耳蜗血-迷路屏障与噪声性听力损伤*

吴军综述 韩维举审校

·综述·

耳蜗血-迷路屏障与噪声性听力损伤*

吴军1，2综述 韩维举1审校

噪声对听力的损害已被人们广泛认识，其对耳蜗的损伤程度取决于噪声的强度和噪声暴露持续时间，高强度的脉冲噪声能够直接导致耳蜗的机械性损伤，而较低强度的噪声可引起内耳感觉细胞的代谢变化并最终启动细胞凋亡［1，2］。噪声性聋的代谢障碍学说认为噪声暴露后，体内自由基产生过多、钙超载、谷氨酸堆积和血-迷路屏障（blood-labyrinth barrier，BLB）通透性增加是噪声性听力损失的主要原因［3，4］。血迷路屏障位于耳蜗外侧壁，对维持耳蜗内电位（endocochlear potential，EP）、调控内耳离子转运和调节内耳体液平衡具有重要的作用。自由基和谷氨酸过量、毛细胞钙超载与血-迷路屏障破坏均可引起内耳微环境改变，使内耳缺血缺氧，加剧了毛细胞的损伤，导致噪声性聋的产生。本文对耳蜗血-迷路屏障与噪声性听力损伤的研究进展综述如下。

1 耳蜗外侧壁结构

耳蜗外侧壁结构包括血管纹和螺旋韧带，在耳蜗内电位（endocochlear potential，EP）的形成中具有至关重要的作用。螺旋韧带由结缔组织细胞、上皮细胞、血管和细胞外基质组成，外侧邻近耳囊，给血管纹提供机械支持［5］。螺旋韧带的纤维细胞可分为四型：I型纤维细胞靠近血管纹，与血管纹的基底细胞有缝隙连接相连；II型纤维细胞聚集在螺旋突区域，其足突互相交错形成复杂的网络，富含线粒体，同样可通过缝隙连接与I型纤维细胞及基底细胞相连，可能起到促进K+循环的作用；III型纤维细胞排列于骨性耳囊，在切片上呈垂直状；IV型纤维细胞为纺锤形，细胞器较少［6］。血管纹是血管化了的上皮组织，由边缘细胞、中间细胞和基底细胞构成［5］。边缘细胞构成内淋巴管的上皮层，富含线粒体和电子致密颗粒，在内淋巴和血管纹组织间形成一个紧密连接的屏障；中间细胞电子密度低，细胞器较边缘细胞少，其足突与边缘细胞广泛接触，使离子交换的表面积最大化；基底细胞沿血管纹的外侧排列，在血管纹和螺旋韧带之间形成紧密连接的屏障，与螺旋韧带的I型和II型纤维细胞以缝隙连接相连［6］。血管纹和螺旋韧带不仅在结构、细胞类型和分布上不同，在功能上可能也有较大差异。螺旋韧带上的毛细血管有平滑肌细胞，多被认为是调节耳蜗外侧壁血流的重要结构。而血管纹上的边缘细胞层、基底细胞层排列紧密，其毛细血管网形成多边环形［7］，研究提示血管纹缺乏或发育不完全的动物耳蜗外侧壁渗透性增加［8］，因此血管纹可能是执行血-迷路屏障功能的主要结构。

2 血-迷路屏障的构成

位于耳蜗外侧壁上的血管纹的毛细血管网平行于边缘细胞和基底细胞，穿行于中间细胞的间隙，毛细血管被边缘细胞和基底细胞的突起所包围并紧密连接，在血液循环和血管纹内之间存在一个严格的、不允许部分物质通过的屏障，类似于血-脑屏障，故称血-迷路屏障［9］。研究显示血管纹处的血-迷路屏障对液体通透的限制甚至比血-脑屏障作用更大，因为血管纹内的饮液小泡的密度更低一些［5］，并且血-迷路屏障对Na+、Cl-和Ca2+的通透性较其他组织屏障更低。传统的观点认为血-迷路屏障由内皮细胞（endothelial cell，EC）和其下方的基底膜（basilar membrane，BM）组成，EC之间通过紧密连接彼此相连，形成了一个滤过屏障，该屏障能够选择性地阻止大部分血源性物质进入内耳，保护听觉器官。近期研究发现，血管纹中间细胞层还含有大量的周细胞（pericyte cell，PC）和血管周围巨噬细胞（perivascular macrophages，PVMs），它们和EC相互靠近并互相作用，共同构成了血-迷路屏障［10］。

