实验性糖尿病视网膜病变动物模型研究近况_张细芝

中国中医眼科杂志
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张晓峰等报道 BB SM U 自发性糖尿病大鼠视网 膜 毛细血管基底膜 ( retina l cap illa ry ba sem en t m en2 b rane, RCBM ) 厚度及视网膜毛细血管周细胞选择性 消失致内 周细胞比值升高与血糖浓度有密切的正相 关关系, 离体玻璃体荧光素浓度定量测定亦发现玻璃 体荧光素浓度和血糖浓度明显相关, 说明在高血糖状 态下, 血—视网膜屏障功能更易受到影响〔4〕。
So su la et al.
蔗糖喂养
血管萎缩和血管瘤
Cohen et al.
鼠
遗传性
微血管瘤、 影毛细血管
D uhau lt et al.
仓鼠
链脲佐菌素 遗传性
周细胞消失
毛细血管细胞改变、 血管瘤样损害、 小动脉和毛细血管 改变
A g ren et al. So ret et al.
链脲佐菌素
血管瘤样损害
1 糖尿病动物模型基础上的 D R 模型 传统的糖尿病动物模型主要有 4 类, 即化学物质
诱导动物模型、自发性遗传性动物模型、胰腺部分切除 动物模型和转基因动物模型, 后者尚处于实验阶段, 在
此基础上建立 DR 模型的研究目前尚未见报道。 自发 性遗传性动物模型对动物的种属、 品系及饲养与繁殖 条件较严格, 且能提供给实验用的数量也有限, 故实际 应用也受到限制。化学性糖尿病动物模型诱发简便, 来 源广, 是目前应用较广泛的模型。
Kern 等 给 C57BL 6 小 鼠 及 BALB L 小 鼠 喂 含 30% 及 50% 半乳糖的饮食, 经 21～ 26 月, 在喂饲含 30% 半乳糖小鼠中可见明显早期DR 样损害, 但其死亡 率较高, 该模型适合于应用分子生物学技术进行 DR 病 因病机研究, 是一种并不昂贵的模型〔12〕。
3 动物模型在 D R 发病机理探讨中的作用 DR 动物模型建立后, 通过实验研究, 从不同角度
对 DR 病因病机进行了探讨。 311 糖代谢与 DR
长 期高血糖是 DR 发生的关键因 素。 Engerm an 等〔13〕对糖尿病模型猫进行 5 年观察后, 发现血糖控制 不良则视网膜损害呈进行性, 而控制良好者视网膜损 害则停止。在高血糖状态下, 醛糖还原酶活性增强, 山 梨醇通道活跃, 山梨醇在细胞内聚积, 引起渗透压增 高, 导致周细胞退变、减少, 使毛细血管张力降低, 管 径扩张, 形成短路血管, 进而形成微血管瘤〔14〕。胡玉章 等观察到 ALX 糖尿病大鼠即使在部分血糖降至正常 时其视网膜内过量山梨醇、果糖仍滞留而不排出, 认为 临床及实验中所见 DR 在血糖控制后仍继续发展可能 与此有关〔15〕。
2 半乳糖喂养诱导的 D R 动物模型 半乳糖喂养诱导的DR 动物模型的建立, 为DR 的
研究提供了一种方法。然而, 至目前为止, 其研究仅描 述了类似人类 DR 的早期组织学改变。 Engerm an 和 Kern 于 1982 年介绍了长期喂养高半乳糖食物的方法 建立 DR 动物模型〔8〕, 用含 30% 半乳糖的食物长期喂 养狗, 经 3～ 5 年后, 这些狗明显地产生了类似人类 DR 的早期损害, 包括影子周细胞、影毛细血管、微动脉瘤、
目前发现的血管增殖因子很多, 其中研究较多的 是成纤维细胞生长因子 (FGF )、 胰岛素样生长因子 ( IGF ) , 血管内皮细胞生长因子 (V EGF )。刘世全等应 用原位杂交技术对糖尿病大鼠眼组织中 IGF 21 进行研 究, 发现其 IGF 21 基因呈高表达, 预示 IGF 21 引发加速 视网膜新生血管的形成, 是 PDR 的致病因素之一〔24〕。 Schu ltz 等也观察到糖尿病视网膜色素上皮细胞 (R PE ) 有高的 IGF 21 基因表达, IGF 21 能使 R PE 趋化迁移, 使 其增生, 而 DR 的增殖性病变与 R PE 的增生迁移有 关〔25〕。 314 自由基防御机能与 DR
四氧嘧啶
小动脉瘤
玻璃体内新生血管、 血管和基底膜超微结构病变、 视网 膜血管萎缩、 新生血管
M u sacch io et al. Tou ssain t et al.
