Hensen细胞对耳蜗功能的调节

胡一勇于宁石敏吕萍*

1川北医学院附属医院耳鼻咽喉科(南充637000)

2解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科耳鼻咽喉研究所（北京100853）

第二次全国残疾人抽样调查显示残疾人占全 国人口的6.34%，其中听力残疾2087万人居第二位，随着工业化以及人口的老龄化，这个人群还将快速的增加[1]。耳蜗是内耳的一部分，是听觉形成的起点，听觉感受器细胞（毛细胞）与支持细胞位于耳蜗内部的基底膜上，既往认为这些支持细胞仅仅起到支撑毛细胞、维持Corti器立体结构稳定的作用[2-4]。既往研究表明噪声性耳聋的发生机制有毛细胞的机械性损伤、代谢性损伤、钙超载学说等等[3]，但仍然缺乏支持细胞调控、特别是Hensen细胞对毛细胞功能调节机制的直接实验。本文就Hensen细胞功能的研究成果，主要对Hensen细胞调节耳蜗功能做一综述，扩展我们对Hensen细胞在Corti器中作用的认识，为研究耳聋发生发展机制提供新线索。

1 耳蜗Corti器的命名以及对Hensen细胞认识的转变

耳蜗是内耳中复杂的结构之一，其解剖结构命名与众多的人名有关，大多起源于19世纪的德国解剖学家,除了最著名的Corti器和Reissner膜，许多支持细胞的命名也与人名相关，如Hensen细胞、Claudius细胞，Boettscher细胞，Deiters细胞[5]。

1851年，Corti发现在耳蜗有螺旋状的薄膜结构并对外公布了自己的研究成果。次年Corti的老师Kölliker第一次使用了Corti这个词，以此来肯定Corti的成 绩，直到 Claudius、Boettscher、Deiters、Hensen等人对螺旋薄膜做了更进一步的微观研究，相继发现了以自己名字命名的Claudius细胞，Boettscher细胞，Deiters细胞、Hensen细胞，并对其做了进一步的描述。“Corti”才开始逐渐作为解剖学术名词被用来描述整个耳蜗的螺旋薄膜结构。上世纪中期电子显微镜问世，人们对Corti器又有了更深的认识，发现Corti器最重要的支撑结构是由内边界细胞、外柱细胞和内柱细胞、Deiters细胞和Hensen细胞以及网状膜组成；并且证明了柱细胞和Deiter细胞含有大量纤维结构，形成了Corti器的骨架，就此，人们对Corti器的基本结构有了初步较为完整的认识。Hensen细胞是重要的支持细胞，主要分布在外隧道的外侧壁和顶壁，其胞质有大小不一球形反光的“空泡”（vacuoles），从底回到顶回的含量呈逐渐增多的趋势，其次Hensen细胞没有周围结构牢固的连接，很容易从corti器上连续的剥离下来，所以当时合理的解释就是支持细胞对毛细胞仅仅起到支持作用。但Engstrom[6]等人认为在听觉器官的刺激过程中，为了获得营养，毛细胞必须有一个高度专业化的营养辅助系统，他发现Hensen细胞指向内淋巴的细胞表面有丰富的指状突起，并且有一种适应了再吸收功能的特别细胞分化表现，所以提出了支持细胞对毛细胞营养的可能性。后来也有报道指出外部沟细胞对Corti器具有重要营养作用[7]。由此支持细胞功能的研究得到广泛重视，并逐渐认识到耳蜗支持细胞的一些新的特性,例如维持内耳的淋巴液离子稳态[8]、调节耳蜗的听觉灵敏度[9]、参与免疫过程[10]、参与耳蜗机械调谐[11]等。时至今日，越来越多关于支持细胞的功能被发现。

2 Hensen细胞参与耳蜗机械调节

Bekesy是现代耳蜗机械学奠基人，提出了具有划时代意义的行波学说Tavelling wave theory）：在行波传播过程中，行波的振幅逐渐增大，达到最大值之后很快衰减，最大振幅出现的部位取决于声音的频率，其中低频声经较长距离在近蜗顶处达到振动幅度的最大值，而高频声则在近蜗底处达到振动幅度的最大值[12]。

