鏈脲佐菌素 （STZ）-糖尿病動物模型造模

鏈脲佐菌素 (Streptozotocin，STZ)-糖尿病動物模型造模

1. STZ誘發糖尿病動物模型的原理

STZ對一定種屬動物的胰島β細胞有選擇性破壞作用，能誘發許多動物產(chan) 生糖尿病，一般采用大鼠和小鼠製造動物模型。I型糖尿病與(yu) II型糖尿病動物模型的製備與(yu) STZ注射的劑量有關(guan) 係：大劑量注射時，由於(yu) 直接引起胰島β細胞的廣泛破壞，可造成I型糖尿病模型；而注射較少量STZ時，由於(yu) 隻是破壞一部分胰島β細胞的功能，造成外周組織對胰島素不敏感，同時給予高熱量飼料喂養(yang) ，兩(liang) 者結合便誘導出病理、生理改變都接近於(yu) 人類II型糖尿病的動物模型。國內(nei) 外有學者報道選用雄性大鼠製造模型的成模率明顯高於(yu) 雌性大鼠。

2. 糖尿病模型動物的選擇（體(ti) 重，周齡，性別）

2.1 I型糖尿病（Type I diabetes）動物選擇

一般按照體(ti) 重選擇即可，推薦大鼠170-200g，小鼠17-22g，適應性喂養(yang) 1~2周後空腹注射STZ，成模率相對理想。【經驗顯示動物體(ti) 重過高，比如當大鼠超過300g或小鼠超過35g，對STZ的耐藥性加強，成模率隨之降低。不建議使用超重的動物建模。】

建議全部選擇雄性動物，除非是實驗方案有特定要求。有研究顯示，雌性動物成模率差，而且可能會(hui) 比雄性出現更高死亡率，尤其是I型。

2.2  II型糖尿病（Type II diabetes）動物選擇

對於(yu) 大鼠（比如SD/Wistar），選取4-5周齡，體(ti) 重在90-100g，高脂（高糖）飼料喂養(yang) 4-6周體(ti) 重約達240-280g。 對於(yu) 小鼠（比如C57/ICR/昆明小鼠），選取4-5周齡，體(ti) 重在16-20g，高脂（高糖）飼料喂養(yang) 4-6周體(ti) 重約達30-35g。 對於(yu) 新購入動物或更換飼養(yang) 環境需要先用普通飼料適應性喂養(yang) 一周，然後再選擇適合周齡/體(ti) 重動物轉用高脂高糖飼料繼續喂養(yang) 。從(cong) 模型建立成功率來看，大鼠推薦用SD，小鼠推薦C57。 建議全部選擇雄性動物，除非是實驗方案有特定要求。

3. STZ給藥前動物的喂養(yang)

3.1Ⅰ型糖尿病模型：因成模比較快，通常動物在普通飼料適應性喂養(yang) 1-2周後即可開始造模

3.2Ⅱ型糖尿病模型：高脂高糖喂養(yang) 誘導加小劑量STZ。造模前喂以高脂（高糖）飼料4-6周，誘發出胰島素抵抗，再注射STZ。

4. 高脂（高糖）飼料

高脂（高糖）飼料基本要求：含10%蔗糖，10%豬油，5%膽固醇。由基礎維持飼料加蔗糖、煉豬油和蛋黃按比搭配製作高脂高糖飼料：其比例為(wei) 豬油18 % ,蔗糖20 % ,蛋黃3 % ,基礎飼料59 %。飼料的成分比不是的，可為(wei) 了迎合口感，根據動物愛好，增加一些成分如豬油或全脂奶粉。

5. 預實驗的重要性

非常重要。實驗時STZ的給藥量應參照預實驗的結果來確定，盡量不要盲目按照文獻上或他人的給藥量來直接使用。因為(wei) 動物均重和空腹（低糖狀態）抗藥力、禁食時長、注射手法、以及之前飼養(yang) 過程、測糖選時等都不相同，通過預實驗來確定符合自己實驗情況的給藥劑量，才是科學的。

