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【消化系统疾病模型】肥胖动物模型构建

时间:2023-04-17 阅读:592

本文整理分析近年来肥胖动物模型的造模和评价方法,为研究者制备研究所需肥胖动物模型提供思路。



食物诱导肥胖模型

1. 食物诱导的肥胖动物模型

根据糖、脂肪和蛋白质在食物中提供能量的比例不同可将食物分为三类:即高糖、高脂和高蛋白食物;而根据机体正常需要将糖、脂肪和蛋白质按一定的比例配制成的食物称为标准食物。

复制这类肥胖动物模型的必需条件之一就是提供的热卡必须超过当时机体所需的热卡量。

造模举例:

①肥胖模型组采用高脂饲料喂养,高脂饲料:普通饲料60%,猪油12%,蔗糖5%,花生5%,鸡蛋10%,麻油1%,食盐2%,鱼肝油适量;对照组普通饲料喂养,共8周。

所有大鼠在造模期间自由摄食和饮水,保持室内温度20±1℃,湿度在40%-60%之间,记录两组大鼠体重、体长、Lee’s指数,并检测各组血脂水平。

②实验动物:40只SD雄性大鼠,动物等级SPF,体重(75±5)g。在有空调的动物室分笼饲养,温度19~26℃,相对湿度40%~70%,每笼5只,照明时间12h。

给予高脂饲料适应饲养2周后,将体重增加排在后1/3的大鼠作为肥胖抵抗大鼠剔除。其余大鼠随机分成2组,即正常对照组给予普通饲料饲喂,高脂饮食组给予高脂饲料喂养。

观察指标:

①一般情况观察:每天观察动物的精神状态、皮毛光泽、活动、食欲、大便等情况,并详细记录。

②体重:每周称重1次。

③体长及Lee's指数:实验结束时,麻醉后测量体长(大鼠从鼻至肛门的长度),并根据公式[Lee's指数=体重(g)1/3×10³/体长(cm)]计算Lee's指数。

④脂肪湿重及脂肪指数:实验结束时,取体脂(网膜、睾周及肾周脂肪)并称重,计算脂肪指数。脂肪指数(%)=(肾周脂肪+睾周脂肪+网膜脂肪)/体重×100。

⑤血脂测定:实验结束时,大鼠经24h禁食麻醉自颈动脉采血,离心并分离出血清,用全自动生化分析仪检测血清总胆固醇(TC)、三酰甘油(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)水平。

⑥肝脂测定:取肝脏左叶重约1g,在1∶9匀浆介质(甲醇∶乙醚=1∶1)中,以电动匀浆机4℃下制成10%匀浆,4℃下4000r/min离心10min,提取上清液,采用全自动生化分析仪检测TC、TG。

这种模型发育的时间更接近于大多数人群体重增加的过程。而这种模型也受很多因素的影响,如品系、性别、周龄、饮食等。

高脂饲料配方并不固定,很多研究均在 探讨营养性肥胖造模配方,通常采用的饲喂方法有自由采食及灌胃等。该类造模方法成本较低,成功率高,且具有较强的重复性



药物诱导肥胖模型

1. 谷氨酸钠(MSG)诱导

新生小鼠或大鼠皮下注射MSG可诱导其产生肥胖。

高剂量谷氨酸钠可以损伤下丘脑弓状核及其邻近区域,导致摄食及能量代谢紊乱,引起肥胖。谷氨酸钠诱导的肥胖模型会出现高血糖、高脂血症和胰岛素抵抗,但这种方法会抑制肝脂质沉积,所以除了肥胖外它还可以用作非酒精性脂肪肝的动物模型。

实验方法:

新生ICR乳鼠自出生当天开始每日注射谷氨酸钠(MSG)连续4d,每笼1只母鼠喂养乳鼠3~6只,饲以基础饲料,任意饮氯化水,置于标准动物室。在6周龄时连续4d测定每笼摄入和散落的饲料量,计算平均饲料和水摄入量·鼠。实验期间定时测定尿糖、血糖、胰岛素、总胆固醇(TC),TG,低密度脂蛋白-胆固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白-胆固醇(HDL-C)、谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)以及做糖耐量试验、胰岛素耐受试验‚并测量小鼠从口至肛门的长度、称重。用方程式:体重(g)/体长2(cm2)计算身体质量指数(BMI)。

