糖尿病は、相対的あるいは絶対的なインスリン不足を特徴とする慢性疾患で、高血糖を引き起こします。慢性的な高血糖は、神経障害、腎症、網膜症などの複数の合併症を引き起こし、心血管疾患のリスクを高めます。世界保健機関（WHO）によると、糖尿病は2030年までに世界第7位の死因になると推定されています。

最もよく知られる糖尿病として、1型糖尿病（T1D）と2型糖尿病（T2D）があります。いずれも非常に複雑な遺伝的要因と環境要因の相互作用により発症する多因子疾患です。2019年現在、世界では4億6,300万人が糖尿病を患っており、その約9割を2型糖尿病が占めていると推定されています。2型糖尿病の発症リスクには、肥満、食生活の乱れ、運動不足などの生活習慣が重要な影響を及ぼしていると言われています。

世界的に糖尿病の発症率が高いことから、新しい抗糖尿病薬の開発とその作用機序の解明に向けた広範な研究が、ますます必要となっています。そのため、近年、多くの糖尿病モデル動物が開発や改良されており、中でもラットとマウスは最も包括的なモデルとなっています。

1型糖尿病（T1D）モデル動物

1型糖尿病は、膵島のインスリン産生β細胞の消失により、インスリン不足になることが主な特徴として挙げられます。1型糖尿病のモデル動物には、自己免疫性糖尿病を自然発症するげっ歯類と、膵臓切除やβ細胞の化学的アブレーションによって構築された非げっ歯類の大型動物モデルがあります。T1Dモデル動物の構築には、抗インスリン血清の使用、膵臓切除、グルコース注入、β細胞傷害性薬剤、ウイルスなど、様々な方法が確立されています。これらは、T1Dの病態解明のみならず、治療効果の期待できる新しい治療法（単剤・併用療法）の評価など、基礎・前臨床研究において非常に重要な役割を担っています。1型糖尿病の自然発症モデルは5種類あり、最も広く用いられているのは、非肥満性糖尿病（NOD）マウスとバイオブリーディング（BB）ラットです。

図1. 1型糖尿病（T1D）マウスモデル

NODマウス

NODマウスは1974年に大阪の塩野義製薬中央研究所によって開発され^[4]、自己免疫疾患（T1Dなど）の病態生理メカニズムの研究に適した動物モデルとして知られています。NODマウスは、生後3-4週齢で膵島炎を発症し、膵島には自然免疫細胞（主にCD4+リンパ球、CD8+リンパ球のほか、ナチュラルキラー（NK）細胞やB細胞、樹状細胞、マクロファージ、好中球）が浸潤します^[5][6]。NODマウスにおけるこの過程はヒトと同じであり、ヒトの膵島浸潤でも同様の免疫細胞が見られます^[7]。生後約4-6週齢から、自然免疫細胞の膵島への浸潤は、さらに適応免疫系のCD4+およびCD8+ T細胞サブセットを誘引します^[8]。上記のような自然免疫細胞および適応免疫細胞による膵島への浸潤活動は、免疫反応やアポトーシスによる膵島細胞の破壊を開始し、これが糖尿病発症の必要条件とされます。さらに、膵島炎によりβ細胞が破壊され、顕性糖尿病発症後10-14週で膵臓インスリンの約90％が失われます。その結果、糖尿病のNODマウスは急速に体重が減少し、30週齢まで長く生き続けるためにインスリン治療が必須となります。

このモデルは、ヒトと同様の疾患を自然発症するため、疾患の特徴づけにおいてヒトに酷似しています。NODマウスモデルは、新しいヒトに似た自己抗原やバイオマーカーの同定、研究者による治療標的の設計やスクリーニングなど、病態の理解に非常に重要な役割を担っています^[9]。

NODマウスとヒトでは、膵臓β細胞の機能だけでなく、免疫機能と制御に関連する50以上の遺伝子座が見つかっており、これらはT1Dへの感受性の媒介に重要な働きをしています^[10]。しかし、NODマウスやヒトの感受性のほとんどは、主要組織適合遺伝子複合体（MHC）クラスIIという単一の遺伝子座に起因しています^[11]。多くの研究から、NODマウスのMHCクラスIIタンパク質はヒトと構造的に類似しており、このことがNODマウスとヒトの両方における本疾患に対する抵抗性や感受性に寄与している可能性があることが示されています^[12]。したがって、NODマウスは、自己免疫反応の制御に関連した治療法を試すための、理想的な臨床動物モデルであると考えられています。

