文摘

本文比较两个小说多基因2型糖尿病的小鼠模型(T2D),四马马车/ JngJ NONcNZO10 / LtJ,对比的知名C57BLKS / J -Leprdb(db / db)单基因diabesity模型。我们认为新的多基因模型更具有代表性的各种“花园”肥胖潜在人类T2D的多色的,而不是单基因病因。此外,这些新车型的临床表型不太极端,例如,肥胖更慢化发展加上那么极端内分泌干扰。肥胖产生一个成年的逐步发展与幼年发病糖尿病高血糖的发展观察在病态肥胖db / db模型。与瘦素receptor-deficientdb / db模型与中央瘦素抵抗,新车型开发进步外围瘦素抵抗和能够维持生殖功能。虽然T2D病理生理学在追捕叫喊/ JngJ和NONcNZO10 / LtJ非常相似,它们的遗传病因明显不同,强调人类T2D背后的遗传异质性。

1。介绍

本文的目的是介绍两个新的多基因2型糖尿病的小鼠模型(T2D),对比研究最常见的单基因模型,缺少瘦素受体的C57BLKS / J -们注入了 (以下简称db/db)鼠标。多基因病因的基础上,缺乏幼年发病病态的肥胖,高血糖的更旷日持久的成年发展,以及缺乏严重内分泌/神经内分泌干扰,两个多基因模型更紧密地反映表型相关的各种“花园”在人类肥胖和糖尿病obesity-induced (diabesity)。每个模型的遗传起源将分别描述,然后他们diabesity表型相比。

2。C57BLKS / J -db/db鼠标JAX股票(642)

极大的兴趣同时出版的1966年“糖尿病”鼠标(1]。隐性突变发生自发C57BLKS / J (noble)应变产生早发性diabesity初始中度高胰岛素血insulinopenia紧随其后的胰岛细胞进行atropy由于胰腺β-细胞变性1]。1996年的突变被发现(2,3)作为瘦素受体,adipokine激素失踪的ob/ob(现在指定 )鼠标4]。瘦素在下丘脑核传感是至关重要的正常调节饱腹感以及多种代谢和神经内分泌/繁殖途径。因此,产生的瘦素抵抗极端缺乏瘦素受体的胞内信号域db/db老鼠产生食欲过盛和病态肥胖、生殖失败,和严重的胰岛素抵抗。高血糖的幼年发病(断奶到含碳水化合物的食物的一个星期内),再加上大量的β细胞损失和早期死亡率高血糖的进展,建议2型和1型糖尿病之间的混合物。尽管diabesity显然是单基因的起源,严重的糖尿病的发展依赖于多个其他背景基因。相同的突变转移到相关的C57BL / 6 j (B6)背景产生更严重肥胖胰岛素抵抗综合症,但不是慢性严重的糖尿病。noble应变是black-pigmented应变代表B6和外加剂,显然,DBA / 2基因组(5]。在后者的应变,db突变纯合性与高死亡率产生严重的糖尿病,像商品6]。这些遗传背景的识别修饰符还有待建立。的db/db模型已广泛应用于各类典型的评估和治疗糖尿病药化合物和治疗因为突变的外显率几乎是100%(例如,所有突变体在早期可再生产地肥胖和糖尿病)。此外,突变体的两性发展diabesity和精益的同胞从杂合的交配(+ / +或+ /指定db)或标准noble小鼠可作为控制。压力突变老鼠并不是特别敏感,药品可以在必要时由填喂法。因此,这只老鼠模型一直是主流医药功效测试。表型和畜牧业信息的广泛的书目清单,以及肥胖的变异老鼠的照片和精益控制,可能会发现http://jaxmice.jax.org/strain/000642.html。

3所示。NONcNZO10 / LtJ雄性老鼠JAX股票(4456)

术语描述符代表一个重组同类品系组成的基因组贡献大约88%无/ LtJ应变JAX股票(2423)和12%的新西兰肥胖(NZO / HlJ JAX股票2105)压力。NZO / HlJ两性发展多基因的老鼠,病态肥胖与胰岛素抵抗。然而,leptin-leptin受体轴似乎完好无损,瘦素抵抗是外围,没有中央7]。如商品- - - - - -db/db雄性老鼠,NZO / HlJ显示postpubertal hyperleptinemia的发展,高胰岛素血,体温调节的缺陷,高血压,和葡萄糖耐量(8,9]。与单基因肥胖的商品db / db老鼠,NZO肥胖是复杂的多基因控制。此外,diabesity发展是男性性有限,成熟度发作,和代表一个阈值现象基于早期体重增加率(9]。尽管NZO / HlJ老鼠使远系繁殖,繁殖在应变差。

