链脲佐菌素剂量依赖性毒性诱导Sprague Dawley大鼠糖尿病并发症的代谢、生化及组织病理学效应研究

《Scientific Reports》：Dose dependent toxicity of streptozotocin inducing diabetic complications in male Sprague Dawley rats with metabolic biochemical histopathological effects

本研究针对实验性糖尿病模型中链脲佐菌素(STZ)最佳剂量选择缺乏系统比较的问题，开展了45 mg/kg与60 mg/kg STZ单次腹腔注射诱导大鼠糖尿病的对比研究。结果显示60 mg/kg剂量能更显著地诱发高血糖、氧化应激(↓GSH,↑MDA)、炎症因子(TNF-α,IL-6)升高及多器官损伤，为糖尿病并发症研究提供了更可靠的动物模型。

　　

随着全球糖尿病患病率的持续攀升，糖尿病及其并发症已成为重大公共卫生问题。国际糖尿病联盟数据显示，2021年全球糖尿病患者已达5.37亿，医疗支出高达9660亿美元。糖尿病引发的微血管和大血管并发症，如心肌病、视网膜病变、神经病变和肾病，严重影响着患者的生活质量和寿命。

在糖尿病基础研究领域，链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病动物模型是探索疾病机制和评估新疗法的关键工具。这种源自Streptomyces achromogenes的硝基脲化合物，能通过GLUT2转运体特异性靶向胰腺β细胞，引起DNA烷基化和活性氧(ROS)生成，最终导致β细胞坏死和胰岛素缺乏。然而，研究人员在实践过程中面临一个棘手问题：文献中常用的STZ剂量(40-70 mg/kg)存在较大差异，且缺乏系统性的剂量比较研究。这种不确定性直接影响着实验结果的稳定性和可重复性，阻碍着糖尿病研究的深入发展。

针对这一瓶颈问题，埃及国家研究中心的Ahmed A. Sedik团队在《Scientific Reports》上发表了最新研究成果，系统比较了两种常用STZ剂量(45 mg/kg vs 60 mg/kg)在Sprague Dawley雄性大鼠中诱导糖尿病的效果差异。

研究采用的主要技术方法包括：将24只体重200-220g的雄性Sprague Dawley大鼠随机分为对照组、STZ 45 mg/kg组和STZ 60 mg/kg组，通过单次腹腔注射STZ建立糖尿病模型。在28天实验期内，监测代谢参数变化，并通过眼球后静脉丛采血检测血清生化指标。使用酶联免疫吸附测定(ELISA)检测胰岛素和炎症因子，比色法检测氧化应激标志物。实验终点收取肝、肾、肺、脑组织进行组织病理学检查，采用苏木精-伊红(H&E)染色观察一般形态，Mallory三色染色显示结缔组织，甲苯胺蓝染色显示核酸含量，并通过图像分析系统进行形态计量学分析。

4.1. 不同剂量STZ对血糖代谢参数的影响

研究发现两种剂量的STZ均能成功诱导糖尿病状态，但程度存在显著差异。与对照组相比，STZ 45 mg/kg组血清葡萄糖和糖化血红蛋白(HbA1c)分别升高约3.5倍和1.6倍，胰岛素水平降低49%；而STZ 60 mg/kg组表现更为严重，葡萄糖和HbA1c分别升高3.9倍和2.2倍，胰岛素降低幅度达79%。这表明较高剂量的STZ能诱发更严重的β细胞损伤和胰岛素缺乏。

4.2. 不同剂量STZ对血脂谱的影响

在脂质代谢方面，STZ 60 mg/kg组呈现更明显的糖尿病性血脂异常。具体数据显示，STZ 45 mg/kg组甘油三酯和总胆固醇分别升高至127.7±9 mg/dl和135.8±5.5 mg/dl，而STZ 60 mg/kg组进一步升高至174.7±7.6 mg/dl和170.7±4.5 mg/dl。同时，高密度脂蛋白(HDL)在STZ 60 mg/kg组降低66%，低密度脂蛋白(LDL)升高189%，均显著高于STZ 45 mg/kg组的变化幅度。

4.3. 不同剂量STZ对肝功能指标的影响

肝损伤标志物检测显示，STZ诱导的糖尿病状态伴随剂量依赖性的肝功能异常。STZ 45 mg/kg组天门冬氨酸氨基转移酶(AST)和丙氨酸氨基转移酶(ALT)分别升高至57±5 U/L和55±4 U/L，而STZ 60 mg/kg组进一步升高至75±3 U/L和85±4 U/L，表明高剂量STZ导致更明显的肝细胞损伤。

4.4. 不同剂量STZ对氧化应激指标的影响

氧化应激评估发现，STZ 60 mg/kg组呈现更严重的氧化还原失衡。谷胱甘肽(GSH)水平在STZ 60 mg/kg组降低36%，显著高于STZ 45 mg/kg组的18%降幅。相反，丙二醛(MDA)作为脂质过氧化终产物，在STZ 60 mg/kg组升高3倍，显著高于STZ 45 mg/kg组的1.9倍升高。

4.5. 不同剂量STZ对炎症因子的影响

炎症反应评估显示，STZ 60 mg/kg组肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)分别升高2倍和4倍，而STZ 45 mg/kg组仅升高1.6倍和2.5倍，表明高剂量STZ诱发更强烈的全身性炎症反应。

4.7. 组织病理学检查

组织学分析揭示了STZ剂量依赖性的多器官损伤模式。肝脏组织中，STZ 60 mg/kg组显示明显血管充血和炎性细胞浸润；肾脏组织中，可见肾小球丛萎缩、肾小管上皮细胞排列紊乱和局灶性间质出血；肺组织中出现血管壁肥厚和管腔闭塞；脑组织则表现为神经元细胞核苍白伸长和血管充血扩张。

4.8. 形态计量学分析

核酸含量分析显示组织特异性反应。肝、肾、肺组织核酸含量在STZ处理后显著增加，且STZ 60 mg/kg组肝组织核酸含量高达26.29±0.51%，显著高于STZ 45 mg/kg组的8.41±0.72%。而脑组织核酸含量无显著变化，可能与血脑屏障限制STZ进入有关。

结缔组织分析显示，STZ 60 mg/kg组肝组织结缔组织含量显著增加至26.24±5.3%，而肾和肺组织结缔组织含量分别降低至7.53±0.84%和18.86±0.94%，反映不同器官对糖尿病损伤的纤维化反应存在差异。

本研究通过系统比较证实，STZ诱导的糖尿病表型具有明显的剂量依赖性特征。60 mg/kg剂量相比45 mg/kg能诱发更严重的代谢紊乱、氧化损伤、炎症反应和多器官病理改变，为糖尿病并发症研究提供了更稳健可靠的动物模型。这一发现不仅解决了实验糖尿病模型中剂量选择的标准性问题，更深化了我们对STZ毒性机制和组织特异性反应的理解，对糖尿病基础研究和药物开发具有重要指导价值。研究揭示的组织特异性反应模式，特别是肝、肺等高代谢器官对STZ的敏感性高于脑组织的现象，为理解糖尿病并发症的器官特异性提供了新视角。