耳鸣中枢机制的基础研究进展

兰家辉 李明 张剑宁

上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院，耳鼻咽喉科(上海200437)

耳鸣发病机制不清,既往多认为由外周听觉系统病变所致。随着研究的深入，“耳鸣中枢化”学说被提出，认为外周听觉损伤导致中枢神经系统发生结构和功能重组，产生可塑性改变从而使耳鸣持续存在[1,2]。动物模型在机制研究中占据重要地位。由于耳鸣是一种纯主观的感觉，长期以来认为耳鸣动物模型难以实现。Jastreboff[3]发展了第一个耳鸣行为模型，采用条件舔舐方案，证实水杨酸可诱导动物耳鸣。李明等在国内首先采用食物抑制法成功建立耳鸣动物模型。但以上基于条件反射训练建立的模型要求较高，需要有特定设备配合，不易操作等，应用中有一定局限性。Turner等[4,5]利用间隙前脉冲声惊吓抑制（Gap prepulse inhibition acoustic startle,GPIAS）建立了新的耳鸣惊吓反射模型，该模型不需要对动物进行训练，可短期内重复实验，是目前应用广泛且可靠的耳鸣动物行为学模型。以水杨酸钠等耳毒性药物以及强噪声刺激建立的耳鸣模型，为中枢机制研究奠定了基础。本文主要基于动物模型研究成果,阐述耳鸣中枢机制的基础研究进展。

所有涉及外周或中枢听觉系统的疾病都可能导致耳鸣。中枢听觉系统由耳蜗核、上橄榄核复合体、外侧丘系、下丘、内侧膝状体和听皮层等组成。在听觉通路中,不同的核团之间相互联系，对信息处理进行精确调控，同时听觉中枢还接受来自听觉系统外如躯体感觉系统、边缘系统、网状激活系统等信息的传入。而关于耳鸣中枢的研究主要集中于耳蜗核、下丘、听皮层以及边缘系统等。

1 耳蜗核

耳蜗核是上行听觉通路的第一个核团，由耳蜗背侧核（Dorsal cochlearnucleus,DCN）、腹侧核（Ven⁃tral cochlear nucleus,VCN）组成。耳蜗核神经元的兴奋直接向高级听觉中枢投射，通过下丘整合，投射到听觉皮层，引起皮层的兴奋或抑制。因此，耳蜗核团的活性变化将对整个听觉通路产生重要影响。一些研究认为DCN可能是耳鸣的产生部位或触发点。Edward和Calvin等[6，7]分别在噪声诱发的耳鸣大鼠和豚鼠DCN中检测到电活动增加及梭形细胞自发放电明显增高。梭形细胞中的神经纤维主要投射到下丘，说明高级听觉中枢的异常激活与DCN内梭形细胞激活相关，提示DCN可能是耳鸣的起源。Hao等[8]通过在耳鸣大鼠的DCN中装入电极，电刺激该区域后可抑制耳鸣并在撤除电刺激后持续抑制耳鸣，其机制可能是电刺激补偿了外周听觉传入的减少，从而达到兴奋和抑制的平衡，也可能是干扰了DCN到下丘等高级中枢的传导通路。

DCN的梭形细胞受甘氨酸能传入神经抑制，甘氨酸属于抑制性突触神经递质，研究发现水杨酸钠通过抑制甘氨酸受体的神经突触电位，提高了DCN梭形细胞的兴奋性，进而导致耳鸣产生[9]。Roxana等[10]发现楔束核中的颗粒细胞与DCN中的梭形细胞存在联系，而颗粒细胞受N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartic acid，NMDA）受体调控,阻断NMDA受体后可以消除DCN中梭形细胞的异常兴奋活动，可能对耳鸣治疗起到关键作用。DCN除接受听神经的传入信号以外，还接受躯体感觉等其它信号的传入。研究发现仓鼠DCN接收来自三叉神经脊髓核以及背侧中缝核与蓝斑的传入。电生理研究显示豚鼠DCN中存在多种感觉的整合。上述研究说明当听神经传入信号减弱时，其它感觉信号传入增多，也可引起梭形细胞的激活，从而导致耳鸣发生[11]。

如果DCN是耳鸣的起源，切除耳鸣动物的DCN即可消除耳鸣。然而有研究显示耳鸣动物切除DCN后耳鸣仍存在。Brozoski等[12]研究发现切除双侧DCN可预防大鼠产生耳鸣，单侧切除却不能，说明DCN可能更多的是作为耳鸣的触发部位而非起源。腹侧核VCN由腹侧前核（AVCN）和腹侧后核（PVCN）组成。生长相关蛋白（Growth associated protein-43，GAP-43)是一种成熟的、与突触可塑性相关的蛋白，Kraus等[13]观察在卡铂诱导的耳鸣毛丝鼠VCN和DCN内的GAP-43，发现在VCN表达明显增高，而DCN的表达无明显改变，表明VCN可能与耳鸣的发生相关。有研究通过对比水杨酸诱导的耳鸣大鼠VCN和DCN的一氧化氮酶（Nitric oxide synthase，NOS）的表达，发现VCN中其表达显著增高，而DCN中无明显变化。Coomber等[14]在研究单侧噪声诱导的耳鸣豚鼠中发现，同侧VCN中的NOS表达比对侧明显增高，而NOS通过调节突触可塑性来控制神经元的兴奋和抑制的平衡，表明VCN可能与耳鸣发生相关。实验观察到水杨酸诱导的耳鸣大鼠VCN神经元发生变性，作用于内侧橄榄耳蜗（Medialolivocochlear,MOC）正反馈神经回路，促进VCN内的突触增生和结构改变，从而导致中枢听觉系统异常兴奋，也提示VCN可能是耳鸣的原发部位[15]。