PC广泛分布于微血管，是一类环绕在EC表面

的可收缩细胞，它镶嵌于血管基底膜上，PC与EC共同被基底膜包绕，一起构成了微血管和组织间隙的屏障，是维持内环境稳定的重要因素［11］。PC和EC通过一系列信号通路互相作用，进行信号整合，促进细胞的增殖、分化、成熟［11、12］。在中枢神经系统的研究中发现PC是神经血管单元（neurovascular units，NVUs）的重要细胞成分，具有多种功能，在血-脑屏障的发育成熟和维持方面具有重要作用［13］。而近期在对内耳的研究中同样发现耳蜗外侧壁毛细血管网含有数量众多的PC。血管纹和螺旋韧带微血管网中的PC存在形态学差异，螺旋韧带上的PC表达相关蛋白标志物，包括α-SMA、结蛋白Desmin、原肌球蛋白等，而血管纹上的PC中只显示Desmin阳性，不含有收缩性蛋白α-SMA和原肌球蛋白［14］。研究者认为PC在螺旋韧带的微血管中可能有控制局部血流的作用，而血管纹处的PC对维持血-迷路屏障的结构和功能具有重要作用［7，15］。但由于PC具有形态、生化和生理上的异质性，对于耳蜗外侧壁上PC的大部分生理功能及其在耳蜗损伤中的作用都有待进一步研究。

PVMs存在于中枢神经系统及视网膜等多种组织中，表达多种巨噬细胞表面物质，如：白细胞分化抗原（cluster of differentiation）CD45、CD11b，巨噬细胞标志2（macrophage marker 2，MOMA2），主要组织相容性抗原II（major histocompatibiligy antigen molecule II，MHC-II），嗜酸性粒细胞与巨噬细胞受体1（eosinophil and macrophage receptor 1，EMR1）即F4／80等，在体液平衡的维持、神经炎性反应、神经退行性变和创伤应激等方面均具有重要作用。近期的研究发现内耳的血-迷路屏障处也存在PVMs细胞，其胞体为树突状，数支分枝状足突从胞体伸出，沿毛细血管分布，其足突含有丰富的线粒体和囊泡，与EC、PC交织在一起，并与毛细血管壁相接触，是保持血-迷路屏障完整性的重要细胞成分［16］。不同于其他组织处的巨噬细胞，血-迷路屏障处的PVMs不仅具有巨噬细胞的特性，同时具有黑色素细胞的特性，其胞浆内含有黑色素颗粒并表达黑色素细胞标志物GSTα4、GST和Kir4.1，是一种兼具巨噬细胞和黑色素细胞特征的杂交细胞种类［16］。PVMs在血-迷路屏障的分布特点及细胞学特性提示它在维持血-迷路屏障正常结构和功能方面可能发挥重要的作用。

内耳血-迷路屏障包含一系列酶和转运蛋白，共同维持必要的内耳细胞外环境。有研究者将毛细血管从耳蜗血管纹处分离出来，发现血管纹毛细血管处约有652种蛋白，其中大量与代谢和转运相关，如Na+／K+ATP酶α1（ATP1A1）、谷胱甘肽S转移酶（glutathione S-transferase，GST）、鞘脂激活蛋白原Prosaposin、白三烯A4水解酶（LTA4）等［17］。血-迷路屏障处大量转运蛋白和代谢酶的存在提示内耳具有高代谢率和转运能力。此外，血管纹处的毛细血管紧密连接蛋白和粘着连接蛋白含量丰富，提示血-迷路屏障具有不可通透性，充分体现了血-迷路屏障的功能［17］。

3 血-迷路屏障通透性的调控

血-迷路屏障具有维持EP、调控内耳离子转运和调节内耳体液平衡的作用，血-迷路屏障的破坏与多种听觉障碍疾病相关。但目前对于调控血-迷路屏障通透性的机制仍所知不多。近年来发现蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）能与闭合蛋白Occludin的C端直接作用，导致其高度保守的T403／404区域磷酸化，使Occludin不能集中到细胞间的紧密连接处，从而影响内皮屏障的通透性［18］。而通过双重免疫组化染色发现ATP1A1与Occludin在血-迷路屏障上的位置相邻，阻断ATP1A1可使PKC活性增加，致Occludin高度磷酸化，从而显著增加血-迷路屏障的通透性［17］。最近的研究发现PC、PVMs与EC之间的信号通路能够增强内皮屏障的完整性，而缺乏PVMs或PC的单层EC通透性较高，并且PVMs缺乏时紧密连接蛋白ZO-1、Occludin、VE-Cadherin的m RNA水平显著降低，认为PC和PVMs之间的信号通路能够影响紧密连接蛋白的表达量，从而调控血-迷路屏障的通透性［10，16］。另一项研究［19］提示PVMs影响内皮屏障的通透性是通过分泌色素上皮生长因子（pigment epithelium-derived factor，PEDF）来实现的。

此外，血-迷路屏障的通透性也受到炎性介质的影响。研究者通过圆窗膜向内耳注入炎性因子和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），观察到血-迷路屏障通透性增高、K+重吸收受阻、内淋巴平衡被破坏［20］。在鼓室注射细菌LPS后前庭处的血管渗漏同样明显增加，同时PVMs活化、数量显著上升［21］，说明炎性反应能够增加内耳血管纹和前庭处组织屏障的渗透性，而PVMs的趋化游走可能是局部炎性反应的重要因素。基质金属蛋白酶（matrix metalloproteins，MMPs）广泛表达于耳蜗的Corti器、血管纹和螺旋神经节［22］，通过鼓室向内耳注入MMPs抑制剂可以减轻炎性介质导致的耳蜗外侧壁血-迷路屏障的损伤［23］，说明MMPs可能在血-迷路屏障完整性的维持和损伤应激方面具有重要作用。

