耳聋基因诊断在人工耳蜗植入中的应用

苏钰 戴朴

解放军总医院耳鼻咽喉-头颈外科(北京100853)

耳聋是常见致残性疾病，是全球重大公共卫生问题。据WHO统计，全球共有耳聋患者3.6亿，其中儿童占3200万。我国残疾人群8296万，其中听力残疾人群2780万，占残疾总人口的28%，7岁以下的聋哑儿童高达80万，每年新增11万聋儿。

人工耳蜗是一种植入式听觉辅助电子设备，是目前解决重度感音神经性耳聋最有效的生物医学工程装置。每年全球人工耳蜗植入系统市场规模估计为12.8亿美元（WHO数据）。2017年，全球超过7万例人工耳蜗植入(cochlear implantation,CI)手术，其中儿童占55%，每例患儿耳蜗植入康复及维护费用平均达到40万元。一方面耳蜗植入康复费用高昂且大部分重度感音神经性耳聋及成人语后聋未接受CI手术，另外一方面有数据显示有7-8%的患者术后弃戴耳蜗，除却植入年龄及社会经济原因，耳蜗植入术后效果不理想是最主要的原因。不同患者CI后的听觉和言语康复情况差别与患者的自身条件、人工耳蜗的性能、手术成功与否及听觉和言语的康复进程等诸多因素有关。耳蜗植入疗效不只是听的能力是否提高，还包括言语和语言能力，甚至包括整个神经系统的综合反应能力的康复。如何术前对不同类型的耳聋患者CI预后进行精准预估，确保CI植入后的疗效，是目前亟待解决的临床科学问题且契合我国国家卫健委和科技部精准医学的战略部署。

人工耳蜗的作用原理为绕过受损耳蜗直接刺激听神经产生听力。造成不同个体其术后效果差异的影响因素除了植入年龄是主要因素外，不同基因突变导致从耳蜗到听神经范围内不同的损伤部位可能是其另外的关键因素[1]。随着耳聋基因检测技术的不断进步，基因诊断已经成为人工耳蜗植入手术患者术前评估、术后效果预测的重要工具。以遗传性耳聋患者基因组信息为基础，对耳聋做出精准分类和诊断，为病人设计出个体化的预防和治疗方案，力求达到遗传性耳聋的精准医疗。

1 不同耳聋基因突变所致内耳病变的差异与CI效果相关

1.1 GJB2耳聋基因突变所致耳聋

GJB2基因是中国人最常见的致聋基因，常染色体隐性遗传，20%耳聋患者因此基因突变致聋，人群携带率高达11.71%（包括c.109G＞A,8.41%）。该基因编码膜缝隙连接蛋白，该通道对信号转导和物质交换起着重要作用，也是电解质、第二信使等物质在细胞间传递的重要通道，缝隙连接蛋白通道的异常可以导致耳蜗毛细胞损伤，影响听力，但由于该基因缺陷所导致病变部位仅涉及内耳毛细胞突触前结构，因而预测人工耳蜗植入效果良好，大量文献对这类人工耳蜗植入人群术后言语康复效果的研究结果很好地证明了这一推测[2-4]。

1.2 线粒体基因突变所致的耳聋

线粒体12SrRNA基因是药物性聋直接相关的责任基因，约有20%-30%的药物性聋与其相关，中国人最常见的突变位点包括A1555G、C1494T等。A1555G和C1494T的致聋机理已得到确定∶A1555G或C1494T突变在12S rRNA的A区形成一个新的结合碱基对，使12SrRNA的二级结构与细菌的16SrRNA更为相似，促进了氨基糖苷类抗生素与之结合,使得带该类突变的个体在使用氨基糖苷类抗生素后会发生听力缺失。

在中国各个地区统计的数据中，在非综合征性耳聋中，线粒体A1555G位点突变率为1.76%，C1494T位点突变率为0.16%。线粒体基因突变引起的药物性耳聋患者进行人工耳蜗植入的效果较理想[5,6]。