2 下丘

下丘是上行听觉通路中重要的中继站，在信号传导过程中发挥着关键的作用。Jastreboff[16]观察豚鼠腹腔注射水杨酸钠后下丘神经元的自发放电率，发现2小时后其自发放电率显著增加。Mulders等[17]记录多个频率噪声损伤后豚鼠下丘神经元的放电活动，发现其自发放电活动均明显升高。通过对比水杨酸钠注射后听觉通路上不同神经核团的Fos蛋白（Fos-protein）表达，可以发现下丘的Fos蛋白表达明显增高，表明水杨酸诱导的耳鸣可能与下丘的过度兴奋有关[18]。Milbrandt等[19]观察到在噪声诱导的耳鸣大鼠下丘中用于合成抑制性神经递质Y-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）的谷氨酸脱羧酶（Glutamic acid decarboxylase 65,GAD65）下降导致下丘的异常兴奋。研究发现水杨酸诱导的大鼠下丘中多巴胺(Dopamine,DA)水平显著降低,从而提示下丘可能与耳鸣发生有关[20]，且水杨酸钠可以通过调节5-羟色胺（5-hydroxytrypta⁃mine，5-HT）系统来抑制下丘GABA能神经元的自发性活动，从而降低对下丘的抑制作用，引起下丘的异常兴奋[21]。研究证实水杨酸钠可降低下丘中GABA受体水平,而GABA受体可调节兴奋或抑制性神经递质的释放，以及不同信号传导的通道，以维持整个听觉通路兴奋和抑制的平衡[22]。因此这种可塑性改变被认为与耳鸣的产生相关。也有研究证实水杨酸钠能够抑制下丘中甘氨酸能神经元的活动，从而导致下丘的异常激活。总之，众多研究均指向下丘是耳鸣发病中的关键环节之一。

有学者提出，这些自发电位活动以及抑制性神经递质的变化，可能是由于外周传入减少而导致下丘异常激活，或是本身内在的激活。Manzoor等[23]发现切除耳鸣大鼠DCN的2～3周内，下丘的异常兴奋显著降低，说明早期下丘的异常激活可能还是由于外周传入减少。Bauer等[12]通过切除双侧DCN可预防动物耳鸣的发生，证实下丘在耳鸣产生中的作用。但这些结果并不能排除下丘自身异常激活的可能性。大鼠在切除双侧DCN3～5个月后，噪声仍然可诱发耳鸣。另有研究发现耳蜗切除只能在6周内调节下丘的兴奋性。因此，就目前研究而言，倾向于耳鸣早期出现下丘的异常激活是因传入减少所致，继而产生自身的内在激活。

3 听觉皮层

听觉皮层是听觉通路的高级中枢，分为初级和次级皮层，除接受来自听觉系统的信息外，还整合其它感觉系统的传入，其变化直接关系到耳鸣能否被感知和调节。使用2-脱氧葡萄糖(2-Deoxyglu⁃cose,2-DG)以及即刻反应基因(Immediately early gene,IEG)C-fos作为指标的研究发现，水杨酸钠腹腔注射后沙鼠的听皮层2-DG摄取及C-fos表达较听觉通路其他核团明显增多，说明耳鸣与听皮层的神经元异常兴奋有关。Chen等[24]采用静息态功能磁共振（functionalmagnetic resonance,fMRI）分析水杨酸钠致耳鸣大鼠的中枢代谢变化，观察到听皮层及下丘的神经活动显著增高。神经电生理研究发现水杨酸钠能诱导猫次级听皮层的自发放电率增加，而在初级听皮层和前听区的区域，发现自发放电率减少。Eggermont等[25]观察水杨酸钠注射后猫的初级听皮层内单个神经元的自发放电率，发现低自发放电神经单位自发放电率明显升高，而高自发放电神经单位自发放电率明显下降。但这些结果是麻醉状态下记录的。Guang等[26]在大鼠清醒状态下观察到水杨酸钠会引起大鼠听皮层神经元自发放电下降，以及听皮层场电位幅度增加，认为水杨酸钠可能使听皮层神经元放电同步性增加，导致声刺激可能诱发更多神经元步调一致放电反应，使得自发放电神经元数量减少的同时，诱发的神经元放电数量相对增加。

