糖尿病性白内障动物模型

STZ大鼠和半乳糖喂养的动物都代表了复制白内障快速发展的急性模型，这种白内障发生在一些高血糖且血糖并未得到控制的糖尿病患者中。很明显，这些模型具有与人类糖尿病性白内障相似的特征，并大大的增加了我们对多元醇途径在糖尿病性白内障渗透应激中的作用的理解。

然而，在未来，为了开发对人类有效的抗白内障疗法，我们必须研发出一种经过缓慢发展而形成白内障的糖尿病动物模型，这代表了成人糖尿病白内障形成中比传统急性模型更典型的情况。在人类中，糖尿病性白内障可能需要10-20年才能形成，因此，在白内障发展缓慢的动物白内障模型中，这些晶状体不太可能经历快速而显著的多元醇积累，从而导致严重的渗透压力。相反，来自多元醇途径活性增加的氧化应激的影响可能是慢性白内障发展的重要因素。

Chatzigeorgiou等人（2009）和King（2012）对糖尿病研究中的动物模型进行了极好的综述。从这些糖尿病动物模型中，一小部分被用于研究糖尿病性白内障，其中一些描述了缓慢形成的白内障的发展，这些模型将被进一步讨论。

二型糖尿病肥胖模型

二型糖尿病的动物模型往往包括胰岛素抵抗模型和/或β细胞衰竭模型。绝大多数2型糖尿病的动物模型是肥胖的，这反映了肥胖与2型糖尿病的发展密切相关的人类状况。在这些肥胖模型中，有两个模型特别引起了我们的注意，这是由于缓慢形成的白内障的发展，以及与人类糖尿病白内障相似的形态学和生化变化的表现。

糖尿病肥胖（ZDF）大鼠

Zucker Fatty大鼠被用作伴有高脂血症和高血压的人类肥胖模型的建模。一些Zucker大鼠天生有胰岛素抵抗，将这些动物进行近交系繁殖，最终获得稳定遗传的ZDF大鼠品系，其肥胖程度低于Zucker Fatty大鼠，但具有更严重的胰岛素抵抗。雄鼠在8周龄时发生糖尿病，但雌鼠不会发生明显的糖尿病。雄性ZDF大鼠在15周时出现白内障，晶状体周围出现囊泡，21周时发展为皮质混浊和成熟白内障。ZDF晶状体免疫组织化学显示大面积组织液化、纤维细胞肿胀以及皮质多处膜破裂。在生化水平上，ZDF大鼠的晶状体表现出葡萄糖和果糖增加3倍，山梨醇水平增加22倍，以及相对于对照组大鼠显著更高的AR活性。

与对照组大鼠相比，ZDF大鼠的晶状体中GSH也减少了（2.5倍）。精氨嘧啶（一种丙酮醛衍生的AGEs）和凋亡分子的标记显示，AGEs在上皮中高度积累（Kim等人，2012）。此外，晶状体上皮细胞凋亡因子核因子kappaB (NFkB)表达增加，iNOS mRNA表达增加，提示AGEs/NFkB/iNOS参与糖尿病晶状体上皮细胞的改变。

Otuska Long Evans Tokushima Fatty (OLETF) Rat

OLETF大鼠发生肥胖诱导的糖尿病，但与其他肥胖啮齿动物模型相比，OLETF大鼠仅为轻度肥胖。

OLETF大鼠来自Long Evans大鼠的远系繁殖群体。雄性OLETF大鼠更易患2型糖尿病，糖尿病在18-25周时明显。由于胰岛细胞增生和外周胰岛素抵抗，在疾病的早期阶段表现出高血糖和高胰岛素血症。因此，OLETF大鼠被用作人类2型糖尿病的模型的建模。

然而，很少有研究使用OLETF大鼠作为模型来研究糖尿病性白内障。

在已报道的研究中，所有雄性OLETF大鼠在60周龄后均发生双侧皮质性白内障。40周时，OLETF大鼠晶状体前纤维和PSC纤维出现肿胀；60周时，OLETF大鼠晶状体前纤维和PSC纤维出现空泡和细胞肿胀，这些形态学变化与半乳糖血症和STZ诱导的糖尿病大鼠相似，但发生时间更晚。OLETF大鼠晶状体中的山梨醇水平、AR和SDH活性也增加。有趣的是，在60周龄的OLETF大鼠晶状体中，SDH活性大于AR活性，这导致山梨醇净转化为果糖，表明多元醇途径是糖性白内障发展的一个因素。检测OLETF大鼠晶状体中细胞凋亡和上皮细胞密度的其他研究报道，与对照组相比，OLETF大鼠晶状体中的细胞凋亡标记物，如干扰素-γ（IFN-γ）和白细胞介素-18（IL-18）显著增加。