2.1 Hensen细胞通过释放脂滴参与耳蜗机械调节

细胞内脂滴（Lipid droplets，LDs）的发现可以追溯到十九世纪，但之后数十年都认为它是一个惰性脂肪颗粒[13]，Hensen细胞是耳蜗内唯一含有脂滴的支持细胞[3]。Schiffd等人[14]采用相差显微镜证实了与 Smithll[15]和Spoendlin[16]相似的结论：Hensen 细胞指向内淋巴的细胞表面有微绒毛；所以作者推测Hensen细胞可能具有内吞和分泌功能，紧接着作者又对Hensen细胞脂滴进行了连续的动态观察，发现这些脂滴大小处于动态平衡状态。但在当时这些脂滴的动态变化对Hensen细胞的功能影响并没有得到合理解释。20世纪80年代，Merchan等[17]通过采用脂质特殊染色技术并通过投射及扫描电镜观察正常豚鼠耳蜗发现：Hensen细胞因质膜部分损失而形成空泡（Vacuoles），并且空泡与细胞表面有光滑的圆形开口，进而有可能在此过程中脂质被排入内淋巴。之后Canizo和Merchan[18,19]进一步研究描述了高强度噪声暴露会导致豚鼠和小鼠耳蜗中Hensen细胞向内淋巴间隙分泌脂滴。由此他们提出假说：Hensen细胞在听觉功能中具有潜在作用，即网状板层(RL)和盖膜（TM）之间的距离取决于Hensen细胞的高度，并且Hensen细胞可能通过释放脂滴来降低Hensen细胞的高度，从而增加了网状板层和盖膜之间的空间距离，减少网状板层和盖膜之间的相互作用，从而保护Corti器免受机械损伤[17-19]。

1983年Davis[20]提出的机电转换学说（电池学说，Battery theory of Davis）认为当毛细胞的纤毛与盖膜之间产生相对运动时，受到剪切力作用，由此产生机械阻力的变化，调制耳蜗的静息电位而形成微音电位（CM）[3]。而经典的研究也证明，CM实际上是在静息膜电位基础上形成的一种电位波，毛细胞顶部的网状板处最有可能是产生CM的部位，所以推测Hensen细胞通过释放脂滴增加网状板和盖膜距离，减少了网状板和盖膜之间的相互作用调节耳蜗的静息电位，进而调制了CM。Hensen细胞可能是毛细胞纤毛与盖膜相互作用的调节因素之一。

蜗隔的劲度和质量也是决定耳蜗机械特性的重要因素[21]。声波在介质传播过程中存在摩擦、惯性、弹性等对抗作用，所以声波在介质中传播产生声阻抗，声阻是克服摩擦力而产生的阻力，声抗可包括劲度声抗和质量声抗[21]。在测量耳蜗基底膜劲度时[22-24]发现：豚鼠离体基底膜的顺应性在梳状区最大，从梳状区到螺旋板和螺旋韧带方向，其劲度逐渐增大，最后在弓状区近螺旋板处的劲度比中央区高数倍，所以可以推测支持细胞参与了蜗隔劲度的调节。

另外，在Corti器从底圈到顶圈，基底膜逐渐增宽，毛细胞逐渐变长，这是既往认为的耳蜗行波理论的物质基础[3]；而今发现支持细胞也逐渐增高，体积逐渐增大，在Hensen细胞内脂滴也是由少变多[25]，这可能使得基底膜从底圈到顶圈的质量更加明显的逐渐增加，从而进一步增加了基底膜感受声音的频率选择性。由此，结合Merchan[17]发现Hensen细胞可以释放脂滴的研究结果，Hensen细胞可能通过释放脂滴调节基底膜的质量，改变基底膜对声音感受的频率选择性。所以，Hensen细胞可以通过调节基底膜的劲度和质量参与耳蜗机械调节。

