糖尿病(DM)是一種慢性代謝性疾病，其特征在于由多種疾病因素導致的血糖水平升高。它與家族遺傳、環境因素和自身免疫有關，由于其對人類健康的嚴重影響，引起了重大的公共衛生問題。糖尿病的并發癥不僅嚴重影響患者的生活質量，也是致殘和致死的重要原因。然而，糖尿病的具體發病機制仍不完全清楚。因此，建立合適的糖尿病動物模型對闡明糖尿病及其并發癥的發病機制至關重要。

目前，各種方法被用于制備糖尿病動物模型，包括外科胰腺切除、化學誘導、自發性糖尿病模型和轉基因動物。其中，應用最廣泛的方法是鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病模型，適合長期觀察。STZ是一種含有亞硝基脲部分的化合物，通過以下機制選擇性損傷胰島β細胞:

1.胰島β細胞的直接破壞:主要在注射高劑量STZ后觀察到。注射STZ可導致β細胞內輔酶I (NAD)濃度降低，使依賴NAD的能量和蛋白質代謝停止，導致β細胞死亡。

2.誘導一氧化氮合成損傷胰島β細胞。

3.STZ激活自身免疫過程，進一步導致β細胞損傷:低劑量注射STZ可破壞少量胰島β細胞。死亡的β細胞可被作為抗原的巨噬細胞吞噬，導致TH1刺激因子的產生。TH1細胞系的這種優勢導致胰島局部產生IL-2和IFN-γ，促進炎性細胞的浸潤，并激活IL-1、TNF-α、IFN-γ、NO和H2O2等物質的釋放，導致細胞損傷。死亡的細胞可以作為自身抗原，再次呈遞到抗原呈遞細胞進行加工，導致釋放細胞因子，放大細胞損傷效應，最終引發糖尿病。

Arcegen提供了非常成功的建模STZ (Cat#C331605):高純度≥ 98% (HPLC)。

1. 構建STZ糖尿病模型的標準操作程序

1.1 動物準備

優選使用雄性動物，因為雌性動物可能受到影響建模效率的激素因素的影響。研究表明，與雄性動物相比，雌性動物的建模率較低，死亡率可能較高，尤其是在I型糖尿病中。

對于I型糖尿病，通?？梢愿鶕w重選擇動物。建議使用體重在170-200克之間的大鼠和體重在17-22克之間的小鼠。在適應環境1-2周后，動物應禁食并在空腹時注射STZ，以獲得相對理想的造模率。

對于大鼠(如SD/Wistar)的II型糖尿病，應選擇4-5周齡、體重90-100g的動物。它們應該被喂食高脂肪、高糖的食物4-6周，直到它們的體重達到大約240-280克。對于小鼠(如C57/ICR/昆明小鼠)，應選擇4-5周齡、體重16-20g的動物。它們應該被喂以高脂肪、高糖的飲食4-6周，直到它們的體重達到大約30-35克。新獲得的動物或那些過渡到新環境的動物應在選擇合適年齡/體重的動物之前用標準飲食喂養一周以適應新環境，以轉換到高脂肪、高糖飲食繼續喂養。

造模成功率方面，大鼠推薦SD大鼠，小鼠推薦C57小鼠。

1.2 建模前飼養

建模前喂養:對于通常發展更快的I型糖尿病模型，大鼠通?？梢栽谶m應標準飲食喂養2周后開始建模。對于II型糖尿病模型:高脂肪飲食結合低劑量STZ給藥的誘導，建模前喂養包括提供高脂肪、高糖飲食以誘導胰島素抵抗。

1.3 試劑準備

① High-fat, high-sugar diet高脂高糖飲食

高脂高糖日糧由基礎嚙齒動物日糧與蔗糖、豬油、蛋黃按以下質量比例混合而成:豬油10%、蔗糖20%、蛋黃粉10%、膽酸鈉0.5%、基礎日糧59.5%。

② STZ-檸檬酸鈉緩沖液制備

溶液A和溶液B的制備:稱取2.1 g檸檬酸(分子量:210.14)溶于100 mL雙蒸水中，制得溶液A；稱取2.94 g檸檬酸鈉(分子量:294.10)，溶于100 mL雙蒸水中，制得溶液B。

檸檬酸鈉緩沖液的制備:將溶液A和B按一定比例(1:1.32或1:1)混合，調節pH值至4.2-4.5，用0.22微米濾膜過濾除菌，所得溶液即為所需的檸檬酸鈉緩沖液。建議按需準備新鮮的。

稱取STZ凍干粉，將其置于干燥、無菌、覆有鋁箔的瓶中，置于冰上，并將其溶解于預冷的檸檬酸鈉緩沖液(1% w/v)中。使用0.22微米薄膜過濾器過濾滅菌。

注意事項

1.從-20°C冰箱中取出STZ凍干粉后，在室溫下干燥黑暗的地方讓其完全解凍約10分鐘(非常重要！)。

2.STZ不穩定，容易失活?？焖俜Q量所需量后，任何剩余的試劑應保持干燥并避光。建議用干鋁箔(或錫紙)包裹。

3.在注射過程中，如果不精通該操作，應避免一次完全溶解所有STZ。建議根據熟練程度分批溶解STZ，例如每批10或15只小鼠。或者，根據每組動物的數量預先稱量所需量的STZ，并將其分成若干份。