考虑到白内障在老年动物中变得明显，并且许多形态学和一些生化变化明显类似于在人类糖尿病性白内障中观察到的变化，OLETF大鼠可能是研究导致2型糖尿病患者白内障形成的慢性途径的潜在有用模型。

2型糖尿病的非肥胖模型

由于2型糖尿病也可以在没有肥胖表型的情况下表现出来，因此非肥胖模型的开发对于研究这种疾病的病因学也很重要。在研究人员通常使用的非肥胖模型中，有两种特殊的模型，它们缓慢地发展为晶状体白内障，并表现出一些生理、形态和生化特征的证据，这些特征是人类糖尿病白内障的标志。

Spontaneous Diabetic Torri (SDT) Rat

SDT大鼠由于胰岛素分泌减少和伴随的β细胞变性而自发地发生高血糖和葡萄糖耐受不良。雄性SDT大鼠从约20周龄开始发展糖尿病，而雌性SDT大鼠从40周龄开始发展糖尿病。在雄性和雌性SDT大鼠中，在40周龄或更大时观察到白内障。晶状体混浊始于晶状体后极部，发展为成熟的皮质性白内障，晶状体纤维严重肿胀、空泡形成、崩解，并在晶状体皮质内形成莫尔加尼氏小球。最终观察到晶状体皮质的核硬化和混浊，同时由于晶状体后囊破裂，晶状体核被挤入玻璃体腔。

2型糖尿病的雌性啮齿动物模型目前很少存在，因为在大多数糖尿病模型中，只有雄性发生糖尿病。因此，雌性SDT大鼠可能是研究糖尿病性白内障的一种有用的动物模型，尤其适用于雌性大鼠的研究。

Wistar Bonn/Kobori (WBN/Kob) Rats

WBN/KOB大鼠是自发性糖尿病综合征和视网膜变性的动物模型。白内障仅在12个月大的雄性鼠中出现，并出现在晶状体周边，伴有细胞肿胀和晶状体纤维紊乱。在雄性WBN/KOB大鼠中，18个月时晶状体总钙增加，这伴随着钙蛋白酶2和10的激活以及α血影蛋白的蛋白水解。尽管人类晶状体含有大约3%的在大鼠晶状体中发现的钙蛋白酶活性，但钙蛋白酶2被认为是人类晶状体中的主要内肽酶。有一些证据支持钙蛋白酶2在人类糖尿病性白内障中的作用，表明该酶可能在人类糖尿病性白内障中发挥作用。因此，WBN/KOB模型可用于阐明钙蛋白酶2（和10）在人类白内障发生中的作用。

基因工程小鼠

转基因和基因敲除小鼠使研究人员能够研究特定基因在疾病中的作用。然而，糖尿病小鼠对发展中的白内障有抵抗力，并且小鼠晶状体中的AR水平非常低。因此，虽然小鼠转基因模型已被用于研究其他糖尿病并发症，但它并不是研究糖尿病性白内障的常用模型。然而，它们确实为鉴定多元醇途径的遗传操作所带来的新的致病机制提供了重要作用。

Aldose Reductase Transgenic (AR-Tg) Mice

AR-TG小鼠在晶状体中特异性地表达高水平的人AR。没有检测到形态学上的晶状体异常，表明AR的过度表达本身对晶状体没有任何有害影响。

然而，当通过引入50%的半乳糖饮食诱导小鼠成为半乳糖血症时，白内障在1-2天后发生，在晶状体周边检测到空泡的出现。12-14天后，空泡覆盖整个晶状体，并在首次给予半乳糖饮食后2-3周融合在一起，形成完全不透明的晶状体。对这些晶状体中多元醇积累的测量显示，半乳糖醇增加了20–30倍，表明这种多元醇的快速积累是所观察到的半乳糖诱导的白内障的原因。

注射STZ诱导糖尿病的AR-TG小鼠在注射后7–14天首先发生白内障，并在2–3周内发展到完全混浊。晶状体山梨醇在高血糖条件下升高，但远低于半乳糖化条件下的半乳糖醇水平，反映了半乳糖醇的快速积累。

在另一项研究中，糖尿病诱导的AR-TG小鼠被用于研究AR是否参与氧化应激的产生。该研究显示，晶状体中GSH水平显著降低，MDA水平显著升高，表明氧化应激，表明AR是糖尿病诱导的氧化应激的主要因素。此外，通过SDH突变阻断山梨醇向果糖的转化，导致更高水平的山梨醇积累，减少氧化应激，并且比具有正常SDH的小鼠更快地发展白内障，这表明SDH也有助于氧化应激。