6. 常用給藥劑量（STZ）

動物體(ti) 重不同，STZ給藥量也不同。一般情況STZ劑量（mg/kg）高低和體(ti) 重大小呈反比。

1200g均重大鼠為(wei) 例，I型糖尿病，可用70~65mg/kg一次性給藥（或分次注射如35mg/kg，2次）。

以250g均重大鼠為(wei) 例，II型糖尿病，先喂養(yang) 4-8周的高脂（高糖）飼料，可用35~50mg/kg一次給藥。

以20g均重小鼠為(wei) 例，I型糖尿病，可用150-220mg/kg一次性給藥（或分2次，100mg/kg）。

以30g均重小鼠為(wei) 例，II型糖尿病，先喂養(yang) 4-8周的高脂（高糖）飼料，可用70~120mg/kg一次給藥。

給藥劑量是影響成模率的大因素，以上僅(jin) 做參考。具體(ti) 劑量請通過預實驗的結果來確定。

7. 一次給藥和多次給藥的選擇

假如需要給藥150mg/kg，可每次給藥50mg/kg，連續給3次。需注意的是與(yu) 一次給藥（150mg/kg）相比，多次給藥造成動物死亡率可能得到緩解，但STZ對胰島細胞的破壞力不如一次給藥明顯。換句話說，多次給藥可能減少死亡，但是一次注射效果明顯。建議根據動物品種和耐受能力來決(jue) 定給藥次數。目前大部分用戶采用一次給藥。

8. 多次給藥方式的選擇

大劑量STZ注射後，藥力發揮主要集中在注射後的3-72h。如果采用多次給藥，建議在2-72h內(nei) 延續第二次給藥，目前大部分用戶選擇24h為(wei) 給藥周期居多。小劑量給藥STZ，當使用劑量偏低（低於(yu) 理想值），動物可能在第二周出現血糖緩慢提升跡象，但隨著血糖峰值放緩且後延，有出現血糖先高後低、終回落的可能。 多次給藥的總次數1-7次都有用過。總體(ti) 上，1次和3次用的偏多。

9. 禁食和血糖的關(guan) 係

禁食12h以上（一般過夜禁食，不禁水）。禁食的時間越長，STZ對胰島β細胞的破壞力越明顯，即藥效越高。所以相對禁食時間延長，可以降低STZ的用量。

10. STZ注射液的配置

10.1  STZ溶液的選擇

配製STZ選擇的溶液推薦用檸檬酸緩衝(chong) 液，此緩衝(chong) 液的pH範圍能很好的控製在4.2~4.5，STZ在此pH範圍內(nei) 藥效。當然，也可使用其他溶液比如醋酸等，但pH值不好控製。

10.2  檸檬酸緩衝(chong) 液的配製

稱取2.1g 檸檬酸（Mw: 210.14）加入雙蒸水100mL充分溶解中配成A液；

稱取2.94g 檸檬酸鈉（Mw: 294.10）加入雙蒸水100mL充分溶解中配成B液；

將A、B液按比例混合（1：1.32，也有按1:1），pH計測定並調節pH=4.2-4.5，用0.22µm或0.45µm濾膜過濾除雜，即是配置STZ的檸檬酸緩衝(chong) 液。根據實際需要等比縮小或放大配製，盡量現配現用以防止氧化引起pH漂移。

【注意事項】：

a) 如果緩衝(chong) 液配好後pH值不在範圍內(nei) 如何調節？—偏酸用檸檬酸鈉（或雙蒸水）調整，偏堿用檸檬酸調整。

b）緩衝(chong) 液是否需要過濾？—必須過濾，我司（懋康生物）贈送的檸檬酸/檸檬酸鈉屬於(yu) AR級化學試劑，內(nei) 含雜質和其他離子，會(hui) 影響動物對STZ的吸收。特別是靜脈注射，嚴(yan) 格要求過濾。

c）緩衝(chong) 液是否需要滅菌？—滅菌是否對實驗結果產(chan) 生影響，這個(ge) 沒有實際的數據。如果條件允許，靜脈注射滅菌（120℃，20min）；腹腔注射可做可不做。

d）緩衝(chong) 液是否能儲(chu) 存再用？— 可以，但使用前需再次測pH值，確保合乎範圍。建議現配現用。

11. STZ注射操作事宜

過夜禁食後稱重，按動物數目和注射劑量來計算，稱取所需的STZ（凍幹粉），放到一幹燥的無菌瓶內(nei) ，用鋁箔或錫箔紙包好。將檸檬酸緩衝(chong) 液和裝STZ的瓶子提前置於(yu) 冰浴中，一起帶到動物房。 按照1%（w/v）濃度加入適量的檸檬酸緩衝(chong) 液溶解STZ，充分溶解。按照動物空腹體(ti) 重注射相應體(ti) 積的STZ， 需在30min內(nei) 注射完畢。對於(yu) 注射技術不是很熟練，建議兩(liang) 組交替注射，分組溶解STZ，比如10隻鼠/組或15隻鼠/組。