实验末所有小鼠取肝、胰、肾、眼、坐骨神经、内脏白色脂肪组织、肩胛间棕色脂肪组织、主动脉和大脑称重,然后作病理检查。



2. 金硫葡萄糖(GTG)致肥胖模型

给成年小鼠腹腔注射GTG可诱导其产生肥胖,金硫葡萄糖是损伤下丘脑腹内侧核,增加食欲引起肥胖。其作用机制尚不明确且金硫葡萄糖价格高昂、造模时间长且腹腔注射动物死亡率高限制了它的应用。

这种动物的血糖升高,血清胰岛素水平也升高;从其胰岛分离的细胞的胰岛素合成显著增加cAMP含量和葡萄糖氧化亦显著增加。胰岛素敏感性受抑制,胰岛肥大伴脱颗粒,提示该肥胖模型与B细胞反应改变有关。

研究发现,在注射GTG后2周,动物心脏对葡萄糖致丙酮酸脱氢酶升高的反应减弱,在WAT和BAT升高2~3倍,而这些反应在给药后5~10周消失。肝中糖元储存增加,磷酸化酶的激活及磷酸葡萄糖均显著增加,这可能与胰岛素抵抗及葡萄糖耐量异常有关。



3. 精神抑制药所致药物性肥胖模型

相关研究基于精神抑制药治疗时经常发生体重增加、高脂血、血糖失调和2型糖尿病等不良反应,建立了大鼠精神抑制药所致药物性肥胖模型。

基本方法:

取雄性SD大鼠,单只饲养,饲以可代谢能量为17.50kJ·g-1的含中等量脂肪粉末饲料,经给基础饲料适应1周后按体重分组,换以含药饲料饲养6周,每周称体重3次。实验末剖取肝、肝、脾、肾、胰‚肾周和肩胛棕色脂肪组织、附睾、腹膜后、内脏和皮下白色脂肪组织称重。

为进一步比较不同精神抑制药及固体或液体饲料处理对大鼠体重增加与摄食量的影响,用相当于50%人最大生理剂量溶解后混入饲料,即奥氮平和氟哌啶醇为水溶,齐拉西酮用10%乙醇混悬,给基础饲料适应1周后换含药饲料。前2周饲粉状饲料,第3周换成液体饲料,大鼠放入圆柱形笼内‚内装1只可防止饲料溢出并能定量记录的饲料杯供盛饲料,以精确测量饲料摄入50%含药饲料用50%水溶解,记录液体饲料的消耗量作为食物摄入量。

饲料杯下的弹簧连接电脑每隔10s记录参数,记录每天23h(18∶00至次日17∶00)累积食物摄入量,由于前2d可能有电脑噪音等多种干扰,故取记录最为稳定的末2个23h资料供分析。

奥氮平混于类似人的饲料能引起雄鼠体重增加,并伴有摄食和皮下脂肪沉积增加。饲料的形状(粉末或液体)并不影响结果,而不同的精神抑制药间作用存在明显差异。

实验采用不改变大鼠进食行为,给处理组或对照组大鼠饲以与人用食物比例相同的蛋白、脂质和碳水化合物,以完全显示药物的作用。本模型复制简捷易行,但研究有待深入,是可以试用的动物肥胖模型。



