalingregulatesmaternalglucosehomeostasis.JEndocrinol.2019;241(1):71–83.doi:10.1530/JOE-18-0518

[8]Laviola L, Leonardini A, Melchiorre M, et al. Glucagon-like peptide-1 counteracts oxidative stress-dependent apoptosis of human cardiac progenitor cells by inhibiting the activation of the c-Jun N-terminal protein kinase signaling pathway. Endocrinology, 2012, 153 : 5770–5781. DOI:10.1210/en.2012-1461

[9]McDonald, T. J. & Ellard, S. Maturity onset diabetes of the young: identification and diagnosis. Annals of clinical biochemistry 50,403-415,doi:10.1177/0004563213483458 (2013).

[10] Anik, A., Catli, G., Abaci, A. & Bober, E. Maturity-onset diabetes of the young (MODY): an update. Journal of pediatric endocrinology & metabolism : JPEM 28, 251-263, doi:10.1515/jpem-2014-0384 (2015).

[11]Wen, X. & Yang, Y. Emerging roles of GLIS3 in neonatal diabetes, type 1 and type 2 diabetes. Journal of molecular endocrinology 58, R73-R85, doi:10.1530/JME-16-0232 (2017).