Revvity小动物活体光学成像技术已在生命科学基础研究、临床前医学研究及药物 研发等领域得到广泛应用。在众多应用领域中，糖尿病相关研究是近几年又一兴起的应 用热点之一。将活体光学成像技术应用于糖尿病研究的主要方向包括：1、从特异构建 的发光转基因小鼠中获取具有发光特性的胰岛，进行胰岛移植相关研究；2、利用荧光 素酶基因标记相关治疗用细胞，观测治疗用细胞在活体动物体内的分布、器官靶向及对 糖尿病的治疗效果；3、通过构建荧光素酶基因表达载体或转基因动物，研究糖尿病相 关基因表达及信号通路。下面结合一些具体实例进行阐述：

一. 胰岛移植相关研究

I 型糖尿病，即胰岛素依赖性糖尿病，是由感染、毒物等因素诱发机体产生异常自 身体液和细胞免疫应答，导致胰岛β细胞损伤，胰岛素分泌减少。胰岛移植的主要适应 症为胰岛素依赖型糖尿病。众多实验研究证实，胰岛移植不仅可以纠正实验动物的糖尿 病状态，而且可有效地防止糖尿病微血管病变的发生、发展，促进糖代谢内环境稳定， 降低死亡率。

应用活体光学成像技术可以在活体动物水平长期监测胰岛移植的存活。为了实现这 一应用，研究者首先需要对胰岛进行光学标记，通常采用的方法是利用荧光素酶基因标 记胰岛素基因启动子，而构建胰腺特异性发光的转基因动物，从该转基因动物体内即可 直接提取具备发光特性的胰岛。

从转基因小鼠获取发光的胰岛之后，便可开展胰岛移植的相关观测实验。如观测不 同数量或不同部位胰岛移植的存活情况。如下图所示，应用 IVIS 系统可以观测胰岛在 不同部位的移植情况，并且基于 IVIS 系统的超高灵敏度，可以观测到少量胰岛移植后的发光情况。

应用胰岛移植治疗糖尿病的一个限制因素是缺少足够的同种供体，解决供体来源的 一个途径便是异种移植。而异种移植通常会引发受体体内的免疫排斥，造成移植失败。 因此，研究如何通过有效方式抑制异种移植而产生的免疫排斥，也是胰岛移植研究的一 个热点。应用活体光学成像技术可以在活体水平观测评价不同方式对于免疫排斥的抑制 效果。

如Chen 等通过利用抗淋巴细胞血清这种免疫抑制剂处理异种移植受体小鼠，有效 抑制了免疫排斥，成功移植了从异种小鼠取出的胰岛。如下图所示，在没有经抗淋巴细 胞血清（Antilymphocyte Serum，ALS）处理的 Balb/c 糖尿病小鼠肾包膜移植从 FVB-Tg(RIP-luc)转基因小鼠中取出的胰岛，在胰岛移植后十几天，由于免疫排斥作用， 胰岛的发光信号逐渐减弱并消失，导致体内血糖浓度重新升至高浓度水平；而若当移植 的胰岛信号出现下降初期时，用 ALS 处理，则能够抑制免疫排斥，使异种胰岛移植获 得成功，维持体内的正常血糖浓度.

也有一些研究者利用免疫隔离装置提高胰岛移植的成功率。他们将胰岛置于一定形 式的带有微孔的包囊内即可避免免疫活性细胞与移植入的胰岛细胞的直接接触，从而避 免排斥反应，而胰岛细胞所分泌的小分子物质可以通过微孔弥散至包囊外进入血液循 环，从而维持正常的血糖浓度。如Lee等应用免疫隔离装置将从FVB-Tg(RIP-luc)转基 因小鼠中取出的胰岛，成功移植入异种的ICR小鼠体内，并长期存活，如下：

二.针对糖尿病的细胞治疗研究

针对糖尿病的细胞治疗是近些年兴起的一个研究领域。应用活体光学成像技术，可 以在活体动物水平，观测经光学标记的治疗用细胞在体内的分布、靶向及治疗效果。如 Creusot 等利用IVIS 系统观测了表达IL-4的树突细胞（dendritic cells，DC）在糖尿病小 鼠体内的分布、组织靶向及治疗效果。之前的研究结果显示，IL-4表达的不足在糖尿病病人或小鼠中均存在，而将IL-4 注入小鼠体内能够防止I型糖尿病的发生，说明IL-4 可能在I型糖尿病的发生发展中起调节作用。因此，研究者基于这一推测，将IL-4导入 经荧光素酶基因标记的DC中而获得表达IL-4的发光DC（基于DC能够迁移至各种组 织或淋巴结而起免疫调节作用，因此是一种理想的细胞治疗载体），并将上述 DC 经尾 静脉注入前期糖尿病的小鼠体内，利用IVIS系统观测DC在体内的分布、靶向及对糖 尿病的治疗效果。结果显示，DC主要靶向分布于脾及胰腺淋巴结，并能够延迟或阻止 糖尿病的发生。

应用能够分化为胰岛细胞的干细胞，也是进行糖尿病治疗的一个有效途径。Raikwar 等从经荧光素酶基因标记的小鼠胚胎干细胞中诱导分化出胰腺内胚层类细胞（pancreatic endoderm-like cells ，PELC），体外实验显示 PELC 能够进一步分化为胰岛素生产细胞 （insulin-producing cells，IPC），随后，研究者将 PELC 移植入糖尿病小鼠肾包膜中，并 用IVIS系统观测了PELC在小鼠体内的分布及对糖尿病的治疗情况。结果显示，PELC 会特异性靶向分布于胰腺、肝部及肾部，并能有效降低发病小鼠体内的血糖浓度，如下 图所示：

三.糖尿病相关信号通路研究

对于糖尿病相关基因表达及信号通路的研究，是了解糖尿病发病机理的基础。应用 荧光素酶基因可以标记糖尿病特异性基因，构建出表达载体，并利用活体光学成像技术， 在活体动物水平研究疾病相关的信号通路。如Dentin等发表于2007年Nature的一篇文 献报道了通过应用荧光素酶基因标记的cAMP响应元件（CRE-luc），研究了控制糖异 生相关基因表达的一个关键分子开关TORC2/CRTC2的作用。研究者通过水动力注射法 将CRE-luc 表达载体经尾静脉注入正常小鼠体内，由于采用水动力注射方法，因此，该 表达载体将在一定时间内稳定存留于小鼠肝脏中，使得研究者能够借助该表达载体观测 禁食及再进食小鼠肝脏中的糖异生情况。在禁食小鼠中，禁食会导致血糖浓度降低，从 而激活胰高血糖素（Glucagon）所调控的糖异生信号通路，因此，在肝脏中能够观测到 由于CRE-luc的表达激活而出现的光信号；而当小鼠再进食后，由于血糖浓度升高，而 主要激活胰岛素调控的糖酵解通路，因此，肝脏中CRE-luc的表达被抑制，光信号消失； 而当用TORC2 siRNA处理禁食小鼠后，本该大量表达的CRE-luc表达被抑制（减弱的 光信号），说明TORC2在糖异生相关基因的表达调控中起重要作用。事实上，TORC2 是糖异生相关基因表达的关键共激活因子，它与cAMP响应元件结合蛋白（CREB）共 同控制着糖异生相关基因的表达。当胰高血糖素激活cAMP信号通路后，TORC2会被 去磷酸化而进入细胞核，与CREB协同开启基因的表达；而当胰岛素激活糖酵解通路时， TORC2会被磷酸化而排出细胞核，并在细胞质中被泛素化而降解。