2.2 Hensen细胞参与毛细胞驻波共振的形成

行波学说[12]本质之一是行波在基底膜某一部位产生共振。驻波（standing-wave resonance）：机械波必须依靠弹性介质进行传播，波速依赖于弹性介质的性质，当波传播遇到不同介质时在界面会发生反射与透射，反射波与入射波的振幅相同，而传播方向相反，在空间相遇会叠加成驻波[26]。2004年Bell和Fletcher[27]在超声波中被称为“喷射”波（squirting waves）的劳埃德-雷德伍德波（Symmetric Lloyd-Redwood，SLR）的基础上对豚鼠耳蜗进行了研究，并建立了一个全新的模型：指出三行外毛细胞之间的距离非常适合在外毛细胞各行之间产生驻波共振，即行波刺激外毛细胞，使外毛细胞具有电动势，随之网板（RL）和盖膜（TM）发生形变，具有电动势的外毛细胞会发射一个次级波；这些次级波将与其他外毛细胞相互作用，导致它们与其他外毛细胞或者其他外毛细胞产生的次级波进一步反应而产生驻波；此外由于有三排平行的外毛细胞，在与外毛细胞间距相关的谐振频率处会出现正反馈，一个“径向（Radial）”波在与外毛细胞垂直的方向上产生驻波共振。然而，存在一个主要问题:SLR波在狭窄的基底空间的传播会受到粘性力的强烈抑制，但当涉及疏水表面（Hydrophobic surfaces）时，粘度的抑制作用会大大降低,所以Bell认为Hensen细胞可能分泌脂滴到subtectorial空间——分布在TM（盖膜）和RL(网板)表面，减少他们的粘性阻力。上述研究结果提示Hensen细胞内脂滴分泌调制驻波，并进一步调制共振。

3 Hensen细胞参与耳蜗炎症反应

耳蜗在生理、结构上类似于中枢神经系统的血脑屏障，所以最初认为耳蜗是一种具有免疫特性的器官[28]。虽然炎症反应的主要目的是保护听觉器官，但过强炎症反应也会对耳蜗的精细结构造成明显损伤[3]；例如白细胞和巨噬细胞迁移到耳蜗损伤或感染部位，这些细胞有可能通过破坏Corti网状板的紧密连接屏障来削弱蜗内电位（Endocochlear Potential，EP），导致外毛细胞损伤，造成严重耳聋[29]。并且，相关研究提示Corti网状板的紧密连接屏障的重要性，例如乙基亚硝基脲(ENU)可诱导突变小鼠(nmf329)编码紧密连接蛋白claudin-9基因突变，导致耳蜗组织内细胞紧密连接被破坏，离子屏障功能丧失，特别是参与EP形成的K+循环，从而表现为遗传性耳聋[30]。之后Higashi[31]在研究另一种紧密连接蛋白tricellulin也得出了相似结论。因此，在耳蜗炎症方面，通过控制炎症反应来防止炎症反应对耳蜗结构有害影响是必要的，其中与Hensen细胞紧密相关的是参与调节耳蜗炎症反应的 ANXA1蛋白[32]：Annexin A1(ANXA1)是一种脂质和Ca2+结合蛋白，已在先天和适应性免疫系统被发现并证明是糖皮质激素的作用靶点；另外，已经在豚鼠耳蜗发现了ANXA1在中阶（SM）的上皮细胞表达，并且ANXA1在Hensen细胞的脂滴内大量储存，ANXA1受体FPR2/ALX则广泛分布于耳蜗上皮。进一步实验发现糖皮质激素激活肌球蛋白IIC驱动的细胞机制，并通过ABC转运蛋白从耳蜗Hensen细胞中释放ANXA1[32]。基于这些实验结果，最后可以得出ANXA1参与调节耳蜗炎症的可能机制是[29]：相关刺激诱导Hensen细胞的脂滴解体，使ANXA1进入细胞质，然后由肌球蛋白IIc介导转移到细胞周围，ABC转运蛋白转运ANXA1使其穿过质膜，将其释放到外部环境中，最后ANXA1与耳蜗上皮的ANXA1受体FPR2/ALX结合阻止炎症细胞进入耳蜗，从而保护Corti网状板的紧密连接屏障或者corti器。

