Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1035210.32607/20758251-2018-10-1-24-33ReviewsОбзорыResearch ArticlePathogenesis of Type 1 Diabetes Mellitus and Rodent Experimental ModelsПатогенез сахарного диабета 1 типа и экспериментальные модели на лабораторных грызунахGvazavaI. G.ГвазаваИ. Г.
Russian Federation
gvazava.inessa@yandex.ruRogovayaO. S.РоговаяО. С.
Russian Federation
gvazava.inessa@yandex.ruBorisovM. A.БорисовМ. А.
Russian Federation
gvazava.inessa@yandex.ruVorotelyakE. A.ВоротелякЕ. А.
Russian Federation
gvazava.inessa@yandex.ruVasilievA. V.ВасильевА. В.
Russian Federation
gvazava.inessa@yandex.ruKoltsov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of SciencesИнститут биологии развития им. Н.К. Кольцова РАНPirogov Russian National Research Medical University, Ministry of Health of the Russian FederationРоссийский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова Минздрава РоссииLomonosov Moscow State UniversityИнститут биологии развития им. Н.К. Кольцова РАНKoltsov Institute of Developmental Biology, Russian Academy of SciencesМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваLomonosov Moscow State University15032018101VOL 10, NO1 (2018)ТОМ 10, №1 (2018)243317012020Copyright ©; 2018, Gvazava I.G., Rogovaya O.S., Borisov M.A., Vorotelyak E.A., Vasiliev A.V.Copyright ©; 2018, Гвазава И.Г., Роговая О.С., Борисов М.А., Воротеляк Е.А., Васильев А.В.2018Gvazava I.G., Rogovaya O.S., Borisov M.A., Vorotelyak E.A., Vasiliev A.V.Гвазава И.Г., Роговая О.С., Борисов М.А., Воротеляк Е.А., Васильев А.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10352

The global prevalence of diabetes mellitus and its severe complications is on the rise. The study of the pathogenesis of the onset and the progression of complications related to the disease, as well as the search for new therapeutic agents and methods of treatment, remains relevant. Experimental models are extremely important in the study of diabetes. This survey contains a synthesis of the most commonly used experimental animal models described in scientific literature. The mechanisms of the streptozotocin model are also analyzed and discussed, as it is considered as the most adequate and easily reproducible diabetes model. A review of the significant advantages and disadvantages of the described models has also been conducted.

Сахарный диабет и его осложнения представляют собой самую распространенную эндокринную патологию в большинстве стран мира. Изучение патогенетических механизмов возникновения и прогрессии этого заболевания, а также поиск новых терапевтических средств и способов терапии остаются актуальными на сегодняшний день. Важнейшее значение для изучения сахарного диабета имеют экспериментальные модели. В обзоре обобщены данные о наиболее часто используемых животных моделях. Проанализированы и обсуждены механизмы стрептозотоцинового диабета как наиболее адекватной и легко воспроизводимой экспериментальной модели диабета. Рассмотрены значимые преимущества и недостатки описанных моделей.