4 噪声暴露后血-迷路屏障的改变

血-迷路屏障的破坏是噪声性听力损伤早期的

特征之一，可导致耳蜗组织水肿、血浆蛋白和炎性细胞进入内耳，进而引起EP变化，导致听力障碍［4，17］。光镜观察发现，噪声暴露24小时内急性期耳蜗外侧壁细胞胞体肿胀、空泡形成；噪声暴露2周后表现为血管纹皱缩、螺旋韧带上II型和IV型纤维细胞退化［6］。电镜下观察发现，噪声暴露后急性期血管纹肿胀，主要是边缘细胞和中间细胞之间的细胞外间隙增加，且伴随着中间细胞不可逆的衰退过程；而暴露2周后，边缘细胞足突消失，中间细胞被聚集的巨噬细胞吞噬，基底细胞屏障破坏，形成空隙；2～8周后血管纹持续变薄，细胞间接触面积减少［6］。进一步研究发现，噪声暴露后血管纹上的EC、PC和中间细胞之间的间隙扩大、毛细血管壁破坏、血清IgG渗出血管外；噪声介导的缺氧诱导因子-1α（hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）上调，诱导血管纹处的PC发生增殖，PC数量显著增加而形态异常，与EC之间的连接异常松散，细胞间隙增大；包绕PC和EC的BM电子密度减少，PC的足突较正常增大且伸入基底膜，使其呈多层结构，BM连续性被破坏［15］。PVMs在噪声暴露后发生形态变化，部分PVMs细胞胞体变小、足突变短，与毛细血管接触面积减少；而噪声暴露后PVMs分泌的PEDF在转录和翻译水平均明显下调，使EC细胞间的紧密连接相关蛋白（如ZO-1、VE-Vadherin）合成减少，进而破坏血-迷路屏障的完整性，导致其通透性增加［19］。

在能量代谢方面，噪声暴露之后耳蜗外侧壁处的Na+／K+ATP酶和Ca2+-ATP酶活性显著降低，使内耳离子转运发生障碍［24］，Na+／K+ATP酶活性降低可进一步激活PKC，使Occludin高度磷酸化，导致血管通透性增加，破坏血-迷路屏障［17］。

在血管纹受到噪声损伤的同时，其修复过程也同样展开。血液循环中的骨髓细胞能够通过分化形成新生血管，对组织缺血造成的损伤进行修复［25］。同样，噪声暴露后，诱生型一氧化氮合酶（induced nitric oxide synthase，iNOS）表达，产生大量一氧化氮（NO），介导骨髓细胞趋化聚集到损伤的血管纹处参与血管修复，噪声暴露4周后，趋化到血管纹处的骨髓细胞逐渐分化为血管周围细胞成分，大部分分化为PVMs细胞，其他分化为PC和EC［4］。噪声暴露8周后螺旋韧带上II型纤维细胞有明显再生，但血管纹更新现象在不同研究者的观察中并不一致［6，26］。

噪声损伤后的恢复期，耳蜗外侧壁逐渐开始修复过程，而强噪声暴露遗留的永久性听阈阈移（permanent threshold shift，PTS）仍广泛存在［6］。目前研究者多认为PTS与噪声造成的静纤毛丢失、毛细胞凋亡、内耳感觉细胞不可再生有关［6，27］。而在噪声暴露早期，由于内耳血流动力学改变和血-迷路屏障的破坏而带来的内耳微环境的改变如果能够及时得到纠正，则有可能逆转噪声对耳蜗感觉细胞的损伤，使噪声暴露后形成的暂时性听阈阈移（temporary threshold shift，TTS）恢复。因此，通过保护血-迷路屏障的完整性来保持内耳微环境稳态、维持正常离子转运和必要的内耳高K+环境，对于保护毛细胞功能、减少噪声性听力损伤的程度具有重要意义。

随着耳蜗组织学和病理生理学研究的深入，血-迷路屏障在耳蜗噪声和炎性损伤中的作用正引起耳科学者越来越多的关注。对血-迷路屏障的进一步研究将有助于进一步明确噪声致听觉损伤的病理生理机制，以便更有效地进行听觉防护和噪声性听力损失的治疗。

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（2014-07-18收稿）

（本文编辑 雷培香）

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.04.026

时间：2015-6-17 9：56

R764.43+3

A

1006-7299（2015）04-0427-04

* 国家自然科学基金面上项目（No.81170908）、国家自然科学基金面上项目（No.81470683）资助

1 解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科（北京 100853）； 2 总政治部机关门诊部

韩维举（Email：hanweiju@aliyun.com）

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20150617.0956.024.html