Sorbitol Dehydrogenase–Deficient Mice（山梨糖醇脱氢酶缺陷小鼠）

SDH缺陷小鼠代表了一种可以模拟糖尿病患者缓慢发展的白内障的模型，但它本身并不是糖尿病。5%的小鼠在6个月大时首次发生白内障，约70%的小鼠在16-17个月大时发生白内障。白内障最初表现为小空泡或裂隙，随后出现混浊，并扩散到晶状体核。

非糖尿病SDH缺陷小鼠的白内障发展是出乎意料的，因为小鼠晶状体具有非常低的AR水平，并且由于其对葡萄糖的高Km（Km，米氏常数，应该是），AR被认为仅在高血糖动物中具有活性。虽然缺乏SDH不会影响晶状体葡萄糖水平，但晶状体中的山梨醇水平显著增加。这些发现表明，即使在非糖尿病小鼠晶状体中，多元醇途径也是活跃的，并且山梨醇水平的增加很可能促进白内障的发展。

在野生型和SDH缺陷小鼠之间，GSH、MDA或抗氧化酶的mRNA水平没有差异，这表明SDH缺陷不会明显影响氧化应激水平。然而，相对于年龄匹配的SDH缺陷小鼠和GPX-1基因敲除小鼠，在SDH缺陷小鼠中引入抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶-1（GPX-1）的无效突变加速了白内障的发展，表明氧化应激有助于SDH缺陷型小鼠白内障的形成。

最后，测量86Rb摄取（Na+/K+ATP酶活性的指标）显示，SDH缺陷小鼠的Na+/K+降低了50%用维生素E处理SDH缺陷型小鼠防止了Na+/K+ATP酶活性丧失。这些发现表明，慢性氧化应激损害了晶状体的渗透调节机制，并可能解释为什么血糖控制良好的糖尿病患者仍然容易发生白内障。

糖尿病性白内障动物模型的评价

虽然在糖尿病研究中使用了许多糖尿病动物模型，但这些动物模型中的大多数尚未用于研究糖尿病性白内障。因此，可以重新检查常规用于研究其他糖尿病并发症的现有模型，以研究糖尿病对这些动物晶状体的影响。

虽然STZ诱导似乎是研究1型糖尿病白内障形成的首选模型，但也有许多自发性1型糖尿病动物模型可用于研究糖尿病白内障。其中包括从加拿大的一群远交系Wistar大鼠培育而来的糖尿病易感BB大鼠、Long Evan Tokushima Lean（LETL）大鼠、LEW-IDDM大鼠和Komeda糖尿病易感（KDP）大鼠。

研究2型糖尿病白内障形成的研究人员有更多的选择。白内障发展缓慢并因此出现在老年动物中的模型是令人感兴趣的。鉴于此，肥胖2型糖尿病模型OLETF大鼠是一种有希望的模型，其中在40周（10个月）时首次检测到白内障发作，在60周（15个月）时形成双侧皮质性白内障。OLETF大鼠白内障形成缓慢，晶状体皮质出现细胞肿胀和空泡，相对于AR活性，SDH活性增加，这与人类糖尿病晶状体的特征相似。

另一个值得进一步研究的模型是WBN/KOB大鼠，这是一种非肥胖的2型糖尿病模型，在12个月大时发生白内障。细胞肿胀在晶状体皮质中是明显的，并且升高的钙和钙蛋白酶激活也已被证实。令人惊讶的是，对于这两种模型，对其晶状体生理学和生物化学的研究有限，这为研究人员评估这些模型在研究肥胖和非肥胖2型糖尿病白内障形成方面的真正潜力提供了机会。

结论

尽管在糖尿病和糖尿病性白内障的研究中使用动物模型的真正价值存在很多争议，但实验模型是理解分子基础、致病机制和治疗药物在多因素疾病中的效用的重要工具。不太可能有一种动物模型可以完全复制人类的白内障过程。

然而，我们已经确定了一些模拟人类糖尿病性白内障形成的关键特征的动物模型。未来使用这些更相关的动物模型不仅将增加我们对人类糖尿病性白内障形成的了解，而且还将有助于我们未来开发抗白内障疗法。因此，如果我们要成功地开发延缓白内障发病的药物疗法，并避免因糖尿病人群增加而导致的即将到来的白内障流行，那么选择合适的动物模型是至关重要的。