beta-cellsdiabetesexperimental laboratory animalshyperglycemiaLangerhans isletspathogenesisstreptozotocinбета-клеткигипергликемияпатогенезсахарный диабетстрептозотоцинэкспериментальные лабораторные животныеThe research was carried out within the state assignment of Koltsov Institute of Developmental Biolog (“Mechanisms of cell differentiation in morphogenesis and restoration processes” No. 0108-2018-0004).Работа выполнена в рамках Государственного задания ИБР РАН им. Н.К. Кольцова «Механизмы клеточной дифференциации в морфогенезе и процессах восстановления» (№ 0108-2018-0004).[1] // WHO Bulletin No. 312, April 2016 // WHO Bulletin 2016, №312[2] Balabolkin M.I., Dedov I.I. // Diabetes mellitus. 2000, №3, P.2-10[3] Eisenbarth G.S. // N. Engl. J. Med. 1986, №314, P.1360-1368[4] Daaboul J., Schtz D. // Rev. Endocr. Metab. Disord. 2003, №4, P.317-323[5] Nikonova T.V. // Diabetes mellitus. 2006, №3, P.59-64[6] Ide A., Eisenbarth G.S. // Rev. Endocr. Metab. Disord. 2003, №4, P.243-253[7] Hyttinen V., Kaprio J., Kinnunen L., Koskenvuo M., Tuomilehto J. // Diabetes. 2003, №52, P.1052-1055[8] Atkinson M.A. // Diabetes. 2005, V.54, №5, P.1253-1263[9] Homo-Delarche F., Drexhage H.A. // Trends Immunol. 2004, №25, P.222-229[10] Mokhort T.V., Melnov S.V., Goranov V.A. // Problems of Endocrinology. 2000, V.46, №2, P.8-13[11] Kawasaki E., Abiru N., Eguchi K. // Diabetes Res. Clin. Practice. 2004, №66, P.27-32[12] Rees D.A., Alcolado J.C. // Diabetic Medicine. 2005, №4, P.359-370[13] Baranov V.G. // Experimental Diabetes Mellitus. Moscow: Nauka. 1983. 240 p. 1983[14] Karkishchenko N.N. // The Basics of Biomodelling. Moscow: VPK. 2004. 608 p. 2004[15] Lukačínová A., Hubková B., Rácz O., Ništiar F. // Diabetes Mellitus - Insights and Perspectives / Ed. Oluwafemi O. Oguntibeju. L.: InTech, 2013. Ch.13 2013[16] King A.J. // Br. J. Pharmacol. 2012, V.166, №3, P.877-894[17] Choi S.B., Park C.H., Choi M.K., Jun D.W., Park S. // J. Biotech. Biochem. 2004, V.68, P.2257-2264[18] Masiello P. // Internat. J. Biochem. Ceil Biol. 2006, V.38, №5-6, P.873-893[19] Green E.A., Flavel R.A. // Immunol. Rev. 1999, V.169, P.11-22[20] Yang Y., Santamaria P. // Clin. Sci. (London). 2006, V.110, №6, P.627-639[21] Lenzen S., Tiedge M., Elsner M., Lortz S., Weiss H., Jörns A., Klöppel G., Wedekind D., Prokop C.M., Hedrich H.J. // Diabetologia. 2001, №44, P.1189-1196[22] Wallis R.H., Wang K., Marandi L., Hsieh E., Ning T., Chao G.Y., Sarmiento J., Paterson A.D., Poussier P. // Diabetes. 2009, №58, P.1007-1017[23] Todd J.A., Wicker LS. // Immunity. 2001, V.15, №3, P.387-395[24] Driver J.P., Serreze D.V., Chen Y.G. // Semin. Immunopathol. 2011, №33, P.67-87[25] Niens M., Grier A.E., Marron M., Kay T.W., Greiner D.L., Serreze D.V. // Diabetes. 2011, №60, P.1229-1236[26] Herrath M.G., Nepom G.T. // J. Exp. Med. 2005, V.202, №9, P.1159-1162[27] Herrath M.G., Nepom G.T. // Nat. Immunol. 2009, V.10, №2, P.129-132[28] Chan O., Inouye K., Akirav E.M., Park E., Riddell M.C., Matthews S.G., Vranic M. // Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 2005, V.289, №1, P.235-246[29] Mathews C.E. // Pediatr. Diabetes. 2005, V.6, №3, P.165-177[30] Yoon J.W., Jun H.S. // Ann. N. Y. Acad. Sci. 2001, №928, P.200-211[31] Wicker L.S., Clark J., Fraser H.I., Garner V.E., Gonzalez- Munoz A., Healy B., Howlett S., Hunter K., Rainbow D., Rosa R.L. // J. Autoimmun. 2005, №25, SSuppl, P.29-33[32] Toyoda H., Formby B. // Bioessays. 1998, V.20, №9, P.750-757[33] O’Reilly L.A., Gu D., Sarvetnick N. // Diabetes. 1997, V.46, P.4599-4606[34] Brown G.R., Silva M.D., Thompson P.A., Beutler B. // Diabetologia. 1998, V.41, №12, P.1502-1510[35] Gonzalez C., Ménissier De Murcia J., Janiak P., Bidouard J.P., Beauvais C., Karray S., Garchon H.J., Lévi-Strauss M. // Diabetes. 2002, V.51, №5, P.1470-1476[36] Babaya N., Ikegami H., Fujisawa T., Nojima K., Itoi-Babaya M., Inoue K., Ohno T., Shibata M., Ogihara T. