糖尿病视网膜病变（上篇）之临床前研究【全国爱眼日】

糖尿病视网膜病变（Diabetic Retinopathy, DR）是糖尿病患者常见的微血管并发症。在美国，DR占2型糖尿病患者总数的40%，占1型糖尿病患者总数的86%。一项基于中国人群的横断面研究显示，在中国农村，30岁以上的糖尿病患者高达2110万，其中约有920万人患有DR。此外，来自英国、澳大利亚和亚洲其他各国的相应队列研究同样报告DR患病率在20%~50%之间。

按DR发展阶段和严重程度，临床分为非增生型（Nonproliferative diabetic retinopathy, NPDR）和增生型（Proliferative diabetic retinopathy, PDR）两种亚型。美国WESDR的一项长达10年的队列研究显示，在诊断明确的DR患者中，17%会发展为严重威胁视力的PDR；另一项长达25年的队列研究显示，随着时间的推移，1型糖尿病患者会有97%并发DR，其中43%会发展成PDR。PDR是以视网膜病理性新生血管和纤维血管增殖膜形成为特征的晚期DR，其进一步并发的玻璃体积血（Vitreous hemorrhage, VH）和牵拉性视网膜脱落（Tractional retinal detachment, TRD）可造成患者视力的严重受损或致盲。

动物模型是了解疾病发病机制的研究工具，选取合理的动物模型，对评价药物临床疗效也有很大助益。

DR可基于高血糖自发发生、通过外科手术或基因编辑等多种造模方式获得疾病动物模型。

遗传小鼠模型

DR的遗传小鼠模型主要包括Akita、非肥胖糖尿病（non-obese diabetic, NOD）、db/db、Kimba和Akimba共5种，它们在遗传模式、疾病病因学、病理学和疾病进展方面各不相同。

Akita小鼠是1型糖尿病的模型，主要是由于胰岛素基因Ins2突变而导致胰岛素蛋白构象发生变化，最终引起的细胞死亡。该模型可表现为血管通透性增加，周细胞丢失和新生血管的形成。因此，Akita小鼠较适合于研究DR的早期进展和神经保护作用类药物药效评价^[1]。

NOD小鼠是1型糖尿病的动物模型，小鼠在12周龄发生自发型高血糖，血糖升高4周后就开始出现周细胞、内皮细胞和视网膜神经节细胞（retinal ganglion cells, RGCs）凋亡，视网膜毛细血管基底膜增厚，约4个月可检测到大血管收缩和退行性变及微血管异常。

db/db小鼠是自发型基因突变小鼠，为2型糖尿病的成熟模型。其瘦素受体发生突变，在4～8周大时出现肥胖和高血糖，持续6周后可观察到RGCs数量减少，中央视网膜厚度增加，15个月后，这些小鼠表现出血-视网膜屏障（blood-retinal barrier, BRB）的严重破坏、周细胞丢失、RGCs细胞凋亡、胶质细胞激活。

Kimba小鼠是一种增殖性视网膜病变的非糖尿病模型，用纯合子Kimba小鼠和Akita小鼠交配培育出Akimba小鼠。

Akimba小鼠的表现兼有Kimba小鼠和Akita小鼠的特征^[2]，主要包括周细胞和血管缺失、视网膜新生血管和弥漫性血管渗漏，随着疾病的进展可以观察到视网膜厚度的减少及视网膜持续水肿，甚至视网膜脱离。