12. 注射時，推進速度與(yu) 血糖關(guan) 係

一般來說，推注速度快，更容易形成高血糖；推注速度慢，相對危險性較低。常規操作中多要求快速注射。當然，STZ劑量是決(jue) 定血糖高低的主要因素。

13. 腹腔注射和靜脈注射的區別

靜脈注射（尾靜脈注射）藥物利用率高，與(yu) 腹腔注射相比，可以節省藥量，但操作起來不如腹腔注射方便。

14. 未達標模型如何補救

模型不*，穩定後補注STZ（以10mg-20mg/kg體(ti) 重劑量腹腔注射，根據實際情況選擇合適劑量）也可以成模。或者待血糖恢複正常後再按常規劑量注射。但想要達到理想的效果，往往是恢複到正常狀態下重新造模。

15. 如何解決(jue) 死鼠問題

鼠的個(ge) 體(ti) 差別和空腹（低血糖）抵抗力的差異而致死亡率的不同，開始死亡率高可能主要是血糖突然升高，鼠不適應，或發生了糖尿病酮症酸中毒(diabetic ketoacidosis, DKA)。要解決(jue) 死鼠問題，可通過以下方式來降低或避免死亡：

a）一定要保證足夠的飲水量（飲水量不足容易導致死鼠）

b）高血糖和低血糖都會(hui) 造成死鼠，避免死鼠可以通過注射胰島素或暫時補糖，兩(liang) 種途徑： 1）常見為(wei) 血糖過高。使用補胰島素法，補一些中效胰島素，例如中性低精蛋白鋅人胰島素（諾和靈N），每次2-3個(ge) 單位，過了3-5天，大鼠一般死亡率就低了；2）補糖法，禁食後的鼠，注射的時候已經處於(yu) 低血糖狀態，造模4小時後腹腔注射20%葡萄糖，可避免因注射時血糖過低引起的死鼠。

c）防止動物自相殘殺。食物缺乏和供水不足的情況下，會(hui) 互相撕殺、啃食同類,所以食物和飲水要供應充足,是兩(liang) 路供應。

d）防止感染。糖尿病大鼠尿量多，墊料潮濕，需要勤換墊料，所以糖尿病鼠較其他鼠更易出現感染，特別是泌尿道感染和腹腔感染。腹腔注射、皮下注射及采血測血糖等侵入性操作前後，要注意消毒工作。如每次采血測血糖後可用四環素（或金黴素眼藥膏）局部塗抹處理傷(shang) 口預防感染。

16. STZ保存和稱量注意事項

保存：STZ置於(yu) -20℃凍存，避光幹燥，可穩定至少保存2年。【有數據測試取一瓶按要求保存12年的STZ樣品，HPLC檢測顯示期內(nei) 的α-anomer由原來的94.9%減低到94.7%，穩定性還是很理想的。】

稱量：由於(yu) STZ比較容易受潮，在反複稱量郭晨中很容易接觸到空氣中潮氣，其受潮30min後會(hui) 失效，這和注射時要求快速注射也是一個(ge) 道理，STZ水溶液也不是很穩定。為(wei) 此，盡量避免反複稱量，次使用本品可根據估算的單次用量分裝（操作環境、盛裝容器、分裝工具都必須保證幹燥）。分裝後用封口膜密封瓶口。用鋁箔紙或錫箔紙避光包好，放入幹燥罐內(nei) （含幹燥劑），-20℃凍存。

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經驗交流：糖尿病動物模型造模故事【僅(jin) 是個(ge) 人經驗，供經驗交流用，不是教科書(shu) 哦】

實戰經驗A:

不管是四氧嘧啶還是STZ 造模，造模後的飼養(yang) 是關(guan) 鍵，我們(men) 一天要給大鼠換水四至五次，飼料喂三至四次（每次喂足夠飼料），換水是早上7：00一次，白天隨時補足，晚上10：00再給足水和飼料。有些動物的狀態不是很好，可能搶不到足夠的飼料和飲水，所以在飼養(yang) 籠裏也要注意加入適當的飼料。為(wei) 了給足飲水，我們(men) 在大鼠飼養(yang) 籠上再加一個(ge) 水瓶架，就是比普通的飼養(yang) 籠要多一個(ge) 飲水口和雙倍水量。

