1型糖尿病( T1DM) 是由于免疫介導(dǎo)或特發(fā)性胰島β細(xì)胞破壞，導(dǎo)致胰島素絕對(duì)缺乏。根據(jù)誘導(dǎo)β細(xì)胞減少的模式不同，可分為藥物誘導(dǎo)性和基因修飾誘導(dǎo)性T1DM 模型。

藥物誘導(dǎo)性模型：早期利用轉(zhuǎn)基因斑馬魚Tg (-1.0ins:eGFP) 可在熒光顯微鏡下觀察的特點(diǎn)，手術(shù)切除表達(dá)熒光蛋白的胰島組織以誘發(fā)高血糖。但此方法創(chuàng)傷大、成功率低，逐漸被藥物誘導(dǎo)刪減β細(xì)胞取代。鏈脲佐菌素( streptozocin，STZ) 和四氧嘧啶(alloxan)可誘導(dǎo)胰腺β細(xì)胞凋亡，已應(yīng)用于多種糖尿病實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型。腹膜內(nèi)注射STZ誘導(dǎo)T1DM的成年斑馬魚模型，不僅表現(xiàn)出空腹血糖增高和血清胰島素水平下降，而且出現(xiàn)視網(wǎng)膜、腎臟損傷，傷口愈合不良和尾鰭再生受損。腹膜內(nèi)注射四氧嘧啶也可導(dǎo)致β細(xì)胞壞死，但具有高致死率。Benchoula等提出了四氧嘧啶誘導(dǎo)模型的優(yōu)化方案，即單次腹腔注射300mg/kg的四氧嘧啶是誘導(dǎo)斑馬魚高血糖的最佳劑量。此方法降低四氧嘧啶的毒副作用，延長(zhǎng)了高血糖癥維持時(shí)間。

基因修飾誘導(dǎo)性模型：隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的發(fā)展，可在一定條件下靶向編輯基因，使斑馬魚達(dá)到高血糖狀態(tài)。Li 等構(gòu)建了轉(zhuǎn)基因品系Tg(1.2ins:htBidTE-ON;LR)，利用四環(huán)素和蛻皮素雙重作用于TetOn系統(tǒng)，特異性刪除β細(xì)胞，導(dǎo)致胰島素絕對(duì)缺乏。另一種轉(zhuǎn)基因品系Tg (1.2ins:Kir6.2CAGFPTE-ON;LR)，Kir6.2編碼β細(xì)胞膜上ATP依賴的K+通道的主要亞基，通過四環(huán)素誘導(dǎo)鉀離子持續(xù)流出，細(xì)胞膜超極化，使胰島素分泌減少，β細(xì)胞代償性分化減少。在轉(zhuǎn)基因魚Tg(ins:Cre)介導(dǎo)下，Tg(ins:loxp:BFPloxp:DTA)的β細(xì)胞特異性表達(dá)致死性白喉毒素α，可致細(xì)胞完全消除。β細(xì)胞缺失的斑馬魚幼魚表現(xiàn)出更高的游離葡萄糖水平，且存在顯著的發(fā)育遲緩。Pisharath等利用大腸桿菌的硝基還原酶基因(nitroreductase，NTR)，構(gòu)建轉(zhuǎn)基因斑馬魚Tg( T2Kins:nfsB-mCherry)，該斑馬魚胰腺β細(xì)胞表達(dá)NTR和mCherry的融 合熒光蛋白，用甲硝唑(metronidazole，MTZ) 處理轉(zhuǎn)基因魚，無毒性的MTZ被NTR還原為細(xì)胞毒性的代謝產(chǎn)物，特異性致死胰腺β細(xì)胞，最終引起血糖升高。