多基因NONcNZO10 / LtJ模型(以下简称NcZ10)是专门研制的杰克逊实验室在过去的十年中绕过极端NZO表型与人共享db / db老鼠和杰出的从人类各种“花园”肥胖,同时增加男性高血糖的频率发展和改善within-strain繁殖。非/ LtJ应变被用作“基因支架”来构建新的模型。这一毒株被选在日本高nonfasting血糖(10杰克逊实验室)和未发表的研究显示,非/ LtJ男性明显更敏感比B6高脂肪饮食诱导肥胖男性。使用的策略是异型杂交的后代刺NZO和白化小鼠非遗传隔离分析和识别的F2和第一次回交后代数量性状位点(QTL)定位造成肥胖和diabesity。至少10共显性的或添加剂多基因可以完成复杂的上位相互作用和来自父母的基因被确定(11]。这个遗传信息被用来传输尽可能多的diabesity QTL在非遗传背景在第二个回交,其次是近亲繁殖修复这些QTL纯合性(11]。如下将看到,结果是建立白化菌株,复制好,表现出比NZO中度肥胖,表现出男性diabesity 90 - 100%的频率。基因控制的应变,NONcNZO5 / LtJ JAX股票(4455),开发了包含的倒数(diabesity抵抗)QTL NcZ10 [12];不幸的是,这个肥胖但diabetes-free应变展品穷人NZO / HlJ的繁殖特征。因此,非/ LtJ或其他相关Swiss-derived白化天生的菌株(SWR / J、SJL / J, FVB /新泽西,和ICR /麦加朝圣)建议作为生理比较nonobese控制。当使用非/ LtJ时,它必须保持在一个低脂肪饮食,避免饮食诱导肥胖。如下将NcZ10 / LtJ雄性必须放在diabesity开发的高脂肪的饮食。

Hyperinsulinemic-euglycemic夹紧了在肝脏和骨骼肌胰岛素抵抗前驱糖尿病的8-week-old男性之前后肝脏脂质含量的增加。肌肉抵抗GLUT4蛋白降低,但不是IRS-1 [13]。肝脏的慢性高血糖的男性显示中度到重度hepatosteatosis chow饮食含有6%的脂肪(12]。NcZ10男性胰岛组织病理学显示早期胰岛肥大其次是β细胞脱粒和β细胞随着高血糖成为慢性萎缩(11,12]。转移后殖民地从杰克逊实验室研究殖民地高屏障校园生产设备,含6%的脂肪食物的饮食被发现不再支持实现早期的身体体重diabesity发展所需的阈值。食物的脂肪含量提高到10 - 11%恢复diabesity发展预期频率。diabesity膳食脂肪更高要求的原因被认为是一种更精致的肠道菌群在高屏障的殖民地。额外的表型信息,管理细节,书目信息,鼠标的照片可能是在网上找到的http://jaxmice.jax.org/strain/004456.html。

4所示。四马马车/ JngJ雄性老鼠JAX股票(5314)

四马马车/ Jng(以下简称TH)男性代表另一个最近开发了多基因T2D模型杰克逊实验室,也表示不那么极端diabesity表型更符合人类T2D的常见形式。这白化菌株来自两个糖尿病雄性的后代中发现一个远的殖民地,泰勒最初英国老鼠和进口在1992年杰克逊实验室(14]。近亲繁殖后代的选择糖尿病男性产生了多基因diabesity模型非常类似于NcZ10在许多方面。然而,多基因相互作用产生的组合diabesity TH,在大多数情况下,出现了有别于NcZ10,证明遗传异质性,显然也必须构成一个非常常见的疾病基因在一个异构的人类T2D人口。异型杂交的后代的肥胖和diabesity B6识别多个QTL,主要高血糖QTL在染色体19日和高血压QTL在染色体1(了14])。糖尿病患者的胰岛组织病理学TH男性还显示早期胰岛肥大/增生其次是β细胞脱粒和一些β细胞损失(15]。Hyperinsulinemic-euglycemic夹紧显示外周胰岛素抵抗在prehyperglycemic男性的10周的年龄,与肝胰岛素抵抗的发展与高血糖在16周年龄(16]。在白色脂肪组织胰岛素抵抗与减少GLUT-4自行车和增加IRS-1退化(17]。重要的心脏舒张功能不全(Sartoretto et al ., 2010)18和大脑血管异常19)在糖尿病男性。这一毒株的特点是与年龄有关的双方在两性的肾盂积水(j . k . Naggert博士和y . Wang个人通信)。额外的表型信息,管理细节,书目信息,鼠标的照片可能是在网上找到的http://jaxmice.jax.org/strain/005314.html。