1.3 内耳畸形相关耳聋

内耳畸形的产生与多种因素相关。按照2017年Sennaroglu分类标准[7]及2011年1月至2013年8月期间至我院聋病分子诊断中心就诊的3727例耳聋患者影像学分析数据，约20%耳聋患者可通过影像学技术发现其内耳的骨性结构异常。前庭水管扩大（伴或不伴IP-Ⅱ（Mondini））最为多见，约占内耳畸形患者78.2%；POU3F4基因突变所致的IP-Ⅲ内耳畸形占1.1%，其余畸形尚未明确致病基因。

SLC26A4基因是常染色体隐性遗传DNFB4及Pendred综合征的责任基因，是中国第二大致聋基因，与大前庭水管综合征（Enlarged Vestibular Aqueduct Syndrome，EVAS）密切相关，23%耳聋患者因此基因突变致病，正常人携带率为3%。大部分表现为先天性重度耳聋，一部分表现为新生儿听力筛查通过，逐渐出现程度不等迟发性或进行性耳聋；轻度的头部外伤、发热可诱发及加重耳聋。早期行基因检测发现EVAS，对一些该基因突变导致的迟发性听力损失，通过早期干预，可减缓耳聋发生。多篇文献报道SLC26A4基因突变所致大前庭水管综合征患者人工耳蜗植入，术后SIR、CAP和MAIS显著高于无突变组[3,8]。

POU3F4基因X连锁隐性遗传耳聋DFNX2的责任基因，主要临床特点为女性携带，男性发病，混合性、或进行性听力损失。CT影像表现为特征性内耳畸形：镫骨固定、内听道底异常扩大，蜗轴缺如、耳蜗底转骨质缺如，耳蜗与内听道相通。对于重度极重度感音神经性耳聋的DFNX2患者，人工耳蜗植入是唯一选择。但由于耳蜗结构异常，可能导致术中电极误入内听道、术中井喷和术后脑脊液漏等风险，因而手术具有一定难度[9]。对POU3F4基因所致的DFNX2耳聋患者进行人工耳蜗植入，多数术后听力康复效果显示患者听力恢复情况良好[10]，但整体言语识别率、听力和言语能力低于耳蜗结构正常儿童人工耳蜗植入的平均水平[11]，也有文章报道康复效果可能与基因突变的类型相关[12]。

1.4 听神经病所致耳聋

听神经病谱系障碍(Auditory neuropathy spectrum disorder，ANSD)又称听神经病 (Auditory neuropathy，AN)。听神经病的诊断标准为毛细胞的功能正常——耳声发射（OAE）和/或耳蜗微音器电位（CM）可引出，而听神经功能异常——听性脑干反应(ABR)异常或全部消失，同时多可伴有中枢或周围神经病变。40%的听神经病与遗传因素相关。目前已发现20个与听神经病发病相关的基因，包括与非综合征型听神经病相关的OTOF、PJVK、DIAPH3、SLC19A2、SLC17A8、12SrRNA，与综合征型听神经病相关的PMP22、NF-L、MPZ、NDRG1、GJB1、GJB3、OPA1、TMEM126A、FXN、TIMM8A、WFS1、AIFM1[13]基因。有报道线粒体突变12rRNA(T1095C)[14]和MTND4(11778mtDNA)[15]与听神经病相关，但仍需更多的病例数及功能学验证来证实。不同的基因突变导致的听损部位不同，根据听损部位可分为听神经病变型（突触后型）（PJVK、MPZ），听突触病变型（突触及突触前型）（OTOF、DIAPH3、SLC19A2、SLC17A8）和非特异性（线粒体相关）三类。基于不同基因突变，引发不同部位听损病理改变及人工耳蜗作用原理不同，在人工耳蜗植入术后预后不同。