可的松+
微血管瘤、 影毛细血管
A g raw al et al.
生长激素
链脲佐菌素
微血管瘤、 影毛细血管、 基底膜改变、 周细胞消失、 血 管萎缩、 血管扩张
Sibay et al.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ鲤鱼
四氧嘧啶
血管扩张或自发
111 自发性遗传性糖尿病的视网膜病变 南非多乳头鼠于 1969 年在密苏里医学中心首次
被确诊为自发性糖尿病, 其临床征象有多尿、烦渴、糖 尿和酮尿。病鼠的高血糖不受年龄、性别、近亲繁殖的 影响, 与肥胖无关, 其病理改变见于胰、眼、毛细血管、 肾和肝, 但视网膜病变的专门性研究尚不充分。遗传因
高血糖还可影响肌醇代谢, 通过与肌醇竞争肌醇 受体而引起细胞内肌醇缺乏。M andarino 在实验动物中 观察到在视网膜山梨醇上升的同时伴有肌醇含量下 降, 因而提出山梨醇 肌醇导致 DR 的假说〔16〕。李维业 等进而证实异常的肌醇磷脂代谢是造成周细胞衰亡的 机理之一, 并基于这一理论用外加肌醇或醛糖还原酶 抑制剂方法在试管内逆转了肌醇磷脂代谢, 为防治早 期 DR 奠定了基础〔17, 18〕。
在高血糖状态下, 视网膜组织首先发生代谢异常,
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1999 年 2 月第 9 卷第 1 期
然后才是组织结构的异常。 何剑峰等〔19〕发现在糖尿病 大 鼠发病后 1 月开始, 视网膜组织 中 CAM P 含 量、 CAM P CGM P 比值显著低于正常组, 视网膜中 CAM P 含量的改变, 势必导致其代谢平衡状态的紊乱, 从而在 DR 的发生发展中起一定作用。胡玉章等观察到在糖尿 病大鼠发病 1 月内, 其视网膜组织中葡萄糖酵解过程 的三个关键限速酶2己糖激酶、 磷酸果糖激酶和丙酮酸 激酶的活性均显著下降, 而其最早的组织病理损害周 细胞丧失在 6 个月出现, 提示在疾病初期, 视网膜组织 中就出现了糖代谢紊乱〔20〕。
这类动物模型目前被广泛应用于DR 发病机理、防 治及微循环形态学改变等研究。M ccaleb 等报道将 ST Z 注入雌性W ista r 鼠 (45m g kg) 体内, 造模后 8 个月, 电镜观察发现 49% 糖尿病鼠视网膜外丛状层毛细血管 基底膜增厚, 含较多束状胶原纤维、空泡和高密度包含 物〔5〕。H amm es 等观察到 ST Z 诱导糖尿病鼠 24 周时视 网膜影毛细血管数量显著增多, 而周细胞数较正常鼠 减少 47% , 至 56 周上述改变更为明显, 且毛细血管基 底膜显著增厚, 而血管瘤最早在 32 周出现〔6〕。 113 胰腺切除糖尿病动物模型的视网膜病变
与其他方法所致糖尿病模型相比, 遗传性糖尿病 动物的发病和严重程度都不易控制, 其胰岛素缺乏也 可能与其他遗传性疾病有关〔2〕。 112 化学物质诱导糖尿病动物模型的视网膜病变
