Aspects méthodologiques

La Streptozotocine (2-désoxy-2- (3-méthyl-3-nitrosouréido)-d-glucopyranose), un antibiotique aux effets antinéoplasiques produit par la bactérie Streptomyces achromogenes, détruit sélectivement les cellules β des îlots pancréatiques de Langerhans (Fig. . 9.1).11 La streptozotocine induit des ruptures de brins d’ADN et une alkylation de l’ADN, ce qui entraîne une nécrose des cellules β pancréatiques.La streptozotocine 12,13 est transportée à l’intérieur de la cellule β par le transporteur de glucose GLUT2, et l’expression de GLUT2 est donc nécessaire pour l’effet toxique.13,14 Les voies de signalisation de l’effet toxique de la streptozotocine impliquent l’activation de la NO-synthase inductible, l’augmentation de la concentration de NO, 15 et l’augmentation de la génération de H2O2.16

FIGURE 9.1. Histologie et immunohistochimie des îlots pancréatiques de Langerhans chez des rats témoins (panneau de gauche) et diabétiques induits par la streptozotocine (panneau de droite).

Chez les rats diabétiques, le nombre et la taille des îlots ont été réduits et l’immunoréactivité à l’insuline a été diminuée.

Le développement du diabète sucré après l’application de la streptozotocine est très rapide, en particulier chez le rat. La sensibilité des cellules β au glucose est déjà significativement réduite 2 heures après l’application de la streptozotocine; la destruction et la réduction significative du nombre de cellules β se produisent plusieurs heures après l’application.17 Cela s’accompagne de modifications des taux plasmatiques de glucose et d’insuline: 2 heures après l’application, une hyperglycémie sans modification des taux d’insuline plasmatique et pancréatique se développe, suivie d’une hypoglycémie avec augmentation des taux plasmatiques d’insuline mais sans modification du taux d’insuline pancréatique. Un jour après l’application de la streptozotocine, les rats présentent tous les symptômes caractéristiques du diabète, notamment une hyperglycémie, une glycosurie, une polyurie et une diminution des taux plasmatiques et pancréatiques d’insuline.18

La streptozotocine peut être appliquée en une dose unique ou de manière répétée, généralement dissoute dans du tampon citrate (pH 4.5), par injection intraveineuse, intrapéritonéale ou intra-artérielle. Dans nos expériences, le diabète a été induit de manière fiable par une injection intraveineuse unique de streptozotocine dissoute dans un tampon citrate dans la veine de la queue, à une dose de 65 mg / kg de poids corporel. La dose nécessaire pour l’induction du diabète chez le rat varie entre 40 et 60 mg / kg de poids corporel, bien que des valeurs plus élevées soient parfois rapportées.19 Les symptômes diabétiques sont bien corrélés avec la dose utilisée. En général, à des doses inférieures à 40 mg / kg de poids corporel, seules de légères modifications de la glycémie, de la glycosurie et des taux plasmatiques d’insuline sont observées, et ces légères modifications ont tendance à se normaliser spontanément chez jusqu’à 25% des animaux.18 Avec une dose suffisante de streptozotocine, l’induction du diabète chez le rat est facile, rapide et fiable. Dans la majorité des études utilisant ce modèle chez le rat, cependant, la pathogenèse du diabète et les symptômes associés n’ont été étudiés que pendant plusieurs semaines ou plusieurs mois, au cours desquels le diabète est pleinement développé et maintenu. Les effets à long terme de la streptozotocine et la récupération possible du diabète induit par la streptozotocine ont été beaucoup moins explorés.

Dans nos expériences, nous avons suivi des rats atteints de diabète induit par la streptozotocine pendant 1 an, et une récupération a été observée chez une proportion significative d’animaux. Les 152 rats ont tous montré un diabète à part entière pendant les 6 premiers mois de l’expérience; dans la seconde moitié de l’année, deux groupes différents ont pu être clairement distingués. Dans le groupe diabétique (n = 92), la glycémie est restée élevée (> 18 mmol / L), le poids corporel n’a pas augmenté, les taux plasmatiques d’insuline ont été maintenus bas et l’analyse histologique a révélé une réduction du nombre et de la taille des îlots pancréatiques, avec un manque de cellules sécrétant de l’insuline. En revanche, le groupe de récupération (n = 60) a montré des différences significatives dans la seconde moitié de l’année, qui n’avaient pas été présentes au cours des 6 premiers mois de l’expérience: glycémie inférieure (< 12 mmol / L), poids corporel en augmentation constante et taux plasmatiques d’insuline plus élevés, qui se rapprochent des valeurs trouvées chez les animaux témoins. De plus, la structure histologique des îlots pancréatiques était similaire à celle des animaux témoins, avec un certain nombre de cellules β bien conservées. Par conséquent, après 6 mois, un groupe important d’animaux ( 4 40%) a montré une récupération significative, avec un certain nombre de paramètres se rapprochant des valeurs observées chez les animaux témoins non diabétiques. Le seul test capable de distinguer de manière fiable les animaux de récupération des témoins non diabétiques était le test de tolérance au glucose. Le test de tolérance au glucose a été effectué aux 9e et 12e mois de l’expérience, et la courbe pour les animaux de récupération a montré des valeurs pathologiques clairement similaires au groupe diabétique et significativement différentes de celles des animaux témoins non diabétiques. Les deux groupes de streptozotocines ont répondu par une diminution de la sécrétion d’insuline. En conclusion, le diabète sucré induit par la streptozotocine chez le rat était stable pendant 6 mois; par la suite, cependant, une récupération significative s’est développée chez 4 40% des animaux. L’insuffisance fonctionnelle de la récupération au cours de cette période (7 à 12 mois après l’application de streptozotocine) peut être découverte par le test de tolérance au glucose. La sécrétion d’insuline chez les animaux de récupération est probablement suffisante au repos; cependant, une charge de glucose accrue démasque la tolérance au glucose encore altérée. Chez la majorité des animaux (∼ 60%), aucun rétablissement n’a été observé et un diabète sévère a persisté tout au long de la période de 12 mois. Une récupération spontanée du diabète induit par la streptozotocine a déjà été décrite chez des rats néonatals, chez lesquels la streptozotocine a été appliquée à la naissance20 et chez des animaux adultes, mais avec une faible dose de streptozotocine.21,22