图注：在RDDC官方网站上,使用者仅需输入感兴趣的疾病就能找到相关动物遗传模型

诱导模型-STZ诱导

药物诱导模型因建模便捷、病理改变模拟性强等特点，成为当前DR常用动物模型。药物诱导型主要包括链脲佐菌素（streptozocin, STZ）及四氧嘧啶诱导（alloxan, AXL）模型。STZ是诱发糖尿病最常用的药物，其药效机制主要通过破坏胰岛β细胞导致高血糖。STZ诱导的糖尿病大鼠，2~4周出现BRB破坏，4~6周时神经胶质细胞的凋亡增加，同时伴随视网膜外核层厚度的变薄和神经细胞的减少，紧接着出现感光细胞的死亡。基底膜的增厚、周细胞的丢失是DR的基本病理改变，且周细胞和内皮细胞的结构和功能的完整性对维持视网膜毛细血管的稳定性具有十分重要的作用，STZ诱导的糖尿病可出现上述一系列病理改变，是DR早期病理改变的理想动物模型。

研究显示，STZ可诱导兔出现视网膜出血、血管病变、静脉血栓形成和增殖性视网膜病变；诱导猴子出现带有棉絮斑和高荧光斑的缺血性视网膜病变；诱导猪的视网膜BRB通透性增加，内核层（inner nuclear layer, INL）和神经节细胞层（Ganglion cell layer, GCL）变薄，毛细血管基底膜增厚。STZ诱导动物模型所致的DR，在病理改变上能够较好模拟临床常见DR病理特征，能够为DR发病机制研究及治疗提供预测性，在DR研究中应用广泛^[3]。

高脂高糖饮食型

高脂高糖饮食诱发的啮齿类视觉疾病动物模型已经有50年的历史。小鼠在高脂高糖饮食6周时出现高血糖，15个月后观察到视网膜内皮细胞减少，21个月后可观察到微动脉瘤和视网膜增厚的病变。而使用高脂高糖饲料喂养大鼠4周后，大鼠的视锥细胞感光器对光的敏感度下降。然而，此种模型的缺点是视网膜病变的发展需要更长的时间，发病较慢，但其优点是比其他模型的小鼠活得更久，可以观察更长时间。因此，目前比较常用的是高脂高糖饮食联合STZ注射来诱导的DR模型。通过高脂高糖饮食诱导胰岛素抵抗之后，再注射低剂量STZ损伤胰岛功能，引起血糖的升高，模拟2型糖尿病的发病过程。研究表明此种方法可导致视网膜变薄和结构的紊乱，以及血管内皮生长因子的表达升高。因此，单纯使用高脂高糖饮食诱导DR动物模型常见于对DR的长期研究观察及药物筛选中，常规实验研究中应用较少^[4]。

DR模型和其发病机制^[5]

糖尿病（diabetes mellitus, DM）能给视网膜带来损伤而引发DR，两者可谓息息相关。DM是一类由遗传、环境、免疫等因素引起的、具有明显异质性的急慢性高血糖及其并发症所组成的综合征。目前已经成为继癌症、心血管疾病之后第3大威胁人类健康的主要慢性疾病。美国糖尿病学会（ADA）专家委员将糖尿病分为：1型糖尿病（T1DM）、2型糖尿病（T2DM）以及其他特殊类型糖尿病及妊娠糖尿病。DM动物模型对研究DM有重要的作用，一般分为自发性、诱发性、基因工程糖尿病动物模型。赛业生物可提供多种糖尿病小鼠模型及表型分析服务，如２型糖尿病小鼠模型（T2DM小鼠）、1型糖尿病小鼠模型（T1DM小鼠）。

四、眼科基因治疗CRO为研发提速

为解决眼科疾病治疗长期面临的多方面困境，赛业生物针对糖尿病视网膜病变、先天性黑朦症2型、先天性黑朦症10型、色素性视网膜炎、视网膜变性、视网膜黄斑退化、角膜内皮营养不良等眼科疾病，可定制或合作开发一系列基因编辑小鼠模型，如基因敲除、基因敲入、点突变、人源化小鼠模型及大小鼠手术疾病模型，加速药效学验证实验的开展。

同时积极布局眼科基因治疗平台，配套高端精细化小动物眼科仪器设备和资深的专业人才，致力于为客户提供临床前标准化的眼科基因治疗研究整体服务。

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