OTOF基因，又称DFNB9。根据已有数据听神经病谱障碍中的OTOF基因突变患者，无一例外地从人工耳蜗植入中获益，这是因为Otoferlin蛋白表达异常的患者病变处于内毛细胞或内毛细胞与听神经形成的传入突触，而听神经纤维正常，因此这类患者进行人工耳蜗植入后效果比病变位于听神经Ⅰ型听神经病患者的效果更好。

有报道听神经病谱障碍基因中的4个基因OPA1、DIAPH3、AIFM1、DFNB59突变，由于其直接对螺旋神经节细胞造成的损害，接受人工耳蜗植入的患者术后言语感知能力明显比其他患者要差。同时也有报道携带OPA1基因患者术后言语识别和ABR均有提高，人工耳蜗植入效果显著[16]。Wu CC等人对12个人工耳蜗植入效果差的患者进行了高通量测序发现有4例为PCDH15基因致病突变，3例患者是（PJVK）DFNB59基因突变致病[17]。

目前研究认为听突触病变型（突触OTOF及突触前型DIAPH3）及线粒体相关病变（OPA1）患者人工耳蜗预期植入效果较好。

明确AN患者的遗传学病因结合听觉电生理检查，对于行人工耳蜗植入术前评估术后康复具有积极的指导意义。

1.5 其他耳聋基因突变所致耳聋

人工耳蜗植入也被认为能为DFNA9(COCH基因)、MYO15A、MYO6、MYO7A、TECTA、TMPRSS3、TMC1、和ACTG1等基因突变患者提供比较好的疗效，有报道发现TIMM8A基因植入效果差。

TMPRSS3基因编码II型跨膜丝氨酸蛋白酶，该基因突变可引起∶语前聋ARNSHL(DFNB10)：先天性重度-极重度感音神经性耳聋；语后聋ARNSHL(DFNB8)：迟发性，中高频听力下降为主，进行性。TMPRSS3表达在内耳毛细胞、血管纹及螺旋神经节细胞，由于其在螺旋神经节细胞中明显表达，在最初鉴定该基因时不建议患者行人工耳蜗植入术，我们和国外的数个报道均显示TMPRSS3耳聋患者行人工耳蜗植入效果良好[18-20]。

另外，还有一些未知基因尚未发现，有待进一步探索。

2 基因检测有助综合征性耳聋的精准诊断、预测人工耳蜗植入效果

目前已报道的综合征型耳聋(Syndromic hearing loss,SHL)有400多种[2]，大多数发病率低，有些仅见个别报道，临床上较常见的有Waardenburg综合征（MITF、PAX3、SOX10、SNAI2、ENDRB、EDN3）、Van der Hoeve综合征（COL1A1、COL1A2）、Usher综合 征（MYO7A、USH1C、CDH23、PCDH15、SANS、CIB2、USH2A、VLGR1、WHRN、CLRN1、PDZD7）、CHARGE综合征（SEMA3E、CHD7）、Alport综合征（COL4A3、COL4A4、COL4A5、COL4A6）等等。综合征型耳聋基因涉及多个系统，涉及的致病基因繁多，却可以导致很多共同的临床表型，它们之间可能存在着潜在的共同通路和相互作用网络。对SHL遗传基础及发病机制的系统研究变得十分困难。但随着医学科技进步和社会经济发展，一些严重的综合征患者的生存率越来越高，越来越多的SHL患者及家庭要求通过人工耳蜗植入的方式提高听力，但患者是否适合手术、能否耐受手术，并最终从CI植入获益，给耳外科医生提出了更高的要求。