该动物模型是应用化学物质损伤胰腺 Β细胞, 从而 引起动物发生糖尿病。 目前常用药物有四氧嘧啶 (al2 loxan, AL X ) 和链脲佐菌素 ( strep tozo tocin , ST Z) , 其 作用机理都是选择性损伤胰腺 Β细胞, 引起细胞坏死, 导致血胰岛素不同程度下降伴血糖升高, 形成的是胰 岛素依赖型糖尿病模型 ( IDDM )。
何剑峰等发现糖尿病大鼠视网膜组织中趋氧化物 歧化酶 (SOD ) 与过氧化氢酶 (CA T ) 的活性与正常组
相比显著下降, 提示其自由基防御机能下降, 而脂质过 氧化物 (L PO ) 水平却明显增高。L PO 除可使视网膜脂 类受到不可逆的损伤外, 还使前列环素生成减少, 从而 破坏 PG I2 与 TXA 2 之间的平衡, 致血管收缩及微血栓 形成, 是DR 的病理基础之一, 亦提示自由基防御机能 降低可能在 DR 的发生发展中起重要作用〔26〕。 在另一 项研究中亦观察到, 糖尿病大鼠视网膜组织抗氧化机 能处于明显低下状态, 且随病程延长而加重, 提示氧化 损伤可能在 DR 发生发展中起重要作用〔27〕。
312 血液流变学与 DR 血液流变学的异常被认为在 DR 的发病机理上有
某些作用。Su sanne 在糖尿病大鼠的视网膜标本上观察 到多处白细胞增多、 循环血液中活性单核细胞和粒细 胞百分比与对照组相比亦明显增高, 因此推测具活性 的白细胞通过产生细胞毒性产物而导致细胞破坏和微 血管损伤, 形成毛细血管闭塞, 对新生血管的发生产生 影响〔21〕。B u lla rd 等指出在糖尿病时, 白细胞对血管内 皮细胞的粘附增强, 可能通过栓塞毛细血管参与 DR 早 期的微循环障碍〔22〕。
大部分实验动物 (猴、猫、狗、猪、鼠等) 有精细 复杂的血管网, 可用于DR 实验研究, 但兔视网膜仅部 分区域有血管, 且血管限于视网膜表面, 故不宜用于进 行DR 研究。Engerm an 等将糖尿病动物视网膜血管病 变研究近况列表于下〔2〕:
种系
糖尿病产生
视网膜病变
研究者
狗
自发
微血管瘤、 周细胞消失、 影毛细血管、 出血
Ho tta 等〔23〕对一组糖尿病模型 OL ET F 鼠进行视 网膜电图 (electro retinogram , ER G) 测定, 与正常对 照组相比, 其振荡电位潜伏期明显延长, 同时血小板凝 聚性显著增强, 而在应用抗凝剂后, 这些异常明显改 善, 但视网膜中山梨醇和果糖含量无明显变化, 在另一 组应用醛糖还原酶抑制剂的糖尿病大鼠中, 不仅 ER G 明显改善, 视网膜中山梨醇和果糖含量亦明显下降, 说 明抗凝剂不是通过改变多元醇通路活性, 而是通过影 响血液因素来改善DR 的病情发展, 同时也说明血液流 变的异常在 DR 的发展中起一定作用。 313 血管生长因子与 DR
Yoko te et al.
素是该鼠疾病发生的主要原因, 属非性连锁的多基因 遗传方式。本动物模型与人糖尿病间相似处很多, 包括 征群的变异, 继发性损害的出现 (微血管瘤病变、白内 障等) 以及遗传作用等。可用于研究发病机理、代谢相 互作用、 代偿机制、 并发症的出现、 确切的遗传机制 等〔3〕。