5。比较新的单基因noble -多基因模型db / db模型

身体体重数据图1对比快速幼年发病体重增加和最终的病态肥胖的人-db / db男性和更温和,在TH和NcZ10男性成年体重增加。数据的数据1和2也展示独特的敏感性NcZ10应变膳食脂肪的致糖尿病的作用。见图2,明显慢和低体重增加NcZ10美联储4%的雄性fat-containing chow饮食没能让他们获得必要的程度的肥胖引发高血糖的发展(这里定义为nonfasting血糖> 250 mg / dL)。尽管美联储TH男性6% fat-containing chow饮食显示初始断奶体重增加在一周内高,这个速度放缓后青春期,与NcZ10男性,但远低于商品-db / db男性。杰克逊实验室群届男性年龄的6% fat-containing chow饮食显示早期高血糖发作比文献报道(10 - 12周),用葡萄糖值随着时间的商品——类似于逐步上升db / db男性。NcZ10男性队列美联储11% fat-containing chow,慢性高血糖只是建立在12周。值得注意的是,高血糖没有出现在4% fat-containing chow-fed男性(图2),未能获得必要的体重为diabesity发展阈值。口服葡萄糖耐量数据图3表明TH和NcZ10男性发展葡萄糖耐受不良以不同的速率。TH男性已经表现出葡萄糖耐量8周相比同龄NcZ10男性美联储4%或11% fat-containing chow(图3(一个))。在24周的年龄、慢性糖尿病TH和NcZ10雄性美联储11%的脂肪食物表现出类似的,严重的损伤在口服葡萄糖耐量(图3 (b))。在非糖尿病患者24-week-old NcZ10男性保持在4% fat-containing chow(图3 (b)),葡萄糖耐量恶化,但严重的障碍仍显著低于两组糖尿病的男性。


图1
比较组20人,体重增加db / dbfat-containing chow和TH男性标准6%,相同数量的男性NcZ10 fat-containing chow美联储4%或11%。数据是 。

图2
发展,高血糖(定义为nonfasting血清葡萄糖≥250 mg / dL)在同一组,如图1。数据是 。
(一)
(一)
(b)
(b)
图3
口服葡萄糖耐量试验(2 g葡萄糖/公斤)的TH和NcZ10男性在8周的年龄(a)和(b)在24周的年龄( /组)。

比较两个多基因模型的临床化学也区别于人-db / db模型(表1)。这三个模型的循环浓度的胰岛素和瘦素可从文学。血浆中胰岛素含量noble -db / db模型显示时间的变化。标志着高胰岛素血(平均 在6周)综合征的早期发展阶段的胰岛质量经历最初的增生和β细胞hypersecrete胰岛素(20.]。然而,年龄8周后,血浆胰岛素浓度大幅下降到正常或低于正常的(≤1 ng / mL)β细胞和胰岛萎缩发生损失20.]。相比之下,永久的结合肥胖加上缺乏瘦素受体信号在人-db / db产生一个永久的、严重hyperleptinemia,浓度达到> 200 ng / mL (21]。发表的血浆胰岛素和瘦素浓度NcZ10和TH与商品——形成鲜明对比db / db虽然彼此非常类似。血浆胰岛素对血糖过多的发表24-week-old NcZ10男性6 ng / mL,仅略高于4 ng / mL normoglycemic非/ Lt控制男性。同样,瘦素浓度(17.5 ng / mL)只有患病率高于非/ Lt家长控制和至少三倍低于60 ng / mL报道病态肥胖NZO父母在同一年龄男性(12]。血浆胰岛素值发表在糖尿病16-week-old TH NcZ10男性雄性密切反映这些报道,与胰岛素达到12 ng / mL的高峰值在16周(12周和剩下的升高15]。血浆瘦素值在雄据报道变量,但是正常B6男性相比小幅升高(14]。因此,多基因模型不同于单基因noble——肥胖db / db男性和多基因NZO肥胖男性只有在这两种内分泌中等海拔。

表1
比较选择血清分析物在男性人群中显示数据。数据显示意味着±8 - 10男性在20周的SEM的年龄。精益的同龄noble男性比较所示。组保持6%的脂肪食物除了NcZ10美联储11%的脂肪食物的男性。糖化血红蛋白(HbA1c)值显示文档慢性高血糖糖尿病股市在3。

血脂异常的特征是显著的高甘油三酯血症标准食物饮食一直在报道糖尿病男性在所有三个模型。然而,尽管找到显著升高的总胆固醇和nonesterified游离脂肪酸(NEFA) 20-week-old noble -db/db从杰克逊实验室的生产群体男性群体,我们无法复制相比显著升高血清甘油三酯精益noble -米+ /米+男性控制(表1)。给定的一项研究报告血浆甘油三酯值 糖尿病人-db/db男性在这个年龄(22),我们不能解释这一差别。相比之下,表中的数据1确认文学报告标志着两个多基因模型,高甘油三酯血症与TH意味着在NcZ10浓度明显高于男性。高糖化血红蛋白浓度存在年龄20周的血液的人-db / db、TH和NcZ10男性(后者美联储11%的脂肪食物)。NcZ10美联储4%的雄性fat-containing饮食,虽然没有公开的高血糖的24周,表现出血浆甘油三酯高达高血糖的雄性美联储11%的脂肪食物(数据未显示)。因此,在NcZ10模型中,血脂异常发展独立于慢性高血糖。肝脂肪变性糖尿病人——被描述db / db(21和NcZ10男性12),也出现在男性糖尿病患者TH (j . k . Naggert博士,个人沟通)。血清丙氨酸转氨酶浓度显著升高的人-db/db男性可能反映了不仅增加了肝脏病理学,也正在进行内分泌胰腺组织破坏。