Waardenburg综合征(WS)又称听力色素综合征，以感音神经性耳聋、皮肤低色素(白化病)、白额发或早白发、虹膜异色为主要临床症状。WS是最常见的综合征型耳聋之一，人群发病率为1/42000，聋哑人群中发病率为0.9%-2.8%，占先天性耳聋的2%-5%[21]。依据不同的伴随表型，可将WS分为4种亚型(WS1-4)，最常见的为WS1和WS2。不同的致病基因与不同的WS亚型相关联，PAX3基因突变可导致WS1和WS3[22]，MITF基因突变导致WS2A[23]，SNAI2基因突变导致WS2D[24]，SOX10突变导致WS2E[25]。SOX10、EDN3和EDNRB基因突变可造成WS4[26]。国内相关研究表明中国人群WS主要致病基因为PAX3、MITF和SOX10。WS相关基因的突变会造成NC发育异常，导致黑素细胞发育不良，引起黑色素合成减少，表现出皮肤、毛发、虹膜低色素等临床症状。血管纹是内耳耳蜗结构之一，在内淋巴生成过程中起重要作用。研究显示，黑素细胞发育不良会引起血管纹中黑素细胞源性的中间细胞缺乏进而造成柯蒂氏器(Corti)退化变性，最终导致感音神经性耳聋。根据目前报道最多的是Waardenburg综合征1型和2型合并极重度感音神经性聋患者人工耳蜗植入,术后听觉效果与一般的耳蜗植入患者无显著差异。

CHARGE综合征患者中80-100%病例伴有耳聋，其中50%为重度-极重度耳聋，常伴有内耳畸形、内听道狭窄、听神经缺如，亦可伴有中耳畸形、面神经畸形等。CHARGE综合征患者行人工耳蜗植入术前需MRI评估听神经是否发育不良或缺如；术中需注意面神经走行异常，遮挡圆窗龛等畸形；人工耳蜗植入术后听力康复和言语发育的疗效存在较大个体差异[27]。Annemarie等人报道了10例确诊为CHD7导致的CHARGE综合征患者人工耳蜗植入术后随访5年，其中2例获得满意言语康复效果，2例需配合手语进行一定程度的言语交流，余6例不能进行言语交流[28]。CHARGE综合征患儿的生长发育迟缓、脑白质发育不良、不同程度的自闭症等是影响术后言语康复效果的重要因素[29]。目前已知的CHARGE综合征致病基因为CHD7和SEMA3E，尚无文献报道基因突变的类型、位置、大小与人工耳蜗术后康复效果相关。

还有一些更为少见的SHL，如由我国袁永一教授首先发现并鉴定ATP6V1B2基因为其发病的责任基因的耳聋甲发育不全综合征（DDOD）[30]，其主要临床表现为先天性耳聋、指/趾甲发育不全、指骨发育不良、锥形牙齿等。目前国际上有四例DDOD患者接受了人工耳蜗植入，其言语康复效果差于同龄植入的SNHL患者，可能与DDOD综合征患者存在学习记忆障碍相关。

事实上，SHL极为复杂，有一些少见但全身情况更为复杂的SHL。如伴有心脏缺陷的SHL，包括与KCNQ1基因及KCNE1基因相关的聋心综合征（Jervell&Lange Nielsen综合征）（心源性猝死）、与PTPN11基因突变相关的Noonan综合征（凝血功能异常）；与神经及神经肌肉系统关系密切的SHL，如与TWINKLE、CLPP、LARS2、C10ORF2、HSB17B4基因相关的Perrault综合征、与MERLIN基因相关的Ⅱ型神经纤维瘤病；还有大量伴有代谢性疾病、内分泌疾病、肾病、眼、口、皮肤的SHL等等，需在术前充分准备，并对预后有所预期。

基因诊断可能实现综合征性耳聋的精准诊断，提示患者疾病可能包含的多器官异常，为CI候选者的全身状况和耐受能力的评估提供客观数据，实践多学科协作、确保围手术期安全，同时预测人工耳蜗的效果，决策人工耳蜗适应症范围。