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2005, V.328, №1, P.158-164[37] Masutani M., Suzuki H., Kamada N., Watanabe M., Ueda O., Nozaki T., Jishage K., Watanabe T., Sugimoto T., Nakagama H. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1999, V.96, №5, P.2301-2304[38] Baxter A.G., Duckworth R.C. // Drug Discovery Today. 2004, №4, P.451-455[39] Turk J., Corbett J.A., Ramanadham S., Bohrer A. // Biochem. Biophis. Res. Commun. 1993, V.197, №3, P.1458-1464[40] Hosokawa M., Doici W., Thorens B. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2001, V.289, №5, P.1114-1117[41] Roep B.O., Atkinson M., Herrath M. // Nat. Rev. Immunol. 2004, V.4, №12, P.989-997[42] Mordes J.P., Bortell R., Blankenhorn E.P., Rossini A.A., Greiner D.L. // ILAR J. 2004, V.45, №3, P.278-291[43] Mathews C.E., Langley S.H., Leiter E.H. // Transplantation. 2002, V.73, №8, P.1333-1336[44] Zhou C., Pridgen B., King N., Xu J., Breslow J.L. // J. Lipid Res. 2011, V.52, №8, P.1483-1493[45] Drel V.R., Pacher P., Stavniichuk R., Xu W., Zhang J., Kuchmerovska T.M., Slusher B., Obrosova I.G. // Int. J. Mol. Med. 2011, №28, P.629-635[46] Cailat-Zucman S., Bach J.F. // Clin. Rev. Allerg. Immunol. 2000, V.19, №3, P.227-246[47] Vandewalle C.L., Falorni A., Lernmark A., Goubert P., Dorchy H., Coucke W., Semakula C., Van der Auwera B., Kaufman L., Schuit F.C. // Diabetes Care. 1997, V.20, №10, P.1547-1552[48] Chen H., Zheng C., Zhang X., Li J., Li J., Zheng L., Huang K. // Peptides. 2011, V.32, №8, P.1634-1639[49] Dufrane D., van Steenberghe M., Guiot Y., Goebbels R.M., Saliez A., Gianello P. // Transplantation. 2006, №81, P.36-45[50] Rackham C.L., Chagastelles P.C., Nardi N.B., Hauge-Evans A.C., Jones P.M., King A.J. // Diabetologia. 2011, №54, P.1127-1135[51] Jederstrom G., Grasjo J., Nordin A., Sjoholm I., Andersson A. // Diabetes Technol. Ther. 2005, V.7, №6, P.948-957[52] Kargar C., Ktorza A. // Diabetes Obes. Metab. 2008, №10, S4, P.43-53[53] Deeds M.C., Anderson J.M., Armstrong A.S., Gastineau D.A., Hiddinga H.J., Jahangir A., Eberhardt N.L., Kudva Y.C. // Lab. Anim. 2011, V.45, №3, P.131-140[54] Makhlouf L., Duvivier-Kali V.F., Bonner-Weir S., Dieperink H., Weir G.C., Sayegh M.H. // Transplantation. 2003, V.76, №4, P.657-664[55] Sheshala R., Peh K.K., Darwis Y. // Drug Dev. Ind. Pharm. 2009, V.35, №11, P.1364-1374[56] Baeyens L., De B.S., Lardon J., Mfopou J.K., Rooman I., Bouwens L. // Diabetologia. 2005, V.48, №1, P.49-57[57] Arai T., Kaneko H., Takagi H., Ogino T., Sasaki M., Matsumoto H., Sugawara M. // Vet. Res. Commun. 1996, V.20, №3, P.215-224[58] Yang H., Wrigth J.R. // Endocrinology. 2002, V.143, №7, P.2491-2495[59] Orlovskiy M.A. // Journal AMS of Ukraine. 2006, V.12, №2, P.255-268[60] Hayashi K., Kojima R., Ito M. // Biol. Pharm. Bull. 2006, V.29, №6, P.1110-1119[61] Srinivasan K., Ramarao P. // Indian J. Med. Res. 2007, V.125, №3, P.451-472[62] Kromann H., Christy M., Lernmark A., Nedergaard M., Nerup J. // Diabetologia. 1982, V.22, №3, P.194-198[63] Orlovskiy M.A. // Pathology. 2004, V.1, №1, P.21-26[64] Reddy S., Sandler S. // Autoimmunity. 1995, V.22, №2, P.121-126[65] Wright J.R., Abraham C., Dickson B.C. // Gen. Comp. Endocrinol. 1999, V.114, №3, P.413-440[66] El-Seweidy M.M., El-Swefy S.E., Ameen R.S., Hachem R.M. // Parmacol. Res. 2000, V.45, №5, P.391-398[67] Gai W., Schott-Ohly P., Schulte im Walde S., Gleichmann H. // Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes. 2004, V.112, №1, P.29-37[68] Sharma B.R., Kim M.S., Rhyu D.Y. // J. Tradit. Chin. Med. 2016, V.36, №1, P.71-77[69] Gu D., Arnuch M., Sawyer S.P., Sarvetnick N. // Am. J. Physiol. 