听皮层中，抑制性GABA能神经元通过调节兴奋和抑制之间的平衡，对皮层可塑性起着重要的作用。活性调节细胞骨架蛋白(Activity-regulated cy⁃toskeleton-associated protein,Arc）与神经活动和神经可塑性相关密切。研究发现大鼠注射水杨酸钠后听皮层Arc表达明显下降，使用GABA能受体调节剂后,听皮层Arc表达明显增高[27]，说明听皮层存在神经可塑性改变。早期生长反应因子(Early growth response gene-1,Egr-1)是一种即刻早期基因，在神经元可塑性方面发挥着重要作用。研究发现正常小鼠听皮层用弱强度的短脉冲刺激后，可引发突触反应长时程增强；而在Egr-1敲除后，刺激听觉皮层引起的长时程增强明显下降,表明Egr-1可能促进听皮层区域的可塑性形成，Egr-1与听觉中枢神经元可塑性有着密切联系。Hu等[27]发现水杨酸诱导的耳鸣大鼠听皮层中Egr-1表达随注射时间的变化，出现一致性下调，表明听觉皮层神经元产生了可塑性变化，而这种改变可能与耳鸣的发生及发展相关。另外，广泛分布于中枢神经系统的5-HT能受体对听觉系统有重要调控作用。Liu等[28]研究发现大鼠注射水杨酸钠2到3小时后，听皮层、下丘的5-HT水平显著升高，提示这种改变可能与耳鸣产生相关。

我们采用正电子发射断层扫描（Positron emis⁃sion tomography，PET）对耳鸣患者的皮层研究中，未发现听觉皮层存在显著改变，而在Wernicke’s区即感觉语言区观察到代谢增高[29]，这与动物模型得到的结果有所不同，这可能源于研究对象和方法的差异，同时也提示听皮层的改变可能在耳鸣的发病中并非起决定性作用，值得深入研究。

4 边缘系统

边缘系统在耳鸣发病中的作用受到越来越多的关注，很多临床和基础研究指向耳鸣并非局限于听觉系统，而与情感、记忆等心理活动密切相关。采用单光子发射断层扫描（Single-photon emission computed tomography，SPECT）、PET、fMRI等现代显像技术发现，耳鸣患者的边缘系统如杏仁核、海马，以及伏隔核、额叶等脑区存在异常[30]。边缘系统主要分为三大部分，皮质区域结构如边缘叶、眶额叶皮层、内嗅皮层、海马等；皮质下部分如伏隔核、杏仁核等；间脑结构如下丘脑、丘脑前核等，其主要功能为参与学习与记忆以及调节情绪等。Zhang等[31]发现噪声诱导的耳鸣仓鼠除了听皮层和下丘有C-fos标记外，杏仁核、下丘脑等都有明显的C-fos表达。Bin等[32]运用MicroPET研究长期水杨酸钠注射后耳鸣大鼠的中枢代谢变化，发现下丘、听皮层、海马、杏仁核及小脑出现高代谢区域，为边缘系统参与耳鸣的发生提供了直接证据。研究证实内侧膝状体(Medialgeniculate nucleus,MGN)和边缘系统存在广泛的神经联系，下丘中央核和杏仁核之间存在直接的神经纤维连接，这些都为边缘系统参与耳鸣的发生与调节提供了依据。

海马是边缘系统的关键组成部分，同时也是下丘脑-垂体-肾上腺（Thalamo-pituitary-adrenal，HPA）轴的主要调控中心，与学习记忆、情绪调节等行为活动紧密相关。促肾上腺皮质激素释放因子（Corticotrophin releasing factor，CRF）是由下丘脑室旁核释放的神经肽激素，CRF以引起如精神异常、抑郁、焦虑等情感和行为障碍。通过观察水杨酸钠注射后耳鸣大鼠海马区CRF受体的表达，发现与情绪反应相关的CRF受体随注射时间延长，其表达量不断升高，表明CRF受体的变化可能与耳鸣的发生相关，提示边缘系统在耳鸣的形成和发展中产生重要作用[33]。研究发现急性耳鸣大鼠海马神经核团内葡萄糖和乳酸水平较正常显著性升高，提示海马神经元活动增强，也是边缘系统参与耳鸣过程的证据[34]。

近期有研究提出边缘系统的伏隔核可能是耳鸣重要的管控闸门[35]。Barry等[36]通过在大鼠伏隔核中装入电极，电刺激该区域发现听觉系统中MGN的神经元自发放电率明显降低，证实边缘系统可以调节听觉系统神经元的活动。Zhang等[31]通过电生理研究发现耳鸣大鼠的听皮层和杏仁核自发放电活动显著增强，并且存在神经同步性变化。这些结果均提示边缘系统与耳鸣的发生及发展密切相关。

综上所述，耳鸣的产生包括了外周或中枢听觉系统，其中耳蜗核中DCN和VCN都存在神经可塑性的改变；下丘作为听觉传导的中继站，控制着整个听觉通路兴奋和抑制的平衡；听皮层的变化直接与耳鸣的感知和调节相关；边缘系统作为听觉外系统参与了耳鸣的发生发展。从单纯的耳蜗损伤到听觉中枢系统的可塑性变化，再到边缘系统的参与，对耳鸣中枢机制的认识不断深入。相信随着神经电生理、神经递质显像以及PET、fMRI等脑功能影像研究的不断进步，耳鸣的中枢机制将会得到更清晰地阐释。

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