3 耳聋基因诊断对CI手术时机、侧别选择及电极选择具有指导意义

GJB2基因和SLC26A4基因是中国人最为常见的耳聋基因，研究也较为透彻。这两种基因突变所致的耳聋，在人工耳蜗植入的侧别选择方面做听力差的一侧即可获得确定的疗效，而对一些原因不明的极重度感音神经性耳聋患者，做电生理能够引出反射的一侧，似乎更加保险。还有一些渐进性、迟发型听力损失的患者，如SLC26A4、DFNA5、TECTA等基因突变患者可根据听力损失进展情况，个体化选择听力干预手段及人工耳蜗植入时间。

电极选择方面，对于有低频残余听力患者，理论上可以选择声电联合刺激模式，但是对于基因检测显示耳蜗及螺旋神经节上均有表达的基因，如：TMPRSS3基因、PCDH15基因突变，即使术后表现良好也可能会出现进行性听力减退，人工耳蜗植入后需根据残余听力进展情况对耳蜗刺激模式进行调整。

对于内耳畸形患者，需根据内耳发育情况结合基因检测选择电极。如POU3F4、COL4A6基因突变所致的不全分隔Ⅲ型内耳畸形，需选择短电极直电极，使电极贴耳蜗外侧壁。而耳蜗形态正常患者，除直电极外还可选择抱轴弯电极或中位电极。

4 开展“耳聋基因与CI植入相关性”多中心研究的必要性和意义

遗传性耳聋的治疗主要包括基因治疗和人工耳蜗植入两个方面。近年来随着基因编辑技术的出现，遗传性耳聋的基因治疗研究取得了很大的突破，然而这些研究从实验到临床转化还有很长的路要走，其最主要的障碍是基因治疗的安全性和有效性问题，还有很多的社会问题及伦理问题需要解决。

人工听觉植入给重度极重度感音神经性耳聋患者提供了很好的听力学解决方案，适用于耳蜗病变致聋的患者。目前全球有65万人接受了人工耳蜗植入，但是约有5万（7%）患者听觉植入后效果差，原因是多方面的。从遗传性角度看，除GJB2、SLC26A4基因突变患者CI植入效果明确以外，很多少见基因只有十几例甚至几例报道，且分散在不同的耳蜗中心，不能形成指导性的意见。

2002年起，解放军总医院聋病分子诊断中心采用全频谱覆盖耳聋基因筛查的策略开展了全国范围内的耳聋流行病学研究，目前已收集耳聋病例18000余例，进行了系统性耳聋基因致病性及流行病学分析，绘制了中国人耳聋基因突变的基因谱和突变谱。常规开展耳聋基因诊断及产前诊断，在耳聋的三级预防工作中发挥了重要作用，具有重要意义。目前解放军总医院耳蜗中心的人工耳蜗植入的例次已超过4000例，以此为基础，如果能够整合全国的资源，把二者的应用结合起来，全景式观察和分析二者的关系，能够更深入透彻的了解和分析疾病，更好的为耳聋患者服务。但是人工耳蜗植入效果还与术者、手术过程及术后评估者主观经验密不可分，若要进行多中心研究，需首先实现标准化的手术和术后评估，避免不同的术者、不同评估者在其中造成的偏倚，力争实现耳聋的标准化和精准医疗。

5 结论

由此可见，耳聋基因不同类型突变导致了内耳病变的差异，同一基因不同突变模式，同样会影响人工耳蜗植入后的康复效果，耳聋基因诊断对于人工耳蜗植入效果的预测及评估的重要性不言而喻，它将是实现遗传性耳聋精准治疗的重要工具。在全国范围内开展“耳聋基因与CI植入相关性”多中心研究具有重要的意义。一方面践行标准化人工耳蜗植入，确保手术本身安全可靠，另一方面鉴于基因诊断的本身的复杂性，耳聋基因检测结果的准确性及判读准确性至关重要，这两方面有机结合才能为重度-极重度感音神经性耳聋患者的人工耳蜗植入术后康复提供有效的预判和保障。