4 Hensen细胞可能为外毛细胞提供营养

众所周知，外毛细胞具有双向放大作用，一方面是将机械的声波转换为膜电位，另一方面膜电位形成的同时使外毛细胞收缩伸展，产生主动放大作用，这个过程极可能需要消耗大量的能量[3]。所以，早在二十世纪五十年代就有人提出在听觉器官受刺激的过程中，为了获得营养和氧气，毛细胞必须有一个高度专业化的营养辅助系统，其中Hensen细胞是主要营养细胞之一[6]。此外[33,34]耳蜗内淋巴中葡萄糖浓度仅为0.6mmol/L,鼓阶外淋巴葡萄糖浓度为3.6mmol/L，前庭阶外淋巴葡萄糖浓度为3.8mmol/L，这些条件不足以给毛细胞提供及时足够的能量支持。外毛细胞膜上的Prestin蛋白功能类似心肌肌动蛋白，使外毛细胞拥有主动运动的功能[35]，而心肌舒缩消耗大量的ATP(30kg/d)，是脂肪酸β-氧化的结果[36-38]。外毛细胞与心肌细胞如此相似，很有可能外毛细胞能量消耗也来自于脂肪酸β-氧化。脂滴是Hensen细胞显著的特征[39]，但Hensen细胞没有与脂肪酸代谢相应的线粒体和内质网系统，主要起到储存脂质的作用[40]。而与之相邻的外毛细胞，含有发达的线粒体及内质网系统[41]。相关研究也表明，脂肪酸结合蛋白（FABP）主要分布在耳蜗支持细胞胞质[42-43]，而我们近期研究也证明了噪声刺激会导致豚鼠耳蜗脂滴变少，持续噪声刺激会增加豚鼠内耳脂滴的消耗，此外添加脂肪酸激动剂可保护噪声性听力损失；这些结果可能说明了加强耳蜗内脂肪酸代谢能促进噪声性耳聋的恢复[25]。另外，最新证据表明脂肪细胞通过脂肪酸氧化促进邻近的黑色素瘤生长和侵袭，而药物阻断脂肪细胞膜表达的脂肪酸转运蛋白（FATP）后，可消除脂质转运到黑色素瘤细胞，减少了黑色素瘤的生长和侵袭，说明脂肪细胞可能通过FABP、FATP介导向邻近的黑色素瘤细胞转运脂质以达到营养黑色素瘤细胞的作用[44]。上述研究结果均提示：为适应外毛细胞的生理功能，Hensen细胞内脂类物质可能通过FABP介导转移到细胞膜周围，再通过FATP转运到外毛细胞，最后通过β氧化，为外毛细胞提供能量，维持耳蜗正常功能。但Hensen细胞通过能量代谢方式调节耳蜗功能作用机制中还有待进一步研究。

5 小结

功能决定于结构，基底膜的形态以及支持细胞的大小和脂质体的分布等是行波学说的物质基础之一[21]。耳蜗感受声音后产生CM时，Hensen细胞通过释放脂滴改变网状板层和盖膜之间的空间距离，调制了CM的形成；Hensen细胞通过释放脂滴改变了行波传播时基底膜的质量声抗和劲度声抗，以及调制驻波共振的形成等，均提示Hensen细胞的存在并通过释放脂滴增强了耳蜗的敏感性以及感受声音的频率选择性，进而参与了耳蜗机械调节。

如果把耳蜗看成是一个“蜗居”，那么耳蜗中OHC则在蜗居生活中“主外”（因为85%的CM是由OHC承担），而耳蜗中IHC则在蜗居生活中“主内”（因为95%的耳蜗传入神经与IHC形成突触连接）[45]；此外，Hensen细胞还释放ANXA1蛋白参与耳蜗炎症反应、以及可能利用脂滴释放脂肪酸为毛细胞提供营养，由此也说明Hensen细胞在“蜗居”生活中具有保驾护航和后勤保障作用。

致谢：衷心感谢李兴启教授对本文的悉心指导。