La streptozotocine est également utilisée pour l’induction du diabète chez d’autres espèces, outre le rat. Chez la souris, le diabète de type I peut être induit soit par une dose unique plus élevée de streptozotocine, soit par l’application répétée de doses plus faibles, toutes deux appliquées par voie intrapéritonéale. Dans le cas d’une application à dose unique, une induction fiable est décrite pour des doses de 200 mg / kg.23,24 Un inconvénient sérieux de l’application en dose unique est la létalité immédiate très élevée (jusqu’à 90% pour 180 mg / kg entre nos mains). L’application répétée de streptozotocine est généralement effectuée avec des doses de 40 à 50 mg / kg par jour appliquées pendant 5 jours consécutifs.25 Les symptômes diabétiques caractéristiques (hyperglycémie, glycosurie, poids corporel stagnant) se développent après l’application de la dernière dose. Les souris présentent généralement des différences intergénérationnelles significatives: chez les souris mâles, les taux plasmatiques de glucose après application de streptozotocine étaient significativement plus élevés que chez les souris femelles. Étant donné que l’administration de testostérone est connue pour augmenter la réponse hyperglycémique chez les mâles et les femelles castrés ainsi que chez les femelles non castrées, elle contribue probablement aux effets diabétogènes de la streptozotocine.26

Les résultats chez le cobaye sont controversés. Selon certaines études, les cobayes sont résistants aux effets diabétogènes de la streptozotocine.27 En revanche, d’autres études décrivent un modèle de cobaye fiable du diabète induit par la streptozotocine, sur la base d’un taux de croissance réduit, d’un dysfonctionnement des cellules β, d’une polydipsie, d’une polyurie et d’une glycosurie.28 Des différences dans les méthodes expérimentales d’induction du diabète, en particulier le dosage et l’application, peuvent être responsables de ces divergences. Les méthodes les plus fortement recommandées comprennent l’application intracardiaque de streptozotocine (200 mg / kg) précédée d’une administration d’insuline, 29 l’injection intracardiaque de streptozotocine (150 mg / kg) sans insuline, 28 ou l’application intraveineuse de streptozotocine.30 Sur la base des différences dans la méthode d’induction du diabète, les paramètres diabétiques, l’évolution temporelle de la maladie et la létalité associée diffèrent également entre les modèles. Dans nos conditions expérimentales, alors que l’application intrapéritonéale de streptozotocine (300 mg/kg) n’induisait aucun symptôme diabétique, l’administration intraveineuse de streptozotocine (150 mg/kg) entraînait une glycosurie importante. L’analyse histologique du pancréas n’a révélé aucun signe de destruction des îlots, quelle que soit la méthode d’administration de la streptozotocine. Même la glycosurie observée après administration intraveineuse de streptozotocine peut ne pas être le symptôme diabétique, mais plutôt le résultat d’un effet néphrotoxique direct de la streptozotocine, qui a été décrit chez des patients. Cette hypothèse est étayée par le fait qu’une administration quotidienne d’insuline (5 ui / kg) n’a pas empêché la glycosurie.

En ce qui concerne le modèle du diabète chez le lapin, les études utilisant le modèle induit par l’alloxane prévalent clairement. Les études sur le diabète induit par la streptozotocine chez le lapin sont rares et contradictoires. Il existe des preuves d’effets diabétogènes de la streptozotocine chez les lapins adultes ainsi que chez les fœtus, mais d’autres études contestent cette possibilité.27,31-34

Chez les grands mammifères, la streptozotocine a été utilisée avec succès pour induire le diabète chez le chien et le porc. Chez le chien, l’application de streptozotocine était associée à une mortalité élevée et, par conséquent, plusieurs techniques ont été développées pour réduire la dose de streptozotocine et la mortalité associée. Freyse et coll.35 pancréatectomie partielle combinée et perfusion de streptozotocine à faible dose (2 mg / kg) dans l’artère pancréaticoduodénale supérieure. D’autres techniques comprennent une administration intraveineuse combinée de streptozotocine et d’alloxane et une perfusion intra-artérielle suprarénale de streptozotocine et d’alloxane après occlusion par ballonnet de l’aorte abdominale juxtarénale.36,37 Une autre espèce de grand mammifère sensible aux effets diabétogènes de la streptozotocine est le porc (et le minipig). Pour un effet diabétogène fiable de la streptozotocine chez le porc et le minipig, une dose de 100 à 150 mg / kg est nécessaire.38 Chez les minipigs, une induction réussie du diabète par deux faibles doses (40 mg / kg) a également été rapportée.39