T2DM的主要特點(diǎn)是胰島素抵抗和β細(xì)胞胰島素分泌缺陷。T2DM 斑馬魚模型可分為誘發(fā)性模型和自發(fā)性模型。

誘發(fā)性模型：成年斑馬魚的平均空腹血糖水平74±8.5mg/dl，高于三倍正常值被認(rèn)為是高血糖(＞200mg/dl) 。Gleeson等用2%和0%的葡萄糖溶液交替浸泡28天，通過高糖暴露法建立斑馬魚糖尿病模型。最終斑馬魚血糖呈波動(dòng)性升高，合并視網(wǎng)膜病變。此外，用高糖溶液連續(xù)浸泡斑馬魚14天，觀察到斑馬魚血糖持續(xù)升高，對(duì)外源性胰島素反應(yīng)減弱，肌肉胰島素受體mRNA水平降低，格列美脲和二甲雙胍治療后改善高糖代謝。肥胖是哺乳動(dòng)物T2DM的誘因之一，Zang等通過飲食誘發(fā)肥胖，建立T2DM模型。將4~6個(gè)月健康成年斑馬魚分成正常喂養(yǎng)和六倍食量喂養(yǎng)，三個(gè)月后，過度喂養(yǎng)的斑馬魚空腹血糖水平顯著升高。腹膜內(nèi)葡萄糖耐量和口服葡萄糖耐量試驗(yàn)表明，過度喂養(yǎng)導(dǎo)致葡萄糖耐量受損，降糖藥物治療后顯著緩解高血糖，與2型糖尿病胰島素抵抗表型相似。甲基乙二醛是終末糖基化產(chǎn)物(AGEs)的主要前體，短暫敲低乙二醛酶1可導(dǎo)致內(nèi)源性甲基乙二醛水平升高和血管改變，而永久敲除乙二醛酶1建立glo1-/-斑馬魚突變體，自發(fā)出現(xiàn)餐后血糖升高，葡萄糖耐量受損，進(jìn)一步飲食誘導(dǎo)肥胖，成年斑馬魚表現(xiàn)出空腹血糖升高和視網(wǎng)膜血管改變，提示高營(yíng)養(yǎng)攝入增加了乙二醛酶1缺乏對(duì)2型糖尿病的遺傳易感性。

自發(fā)性模型：Maddison等利用顯性負(fù)性作用，構(gòu)建胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體(IGF-1R)的顯性負(fù)性突變體。利用α肌動(dòng)蛋白啟動(dòng)子，建立骨骼肌胰島素抵抗的斑馬魚模型Tg (acta1:dnIGF1R-EGFP)。該模型最初表現(xiàn)為胰腺β細(xì)胞代償性增加和正常的葡萄糖耐量。隨著年齡增長(zhǎng)和飲食攝入，逐漸出現(xiàn)空腹血糖增高，β細(xì)胞數(shù)量減少和胰島素抵抗等。瘦素(Leptin，LP)是由哺乳動(dòng)物脂肪組織產(chǎn)生的一種脂肪抑制因子，瘦素/瘦素受體缺乏的小鼠和人表現(xiàn)出食欲亢進(jìn)、肥胖、糖尿病和不育癥。研究表明，盡管缺乏瘦素受體的成年斑馬魚不表現(xiàn)出食欲增加或肥胖，但瘦素受體突變的幼魚胰島β細(xì)胞數(shù)量增加，胰島素mRNA水平升高，葡萄糖穩(wěn)態(tài)受到影響。白介素1β(IL-1β)在胰島炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，通過核因子κB(NF-κB)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)等途徑可介導(dǎo)β細(xì)胞凋亡。Luis等開發(fā)出IL-1β介導(dǎo)胰島炎癥的斑馬魚模型Tg(ins:il1b)，預(yù)先刪除IL-1β部分氨基酸，模擬被caspase-1切割后的活化形式，隨后產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)特異性損傷β細(xì)胞的功能和特性，表現(xiàn)出葡萄糖刺激后的鈣內(nèi)流顯著減少，β細(xì)胞成熟和功能相關(guān)的基因表達(dá)下降，如轉(zhuǎn)錄因子Pdx1、2型糖尿病風(fēng)險(xiǎn)基因kcnj11等，出現(xiàn)葡萄糖耐量受損和高血糖癥。由于該模型直接在β細(xì)胞中過表達(dá)IL-1β，與糖尿病病理生理模式存在一定差異。Yin等利用Cas9和多個(gè)sgRNA表達(dá)，建立了多重條件的誘變系統(tǒng)。條件性CRISPR誘導(dǎo)表達(dá)可以在時(shí)間和空間上控制Cas9表達(dá)，并且能同時(shí)靶向多個(gè)基因，提高效率，達(dá)到消除冗余或分析基因-基因互作的目的。以此構(gòu)建的肝臟胰島素抵抗斑馬魚Tg(fabp10:Cas9;CG); (U6x:sgRNA(insra/b); LC)，肝臟特異性啟動(dòng)子fabp表達(dá)Cas9，胰島素受體基因insra、insrb同時(shí)表達(dá)gRNA，造成肝臟葡萄糖穩(wěn)態(tài)失衡，導(dǎo)致空腹低血糖和餐后顯著高血糖。