遗传性肥胖模型

1. 单基因遗传模型

在单基因模型中,无论是否患有糖尿病,肥胖都是由于点突变引起的单个位点的改变或丢失。

黄色Ay突变小鼠是最早培育的肥胖小鼠,其肥胖性状通过常染色体显性遗传,定位于2号染色体。

①突变小鼠ob/ob和db/db。ob鼠是一种广泛应用的肥胖模型,因瘦素基因缺乏从而不能分泌瘦素,引起肥胖。

②ZDF大鼠是一种经过筛选的高血糖肥胖Zuker大鼠,由于缺乏瘦素受体基因,ZDF会过度进食,在实验中即表现出明显的肥胖,身体脂肪含量会超过40%,它们还会出现高脂血症、高胆固醇血症、高胰岛素血症和脂肪细胞萎缩。由于严重的糖尿病的发生ZDF大鼠容易出现酮症酸中毒而影响存活,后期应密切关注且必要时给予胰岛素治疗。

③Koletsky大鼠与以上模型不同,它是一种是由自发性高血压大鼠和SD大鼠杂交而来的肥胖高血压大鼠。它们的瘦素受体基因缺陷,常常表现为动脉粥样硬化和心肌损伤。

④另一种肥胖模型OLETF(OtsukaLong-EvansTokushimaFatty,OLETF)大鼠,由于β细胞功能衰竭它们会发生糖尿病,表现出特征性的多饮、多食、多尿的症状。通常这种大鼠过度进食也会引起肥胖。


2. 多基因遗传模型

C57BL/6J小鼠是实验室常用的多基因模型小鼠,由于过度进食会出现肥胖。

高脂喂养后只有约60%的C57BL/6J小鼠出现肥胖,这可能是因为后天环境因素的影响。通常C57BL/6J小鼠在6周龄时即可观察到对高脂喂养的敏感性,在这个时间C57BL/6J高脂喂养敏感的小鼠与高脂喂养不敏感的小鼠相比血浆胰岛素浓度水平出现显著升高。

DIO-ProneSD大鼠是一种常用的多基因遗传的肥胖大鼠模型。研究表明,SD大鼠高脂喂养后只有50%会出现肥胖,肥胖的这一部分称为DIO-ProneSD大鼠,没有肥胖的称为DIO-Resistant大鼠。

NZO(NewZealandobese,NZO)小鼠是一种会发生肥胖和2型糖尿病的多基因模型,这种小鼠饮食摄入增加,自主活动减少,并且胰岛、肝功能下降,在4~5周龄NZO小鼠即表现出胰岛素抵抗,值得注意的是,这种小鼠对于饮食结构尤其敏感,饲料中不加入碳水化合物时NZO小鼠虽然出现胰岛素抵抗和肥胖但血糖正常;加入碳水化合物之后,胰岛功能受到显著影响。



手术诱导肥胖模型

1. 破坏下丘脑腹内侧核来建立肥胖大鼠模型

具体方法为:

大鼠固定于脑立体定位仪,根据脑定位图谱的坐标将绝缘电极定位于下丘脑腹内侧核,通过一定强度和时间的电流进行损伤。这种肥胖模型的特征是体重显著增加、高胰岛素血症、高脂血症、糖耐量受损以及中重度空腹血糖升高,尽管胰岛素分泌能力正常。

通过手术干预下丘脑可以模拟中枢异常所致肥胖,其优点是稳定性好,与人体中枢异常所引起的肥胖相符合。

但手术诱导这种方法需要昂贵的仪器,在大鼠下丘脑区域操作难度大,精度要求很高,对动物需要进行术后护理。此外,由于中枢损伤分泌功能紊乱,动物常出现消化不良。进行手术的肥胖模型相对死亡率较高。


2. 双侧卵巢切除致动物肥胖模型

雌性动物卵巢分泌的雌激素具有调节脂代谢的作用,降低低密度脂蛋白、血浆总胆固醇以及甘油三酯,进而降低体脂沉积。而通过手术去除卵巢,从而降低雌激素分泌,进而促进体脂沉积,形成肥胖症。

此方法可以迅速降低体内雌激素水平,对模仿女性绝经后雌激素下降有较好的一致性,但是该方法的成功率不高,且需要独特的手术和设备,不易操作。










在构建肥胖模型时,必须依据实验目的合理的选择造模方式,同时注意造模过程中潜在的其他影响因素如品种、日龄、性别等,增加造模成功率。




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