1995, V.269, №6, P.1089-1094[70] Fisher M.M., Perez Chumbiauca C.N., Mather K.J., Mirmira R.G., Tersey S.A. // Endocrinology. 2013, V.154, №9, P.3476-3481[71] Lee J.H., Yang S.H., Oh J.M., Lee M.G. // J. Pharm. Pharmacol. 2010, V.62, №1, P.1-23[72] Szkudelski T. // Physiol. Res. 2001, V.50, №6, P.537-546[73] Lenzen S. // Diabetologia. 2008, №51, P.216-226[74] Mythili M.D., Vyas R., Akila G., Gunasekaran S. // Microsc. Res. Tech. 2004, V.63, №5, P.274-281[75] Imai Y., Patel H.R., Hawkins E.J., Doliba N.M., Matschinsky F.M., Ahima R.S. // Endocrinology. 2007, V.148, №12, P.5716-5723[76] Cardinal J.W., Allan D.J., Cameron D.P. // J. Mol. Endocrinol. 1999, V.22, №1, P.65-70[77] Cardinal J.W., Allan D.J., Cameron D.P. // Endocrinology. 1998, V.139, №6, P.2885-2891[78] Bellmann K., Wenz A., Radons J., Burkart V., Kleemann R., Kolb H. // J. Clin. Invest. 1995, V.95, №6, P.2840-2845[79] Burkart V., Blaeser K., Kolb H. // Horm. Metab. Res. 1999, V.31, №12, P.641-644[80] Charron M.J., Bonner-Weir S. // Nat. Med. 1999, V.5, №3, P.268-270[81] Elsner M., Guldbakke B., Tiedge M., Munday R., Lenzen S. // Diabetologia. 2000, V.43, №12, P.1528-1533[82] Dekel Y., Glucksam Y., Elron-Gross I., Margalit R. // Lab. Anim. (NY). 2009, V.38, №2, P.55-60[83] Lee J.Y., Kim M.J., Moon C.K., Chung J.H. // Biochem. Pharmac. 1993, V.46, №11, P.2111-2113[84] Wada R., Yagihashi S. // Virchows Archiv. 2004, V.444, №4, P.375-382[85] Heitmeier M.R., Scarim A.L., Corbett J.A. // J. Biol. Chem. 1997, V.272, №21, P.13697-13704[86] Chaudhry Z.Z., Morris D.L., Moss D.R., Sims E.K., Chiong Y., Kono T., Evans-Molina C. // Lab. Anim. 2013, V.47, №4, P.257-265[87] Husseiny M.I., Kaye A., Zebadua E., Kandeel .F., Ferreri K. // PLoS One. 2014, V.9, №4, 94591[88] Akirav E.M., Lebastchi J., Galvan E.M., Henegariu O., Akirav M., Ablamunits V., Lizardi P.M., Herold K.C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011, V.108, №47, P.19018-19023[89] Yamamoto H., Uchigata Y., Okamoto H. // Nature 1981, V.294, №5838, P.284-286[90] Simonsson E., Ahreacute B. // Eur. J. Pharm. 1998, V.350, №2-3, P.243-250[91] Stevens R.B., Sutherland D.E., Ansite J.D., Saxena M., Rossini T.J., Levay-Young B.K., Hering B.J., Mills C.D. // J. Immunol. 1987, V.159, №11, P.5329-5335[92] Fisher M.M., Watkins R.A., Blum J., Evans-Molina C., Chalasani N., DiMeglio LA., Mather K.J., Tersey S.A., Mirmira R.G. // Diabetes. 2015, V.64, №11, P.3867-3872[93] Szkudelski T. // Exp. Biol. Med. (Maywood). 2012, V.237, №5, P.481-490[94] Tsuji A., Sakurai H. // Bioch. Biophys. Res. Commun. 1998, V.245, №1, P.11-16[95] Howart F.C., Qureschi A., Shahin A., Lukic M.L. // Mol. Cell. Biochem. 2005. V. 269. № 1-2. 2005, V.269, №1-2, P.103-108[96] Andreone T., Meares G.P., Hughes K.J., Hansen P.A., Corbett J.A. // Am. J. Physiol. Endocrinol. Metab. 2012, V.303, №2, P.172-179[97] Arnush M., Scarim A.L., Heitmeier M.R., Kelly C.B., Corbett J.A. // J. Immunol. 1998, V.160, №6, P.2684-2691[98] Rabinovitch A. // Diabet. Met. 1998, V.14, №2, P.129-151[99] Leiter E.H., von Herrath M. // Diabetologia. 2004, V.47, №10, P.1657-1660[100] Roep B.O., Atkinson M. // Diabetologia. 2004, V.47, №10, P.1650-1656[101] Mestas J., Hughes C.C. // J. Immunol. 2004, V.172, №5, P.2731-2738