糖尿病(DM)是一种慢性代谢性疾病，其特征在于由多种疾病因素导致的血糖水平升高。它与家族遗传、环境因素和自身免疫有关，由于其对人类健康的严重影响，引起了重大的公共卫生问题。糖尿病的并发症不仅严重影响患者的生活质量，也是致残和致死的重要原因。然而，糖尿病的具体发病机制仍不完全清楚。因此，建立合适的糖尿病动物模型对阐明糖尿病及其并发症的发病机制至关重要。
目前，各种方法被用于制备糖尿病动物模型，包括外科胰腺切除、化学诱导、自发性糖尿病模型和转基因动物。其中，应用最广泛的方法是链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病模型，适合长期观察。STZ是一种含有亚硝基脲部分的化合物，通过以下机制选择性损伤胰岛β细胞:
1.胰岛β细胞的直接破坏:主要在注射高剂量STZ后观察到。注射STZ可导致β细胞内辅酶I (NAD)浓度降低，使依赖NAD的能量和蛋白质代谢停止，导致β细胞死亡。
2.诱导一氧化氮合成损伤胰岛β细胞。
3.STZ激活自身免疫过程，进一步导致β细胞损伤:低剂量注射STZ可破坏少量胰岛β细胞。死亡的β细胞可被作为抗原的巨噬细胞吞噬，导致TH1刺激因子的产生。TH1细胞系的这种优势导致胰岛局部产生IL-2和IFN-γ，促进炎性细胞的浸润，并激活IL-1、TNF-α、IFN-γ、NO和H2O2等物质的释放，导致细胞损伤。死亡的细胞可以作为自身抗原，再次呈递到抗原呈递细胞进行加工，导致释放细胞因子，放大细胞损伤效应，最终引发糖尿病。
Arcegen提供了非常成功的建模STZ (Cat#C331605):高纯度≥ 98% (HPLC)。
1. 构建STZ糖尿病模型的标准操作程序
1.1 动物准备
优选使用雄性动物，因为雌性动物可能受到影响建模效率的激素因素的影响。研究表明，与雄性动物相比，雌性动物的建模率较低，死亡率可能较高，尤其是在I型糖尿病中。
对于I型糖尿病，通常可以根据体重选择动物。建议使用体重在170-200克之间的大鼠和体重在17-22克之间的小鼠。在适应环境1-2周后，动物应禁食并在空腹时注射STZ，以获得相对理想的造模率。
对于大鼠(如SD/Wistar)的II型糖尿病，应选择4-5周龄、体重90-100g的动物。它们应该被喂食高脂肪、高糖的食物4-6周，直到它们的体重达到大约240-280克。对于小鼠(如C57/ICR/昆明小鼠)，应选择4-5周龄、体重16-20g的动物。它们应该被喂以高脂肪、高糖的饮食4-6周，直到它们的体重达到大约30-35克。新获得的动物或那些过渡到新环境的动物应在选择合适年龄/体重的动物之前用标准饮食喂养一周以适应新环境，以转换到高脂肪、高糖饮食继续喂养。
造模成功率方面，大鼠推荐SD大鼠，小鼠推荐C57小鼠。
1.2 建模前饲养
建模前喂养:对于通常发展更快的I型糖尿病模型，大鼠通常可以在适应标准饮食喂养2周后开始建模。对于II型糖尿病模型:高脂肪饮食结合低剂量STZ给药的诱导，建模前喂养包括提供高脂肪、高糖饮食以诱导胰岛素抵抗。
1.3 试剂准备
① High-fat, high-sugar diet高脂高糖饮食
高脂高糖日粮由基础啮齿动物日粮与蔗糖、猪油、蛋黄按以下质量比例混合而成:猪油10%、蔗糖20%、蛋黄粉10%、胆酸钠0.5%、基础日粮59.5%。
② STZ-柠檬酸钠缓冲液制备
溶液A和溶液B的制备:称取2.1 g柠檬酸(分子量:210.14)溶于100 mL双蒸水中，制得溶液A；称取2.94 g柠檬酸钠(分子量:294.10)，溶于100 mL双蒸水中，制得溶液B。
柠檬酸钠缓冲液的制备:将溶液A和B按一定比例(1:1.32或1:1)混合，调节pH值至4.2-4.5，用0.22微米滤膜过滤除菌，所得溶液即为所需的柠檬酸钠缓冲液。建议按需准备新鲜的。
称取STZ冻干粉，将其置于干燥、无菌、覆有铝箔的瓶中，置于冰上，并将其溶解于预冷的柠檬酸钠缓冲液(1% w/v)中。使用0.22微米薄膜过滤器过滤灭菌。
注意事项
1.从-20°C冰箱中取出STZ冻干粉后，在室温下干燥黑暗的地方让其完全解冻约10分钟(非常重要！)。
2.STZ不稳定，容易失活。快速称量所需量后，任何剩余的试剂应保持干燥并避光。建议用干铝箔(或锡纸)包裹。
3.在注射过程中，如果不精通该操作，应避免一次完全溶解所有STZ。建议根据熟练程度分批溶解STZ，例如每批10或15只小鼠。或者，根据每组动物的数量预先称量所需量的STZ，并将其分成若干份。
1.4 注射
根据动物的空腹体重对其进行腹膜内或尾静脉注射。与腹膜内注射相比，尾静脉注射具有更高的药物利用效率，但更难以实施。如果不精通注射技术，注射应在两组之间交替进行，所有注射应在30分钟内完成。
对于I型糖尿病模型:对于小鼠，建议单次高剂量100-200 mg/kg，或多次低剂量20-50 mg/kg连续注射5天。 对于大鼠，建议单剂量为40-70毫克/千克。
对于II型糖尿病模型:在1-2个月的高糖高脂喂养后，建议小鼠接受70-120 mg/kg的单剂量。
对于大鼠，建议单剂量为25-40毫克/千克。