6。讨论

的表型diabesity综合征发展这两个新多基因模型,NcZ10 TH,彼此非常相似,尽管不同的多成因的病因。虽然血脂异常在每一个非常类似的商品db / db鼠标,新的多基因模型从后者明显分化不受控制的食欲过盛的缺失。此外,那么严重干扰肾上腺轴的多基因的正常生殖功能的保留模型证明了这一点。最后,高血糖的成年性质加上那么极端血浆胰岛素和瘦素浓度使得多基因模型更加反思人类T2D的最常见的形式。

单基因diabesity模型的一个明显的优势是野生型基因的可用性控制在一个多基因模型。TH和NcZ10菌株,女性不开发高血糖从而可以用于比较男性的高血糖的影响。NcZ10模型如本文所示,操纵膳食脂肪的总量或其组成(23)可用于提供normoglycemic控制。同样,normoglycemic NONcNZO5LtJ男性与NcZ10肥胖,但有少致糖尿病的肥胖(24]。最初,这两股表型6% fat-containing chow饮食在NcZ10 diabesity发展足够的低壁垒研究殖民地杰克逊实验室。然而,这种饮食未能支持必要的体重增加diabesity开发rederivation NcZ10成高屏障后生产的殖民地。需要增加总膳食脂肪重组diabesity被认为反映了一种更精致的小鼠肠道菌群的生产群体表型审查。饮食的使用操作生成normoglycemic TH男性尚未报道的控制;可能是高脂肪和carbohydrate-free饮食证明阻止diabesity NZO diabesity模型(25)可能会产生这样的控制。

鉴于表型相似性TH和NcZ10 diabesity症状的男性,这或许并不令人意外,更紧密地复制缺陷在伤口愈合特征糖尿病病人比商品——人类db / db模型(26,27]。差异做区分两个多基因模型的反应由填喂法抗糖尿病的药物。杰克逊实验室测试糖尿病男性的反应从所有3模型gavage-administered thiazolidinedione,罗格列酮。这种化合物美联储chow饮食中曾被证明施加强有力的糖尿病的降糖药行动NcZ10男性(28]。然而,当治疗引起多个填喂法,NcZ10 noble——男性不同db/db和TH糖尿病模型的抗高血糖药反应仅限于药物治疗收件人显示强大的安慰剂反应。Shipment-associated减肥和顺向diabesity发展未能达到必要的阈值(11)为特征的出货量前驱糖尿病的NcZ10男性,但不是TH男性从杰克逊实验室的生产设施。这种增强的基础应力敏感性影响外显率的diabesity表型NcZ10 TH模型相比还有待阐明。

7所示。摘要和结论

新届和NcZ10模型是重要的补充T2D的小鼠模型。主要功能区分这两个多基因从知名商品——肥胖/ diabesity模型db / db总结在表模型2。

表2
总结3个模型的比较。

TH和NcZ10男性更准确地模拟人类的多基因基础的肥胖症状,再加上他们的成熟度出现高血糖的发展没有极端破坏神经内分泌途径与瘦素和瘦素受体的突变基因。因为他们已经变得只有最近,TH和NcZ10多基因diabesity模型不是众所周知的糖尿病研究社区。显然,更多的研究在两个模型是十分必要的。虽然T2D病理生理学TH和NcZ10非常相似,它们的遗传病因明显不同(12,29日]。这当然模型人类T2D的局势,在遗传分析患者的常见疾病病理生理学揭示复杂的大型和可变数量的基因之间的相互作用和环境。新模型当然不应该被视为替代商品——等单基因模型db / db已成为一个参考菌株进行药物测试。鉴于人类遗传异质性底层T2D [30.,31日),本文中讨论的新模型不应取代“久经考验”老款,而是扩展它们。新药显示效果在一个模型没有毒性可能或不可能证明广泛治疗人类T2D病人基因异质性。然而,如果同样的药物显示了平等的疗效在多个可用的模型,每一个都有不同的遗传基础,相信这种药物能安全有效地治疗肯定更广泛范围的人类患者增加。

承认

本文由校内杰克逊实验室的资金支持。所有程序的使用老鼠的动物保健和使用委员会批准杰克逊实验室。