長(zhǎng)期高血糖以及代謝紊亂可引起多系統(tǒng)損害，導(dǎo)致眼、腎、神經(jīng)、心臟、血管等組織器官慢性進(jìn)行性病變、功能減退及衰竭。斑馬魚模型廣泛用于糖尿病并發(fā)癥的研究。

微血管并發(fā)癥：糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是糖尿病常見的微血管病變，是失明的主要原因之一。暴露于高糖溶液的斑馬魚視網(wǎng)膜內(nèi)網(wǎng)層(inner plexiform layer，IPL)和內(nèi)核層(inner nuclear layer，INL)均比正常組減少，IPL顯著變薄，與其他糖尿病動(dòng)物模型和糖尿病患者表型相似。Jung等用高糖處理斑馬魚胚胎，第六天觀察到玻璃體-視網(wǎng)膜血管擴(kuò)張伴形態(tài)學(xué)損傷，緊密連接蛋白破壞，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF) mRNA和NO增多，這種短期糖尿病視網(wǎng)膜病變的模型將是用于篩選DR的潛在治療藥物的有效工具。最近，Wiggenhauser等通過CRISPR/Cas9技術(shù)敲除轉(zhuǎn)錄因子Pdx1，pdx1-/-突變體表現(xiàn)出胰腺發(fā)育障礙和高血糖癥，并且幼魚血管擴(kuò)張，通透性增加。高血糖誘發(fā)的早期血管表型可持續(xù)到成年期，視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)中血管改變加劇，導(dǎo)致血管超支化。VEGF和NO抑制劑和降糖藥物可緩解高血糖引起的血管改變，但pdx1-/-突變體較高的死亡率限制其成年期應(yīng)用。

腎臟并發(fā)癥：糖尿病腎病是糖尿病所致的慢性疾病，也是導(dǎo)致終末期腎病的主要原因。STZ誘導(dǎo)的1型糖尿病斑馬魚，在第3周時(shí)顯示腎小球基膜(GBM)增厚。Sharma 等發(fā)現(xiàn)利用反義嗎啉環(huán)寡核苷酸(morpholino，MO)技術(shù)敲降Pdx1誘導(dǎo)出斑馬魚高血糖，導(dǎo)致了前腎腎小球擴(kuò)張，濾過屏障高度萎縮。在敲降Pdx1的高血糖斑馬魚模型基礎(chǔ)上，同時(shí)敲降促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)，可見腎臟損傷加重，腎小球長(zhǎng)度進(jìn)一步增加，前腎頸部顯著縮短，揭示了EPO在糖尿病腎病中的保護(hù)機(jī)制。

圖2 (a)表示斑馬魚作為糖尿病和糖尿病腎病模型的優(yōu)勢(shì);(b)斑馬魚人類腎相似的分工模式

神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥：Dorsemans等建立急性高血糖的新模型，以探究急性和慢性高血糖對(duì)腦穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)再生的影響。研究表明，急性高血糖會(huì)增加大腦促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，而慢性高血糖癥減少了腦細(xì)胞增殖和血腦屏障形成有關(guān)的基因表達(dá)。此外，高血糖會(huì)調(diào)節(jié)斑馬魚乙酰膽堿酯酶功能和基因表達(dá)，使膽堿功能障礙，最終導(dǎo)致記憶力減退，加蘭他敏能夠逆轉(zhuǎn)由高血糖引起的記憶缺陷。Rocker等通過NTR/MTZ介導(dǎo)的β細(xì)胞消除，高血糖幼魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元減少，緊密連接破壞，Schwann細(xì)胞數(shù)量改變，驗(yàn)證高血糖對(duì)斑馬魚周圍神經(jīng)系統(tǒng)的影響。

心血管并發(fā)癥：高血糖是心臟損害的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，可導(dǎo)致糖尿病性心肌病。Sun 等成功建立糖尿病心肌病的成年斑馬魚模型。高糖處理的斑馬魚逐漸出現(xiàn)心肌肥大、細(xì)胞凋亡和心律失常。超聲心動(dòng)圖顯示心臟早期舒張功能障礙和晚期收縮功能 障礙，與糖尿病患者的觀察結(jié)果一致，證實(shí)高血糖會(huì)誘導(dǎo)成年斑馬魚的心臟重塑和功能障礙。