注意事项: 由于动物体重、禁食阻力、禁食时间、注射技术和饲养过程可能不同，因此有必要进行预实验以确定合适的剂量。不要盲目遵循文献剂量进行实验。
1.5 注射后
注射STZ后，要给动物提供充足的水和食物(糖尿病啮齿动物的基本生活特征)，每天更换垫料，保持笼子干燥。在居住期间，避免阳光直射，并尽可能频繁地给笼子消毒。
注意事项: 在STZ诱导后，血糖水平的显著波动发生在三个阶段:短暂的高血糖症(1-2小时)、短暂的低血糖症(6-10小时)和持续的高血糖症(> 72小时)。必须适当地补充胰岛素和葡萄糖。
1.6 对不合格模型的补救
对于不符合所需标准的模型，在稳定动物后，可以施用额外的STZ(通过腹膜内注射，剂量为10-20 mg/kg，根据实际情况选择合适的剂量)，或者等到血糖水平恢复正常后再施用常规剂量。但是，要达到预期的效果，往往需要在正常情况下重新建立模型。
2. STZ糖尿病模型的评价指标
1.一般指标: 多饮、多食、多尿症状和体重减轻。
2.其他指标: 空腹血糖水平、空腹血清胰岛素水平、血清胰岛素水平、胰岛素敏感性、葡萄糖耐量等。
3.血清生化指标: 总胆固醇(T-Cho)、甘油三酯(TG)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、C反应蛋白(CRP)、血尿素氮(BUN)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)等。
4.组织病理学切片: 胰腺组织的病理切片。
3. STZ糖尿病模型失败的可能原因
1.STZ质量差: 用于建模的STZ纯度应不低于98%(经高效液相色谱分析验证)。
2.STZ灭活: STZ易水解，应储存在干燥的环境中，以防止水分吸收。粉末形式不应在室温下长时间放置，溶解的STZ非常不稳定，在中性pH值下半衰期为15分钟。建议在使用前立即制备STZ溶液，最好溶解在酸性pH值溶液中，最好在冰浴中溶解。
3.腹膜内注射不正确: 未能正确注射到腹膜腔，导致注射到肠道等其他器官。 对于不符合预期标准的模型，建议再观察3天。如果模型仍然不成功，建议重新管理STZ。
(有关使用STZ的更多信息，请访问:https://www.Arcegen.com/products/detail/1002)
4. STZ-诱导的小/大白鼠高死亡率分析
1.低体重大鼠: 低体重大鼠更易受STZ诱导的不利影响。
2.水分摄入不足: 水分摄入不足会导致脱水，增加死亡风险。
3.高血糖和低血糖: 高血糖和低血糖都会导致大鼠死亡。这可以通过注射胰岛素或暂时补充葡萄糖来缓解:
通常会出现高血糖水平。胰岛素补充包括在3-5天内以每次注射2-3个单位的剂量施用中等作用的胰岛素，例如NPH(中性鱼精蛋白Hagedorn)胰岛素，这通常会降低大鼠的死亡率。
对于禁食后出现的低血糖水平，可在建模后4小时给大鼠腹膜内注射20%的葡萄糖，以防止注射期间因低血糖而死亡。
4.自残: 在食物匮乏和供水不足的情况下，老鼠可能会同类相食，互相攻击。因此，必须提供充足的食物和水，最好是从两个不同的来源。
5.感染: 糖尿病大鼠尿量增加，导致被褥潮湿，增加了感染的风险。与其他大鼠相比，糖尿病大鼠更容易感染，尤其是尿路感染和腹部感染。适当的卫生习惯至关重要，如在侵入性操作(如腹膜内或皮下注射和血糖检测)前后经常更换被褥和消毒。比如每次测血糖后，用四环素(或红霉素软膏)局部治疗，防止感染。
5. 影响糖尿病建模的因素
影响糖尿病模型建立的因素包括STZ造模试剂的质量、动物条件和给药方法。具体来说，试剂的主要属性包括纯度、稳定性和溶解性。动物状况包括遗传背景、性别、体重、饲养环境和饮食结构。给药方法包括给药时间、间隔和途径。差异化的因素导致差异化的造型效果。
6. STZ建模高成功率指南
关于STZ的储存、溶解和等分的详细说明，请参考https://www.Arcegen.com/products/detail/1002.
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Product name |
Catalog number |
Specifications |
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C331605E |
100mg |
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C331605S |
500mg |
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C331605M |
1g |
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Citric Acid, Monohydrate |
C331606E |
25 g |
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C331607E |
25 g |