另外，光照也是影響糖尿病大鼠死亡的原因之一，光照不能太強烈，不要有太陽光出現，如有窗戶的房間要把窗戶用紙糊起來。

我的經驗是飼料要保持幹燥，潮濕後長黴菌造模鼠易腹瀉；正常鼠可飲自來水，而造模鼠要給燒開過的水，這樣不容易感染；此外墊料必須一天換一次，室內(nei) 要勤消毒。剛開始我都沒注意這些方麵，結果一個(ge) 月死了１３隻，後來嚴(yan) 格注意，近一個(ge) 月一隻未死。

死亡原因可能有以下幾點:

①大鼠太小,也就是大鼠體(ti) 重不夠，容易引起死亡。②不知道你用的是什麽(me) 大鼠，SD？Wistar？如果是後者，死亡就更多了（隻是個(ge) 人經驗，還沒有得到具體(ti) 實驗的證實，僅(jin) 作參考）。③還有就是在造模後一定要加足水和飼料，而且要注意大鼠的飼養(yang) 環境，要保持盡量幹淨，光照不能太強（避免有太陽光）！我認為(wei) 在造模後24小時內(nei) 死亡的主要原因是胰島細胞破壞後胰島素大量釋放導致的低血糖而亡，你不妨拿少量大鼠作個(ge) 預實驗，測測血糖看看，解決(jue) 的辦法可在STZ注射後給予0.5％葡萄糖飲水。充足的飲水和保持敷料幹燥是成模後減少死亡的方法。

成模標準：

1）首先關(guan) 鍵是糖尿病模型成模與(yu) 否的鑒定，不少報道稱造模後血糖有波動，建議持續觀察。建議檢測點：10d、2w、3-4w、5w，以明確血糖變化，確定模型建立時間。——推斷相關(guan) 疾病成模時間

STZ造模後，明顯血糖水平波動呈現3個(ge) 時相，一時性高血糖（1-2h）、短暫低血糖（6-10h）、持續高血糖（>72h）。必須適當補給胰島素和葡萄糖。

2）我也造了一批模型，雄性SD大鼠，體(ti) 重控製180－200g，STZ用量60mg/kg，我的PH值沒有像別的同學那樣用酸堿儀(yi) 測，隻是用PH試紙而已。但是我覺得一周或十天成模的方法不可信，加預實驗我做了80隻SD大鼠，腹腔注射後十天成模率90％，2周左右成模了的大鼠大約有一半恢複，3－4周左右血糖又開始升高，大概5周左右，血糖開始穩定且比較穩定。血糖升高以後每天更換木糠，因為(wei) 模型組尿量多，我經常是一天換兩(liang) 次，我的模型已經做了8周，而且每天灌喂，目前情況還好，暫時還沒有死亡，而且我一直沒有使用胰島素。

實戰經驗B:

模型穩定性及持續時間:

1、WISTAR大鼠（雌雄各半），200-300克體(ti) 重，STZ用量，60mg/Kg。溶液：檸檬酸緩衝(chong) 液（0.1mol/l，PH4.5）。腹腔注射。

2、緩衝(chong) 液新鮮配製，溶解STZ後立即注射，別耽誤太久了，腹腔注射注意勿入髒器。

3、12小時後，出現多飲症狀，部分的血糖開始升高，7天後血糖大於(yu) 16.65約80%。十天後90%

4、注射STZ後第二天開始，每天換墊料，注意充足的水及飼料。

5、雄鼠血糖持續偏高，目前已經4個(ge) 月了，很穩定。雌鼠血糖不穩定，在一個(ge) 月左右時間，血糖明顯恢複，大部分血糖下降到10左右，持續約一月，又開始上升，達到成模標準，此後比較穩定，

失敗原因分析

10天還沒有成模型，可能要考慮一下：

1、腹腔注射的技術，是否注射到腸子裏了

2、STZ的配製是否合適，用PH4.6左右的0.1M的檸檬酸緩衝(chong) 液配製，現配現用，如果操作慢，放在冰浴裏。

3、注射STZ之前是否禁食了，應該禁食12h左右。建議，再觀察3天，還是不成模型的話，重新注射一次。