バイオブリーディング・ダイアベティス・プローン[BB]ラット

BBまたはBBDPラットとして知られるバイオブリーディングラットは、自己免疫性1型糖尿病を自然発症する近交系実験用ラット系統です。元々はカナダの近交系Wistarラットのコロニーから派生し、その後、BBラットのコロニーが個別に確立されました。有名なものとして、マサチューセッツ州ウースターの近交系BBDP/Wor、カナダのオタワにある近交系BBdpが挙げられます。BBラットは一般に発育期以降に糖尿病を発症し（すなわち約90％）、性差も見られません。BBラットの糖尿病表現型は非常に極端で、高血糖、低インシュリン血症、体重減少、ケトン尿が特徴です[3]。発症後、BBラットは生存を維持するために直ちにインスリン療法が必要とされます。不感症のBBラットは、T細胞、B細胞、マクロファージ、NK細胞などの主要な免疫細胞を有しますが、CD4+ T細胞は著しく減少し、CD8+ T細胞はほとんど消失しています。さらに、ART2+ T細胞の不足もラットで実証されており、ART2は免疫調節作用を持つ細胞の同定に必要な成熟T細胞アロ抗原を表しています。BBラットは膵島移植における免疫寛容を誘導するための好ましい小動物モデルであり^[2]、糖尿病性神経障害の介入研究および遺伝子研究に用いられています。BBラットは雌雄ともに膵炎を発症し、その後β細胞の選択的破壊が起こり、50-90日齢で糖尿病を発症します。自然発症した糖尿病BBラットの不感症の自然経過は、NODマウスのそれとは異なります。

2型糖尿病（T2D）モデル動物

2型糖尿病は、肥満動物、非肥満動物の両方において、異なる程度のインスリン抵抗性やβ細胞機能障害が示されています。したがって、2型糖尿病の動物モデルには、主にインスリン抵抗性モデルおよび/またはβ細胞機能障害モデルが含まれます。2型糖尿病の動物モデルの多くは肥満モデルであり、肥満がヒトの2型糖尿病の発症と密接に関係していることを示しています。T2D動物モデルの確立は、基礎研究および前臨床研究の双方において大きな意義があります^[13]。一般的な自然発症の2型糖尿病モデルとしては、Lepob/obマウス、Zucker脂肪ラット、Zucker糖尿病脂肪ラットラットなどがあります。T2D動物モデルの確立には、単発性肥満、多発性肥満、高脂肪食、非肥満モデル、遺伝学的誘導モデルなど、様々な方法が存在します。

図2. 1型糖尿病（T2D）マウスモデル

Lepob/obマウス

Lepob/obマウスの高度肥満モデルは、C57BL/6マウスの6番染色体の自然変異によって生じ、1949年にJackson Laboratoryで初めて発見されました。しかし、変異タンパク質がレプチンであることが発見されたのは1994年になってからです^[14]。Lepob/obマウスは生後2週間で高インスリン血症を伴って体重が増え始め、野生型正常マウスの3倍もの体重に達することがあります。高血糖は4週齢以降に起こり、血糖値は徐々に上昇し、3〜5ヶ月でピークに達し、その後、マウスの年齢とともに減少し始めます^[15]。その他の異常症状として、高脂血症、体温調節機能の低下、身体活動量の低下、不妊症などがあります^[16]。さらに、Lepob/obマウスでは、膵島細胞激減やインスリン分泌異常も見られます^[17]。肥満マウスにレプチンを注射すると、体重増加の抑制、摂食量の減少、エネルギー消費量の増加、インスリン感受性の向上が期待できます^[18]。Lepob/obマウスは高インスリン血症と生涯インスリン抵抗性を伴う重度の肥満であり、末梢のインスリン感受性を改善し体重を減らす薬（例：インスリン感作薬、抗肥満薬、その他の抗高血糖薬）の開発にとって有用と考えられます^[19]。

Zucker脂肪ラットとZucker糖尿病性脂肪(ZDF)ラット

Zucker 脂肪ラットは、1961 年にMerck M-StrainとShermanラットを交配して作製されました^[20]。これらのラットはレプチン受容体の変異によって特徴付けられ、貪食作用を誘導することができます。肥満ラットでは、高インスリン血症、高脂血症、高血圧、耐糖能異常などの代謝異常が見られます。雄ラットにレプチンホルモン受容体のホモ接合体変異（fa/fa）を導入し、高エネルギー齧歯類食の影響下で2型糖尿病を発症させます。また、3〜8週齢で重度のインスリン抵抗性と耐糖能異常を発症し、8〜10週齢で高度の糖尿病を発症し、10〜11週齢では摂食状態のグルコース値がさらに上昇し500mg/dLとなります。膵島DNA量の増加が血清インスリンと関連していることが確認でき、膵島過形成がZDFラットの高インスリン血症の発生・進展に重要な役割を担っていることが示唆されています。

肥満ラットは正常ラットよりもトリグリセリドとコレステロールの値が高く、これは骨格筋と膵島脂肪酸の過剰な代謝に起因するとされています ^[23]。肥満のZDFラットは、飽和脂肪とショ糖を多く含む餌を与えることで、非常に高いレベルの脂肪を産生するように誘導することも可能です。ZDFラットに突然変異を誘発することで、Zucker脂肪ラットよりも肥満度が低いが、β細胞のアポトーシスが増加するためインスリン抵抗性が高く、8週目で高インスリン血症となり、その後年齢とともにインスリンレベルが低下することを特徴とする近交系ZDFラットの亜系統を作製することができます^[24]。しかし、雌のZDFラットは顕性糖尿病を発症しません。レプチン受容体欠損雄ZDFラット（ZDF/CrlCrlj）は、前臨床研究において、膵島構造の破壊、B細胞の脱顆粒、およびB細胞死の増加などが認められ、人気のあるT2Dモデルとなっています。

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