1.4 注射

根據動物的空腹體重對其進行腹膜內或尾靜脈注射。與腹膜內注射相比，尾靜脈注射具有更高的藥物利用效率，但更難以實施。如果不精通注射技術，注射應在兩組之間交替進行，所有注射應在30分鐘內完成。

對于I型糖尿病模型:對于小鼠，建議單次高劑量100-200 mg/kg，或多次低劑量20-50 mg/kg連續注射5天。 對于大鼠，建議單劑量為40-70毫克/千克。

對于II型糖尿病模型:在1-2個月的高糖高脂喂養后，建議小鼠接受70-120 mg/kg的單劑量。

對于大鼠，建議單劑量為25-40毫克/千克。

注意事項: 由于動物體重、禁食阻力、禁食時間、注射技術和飼養過程可能不同，因此有必要進行預實驗以確定合適的劑量。不要盲目遵循文獻劑量進行實驗。

1.5 注射后

注射STZ后，要給動物提供充足的水和食物(糖尿病嚙齒動物的基本生活特征)，每天更換墊料，保持籠子干燥。在居住期間，避免陽光直射，并盡可能頻繁地給籠子消毒。

注意事項: 在STZ誘導后，血糖水平的顯著波動發生在三個階段:短暫的高血糖癥(1-2小時)、短暫的低血糖癥(6-10小時)和持續的高血糖癥(> 72小時)。必須適當地補充胰島素和葡萄糖。

1.6 對不合格模型的補救

對于不符合所需標準的模型，在穩定動物后，可以施用額外的STZ(通過腹膜內注射，劑量為10-20 mg/kg，根據實際情況選擇合適的劑量)，或者等到血糖水平恢復正常后再施用常規劑量。但是，要達到預期的效果，往往需要在正常情況下重新建立模型。

2. STZ糖尿病模型的評價指標

1.一般指標: 多飲、多食、多尿癥狀和體重減輕。

2.其他指標: 空腹血糖水平、空腹血清胰島素水平、血清胰島素水平、胰島素敏感性、葡萄糖耐量等。

3.血清生化指標: 總膽固醇(T-Cho)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、C反應蛋白(CRP)、血尿素氮(BUN)、丙氨酸氨基轉移酶(ALT)等。

4.組織病理學切片: 胰腺組織的病理切片。

3. STZ糖尿病模型失敗的可能原因

1.STZ質量差: 用于建模的STZ純度應不低于98%(經高效液相色譜分析驗證)。

2.STZ滅活: STZ易水解，應儲存在干燥的環境中，以防止水分吸收。粉末形式不應在室溫下長時間放置，溶解的STZ非常不穩定，在中性pH值下半衰期為15分鐘。建議在使用前立即制備STZ溶液，最好溶解在酸性pH值溶液中，最好在冰浴中溶解。

3.腹膜內注射不正確: 未能正確注射到腹膜腔，導致注射到腸道等其他器官。 對于不符合預期標準的模型，建議再觀察3天。如果模型仍然不成功，建議重新管理STZ。

(有關使用STZ的更多信息，請訪問:https://www.Arcegen.com/products/detail/1002)

4. STZ-誘導的小/大白鼠高死亡率分析

1.低體重大鼠: 低體重大鼠更易受STZ誘導的不利影響。

2.水分攝入不足: 水分攝入不足會導致脫水，增加死亡風險。

3.高血糖和低血糖: 高血糖和低血糖都會導致大鼠死亡。這可以通過注射胰島素或暫時補充葡萄糖來緩解:

通常會出現高血糖水平。胰島素補充包括在3-5天內以每次注射2-3個單位的劑量施用中等作用的胰島素，例如NPH(中性魚精蛋白Hagedorn)胰島素，這通常會降低大鼠的死亡率。

對于禁食后出現的低血糖水平，可在建模后4小時給大鼠腹膜內注射20%的葡萄糖，以防止注射期間因低血糖而死亡。

4.自殘: 在食物匱乏和供水不足的情況下，老鼠可能會同類相食，互相攻擊。因此，必須提供充足的食物和水，最好是從兩個不同的來源。

5.感染: 糖尿病大鼠尿量增加，導致被褥潮濕，增加了感染的風險。與其他大鼠相比，糖尿病大鼠更容易感染，尤其是尿路感染和腹部感染。適當的衛生習慣至關重要，如在侵入性操作(如腹膜內或皮下注射和血糖檢測)前后經常更換被褥和消毒。比如每次測血糖后，用四環素(或紅霉素軟膏)局部治療，防止感染。

5. 影響糖尿病建模的因素

影響糖尿病模型建立的因素包括STZ造模試劑的質量、動物條件和給藥方法。具體來說，試劑的主要屬性包括純度、穩定性和溶解性。動物狀況包括遺傳背景、性別、體重、飼養環境和飲食結構。給藥方法包括給藥時間、間隔和途徑。差異化的因素導致差異化的造型效果。

6. STZ建模高成功率指南

關于STZ的儲存、溶解和等分的詳細說明，請參考https://www.Arcegen.com/products/detail/1002.

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