噪声性耳聋相关易感基因的研究进展

薛鑫淼 陈学敏 徐瑾 王军 王晨宇 王小成

1空军军医大学基础医学院学员五大队(西安710032)

2空军军医大学航空航天医学系航空航天临床医学中心，教育部航空航天医学重点实验室(西安710032)

3中国人民解放军93398部队(赤峰024000)

4中国人民解放军94982部队 (安庆246000)

噪声性耳聋（Noise Induced Hearing Loss，NIHL）是由于暴露于工业、军事和娱乐等噪声环境下所致的一种获得性进行性感音神经性听力损伤，严重影响公众健康。近年来，对NIHL的易感基因开展了大量研究，这些研究对NIHL的预防、易感者甄别以及个体化治疗都具有重要意义。本文对目前研究发现的NIHL可能的相关易感基因进行了综述。

1 NIHL存在个体易感性差异

NIHL是美国发病率最高的工伤[1]，其中16%的成年耳聋患者是由于暴露于工业噪声所导致的。造成听力损伤的原因有环境因素和遗传因素，而NIHL是典型的有两者共同作用导致的听力损伤。

长期暴露于噪声环境是罹患NIHL的重要环境因素，但研究发现暴露于相同水平噪声环境中的工人，并非所有的个体都会发生NIHL，且NIHL的严重程度也有很大的差异。Taylor等[2]对某纺织厂工人听阈检测发现，工龄相近的纺织工人听阈位移不尽相同，噪声听阈位移介于10-70 dB，极差达60dB。近年来，随着越来越多的大样本人群研究的开展，结果表明即使对处于相同噪声环境中且暴露时间相近的受试对象，他们的听力损伤也具有明显的个体差异性，可见NIHL的易感性在人群中有很大的异质性[3,4]。

2 NIHL可能的相关易感基因

对NIHL的易感候选基因的筛选主要通过对噪声转导途径的关键酶基因等进行筛选研究，目前发现对NIHL的发生和发展可能有影响的基因主要有以下几种：

2.1 钙粘蛋白23基因（CDH23）

钙粘蛋白是一种钙离子依赖的细胞粘着糖蛋白，对胚胎发育的细胞识别、迁移和组织分化以及成体组织器官的构成具有重要作用，在耳蜗内表达并起重要作用的类型主要有钙粘蛋白23（CDH23）和原钙粘蛋白15（PCDH15），两者基因表达的多态性均与NIHL易感性密切相关。

2.1.1 钙粘蛋白23（CDH23）

CDH23是人类基因编码蛋白中的重要组成部分，在毛细胞中的作用是形成硬纤毛连接和顶端连接，被认为是毛细胞转导通道[5]。CDH23基因突变导致其氨基酸产物的改变，则有可能引起CDH23的钙结合能力下降，从而削弱CDH23分子之间或CDH23与其他蛋白之间的相互作用，降低细胞间的黏附功能，使静纤毛更容易受到噪声刺激的损伤[6,7]。Kowalski等[3]从3860名暴露于相同噪声环境的工人数据库中筛选出314名听力最差者和313名听力最佳者分别作为实验组和对照组，采用实时PCR技术对所有受试者5个CDH23基因SNP位点进行基因分型。统计分析发现定位于21外显子的rs3752752位点基因型与NIHL易感性密切相关，其中CC基因型在易感人群中更常见，而CT基因型则在听力最佳者组中出现的频率更高。近年来，郑晨等[8]对某航校47名听力损伤的飞行学员与听力正常学员对比研究也发现，rs3752752位点的AG基因型在易感组出现的频率更高。以上研究表明CDH23基因多态性确实与NIHL易感性密切相关，更多具体基因位点及其基因型在进一步的研究中。

2.1.2 原钙粘蛋白15基因（PCDH15）

PCDH15是钙粘蛋白超家族成员，编码膜蛋白，并介导钙依赖性细胞间的黏附，在维持视网膜与耳蜗正常功能方面发挥重要作用。近年来，研究发现其基因多态性与NIHL易感性具有相关性。Zhang等[4]在控制性别、噪声暴露年限以及暴露强度等条件相近情况下，从我国某工厂工人中筛选出476名罹患NIHL的工人和475名听力正常的工人进行病例对照研究。利用Fluidigm平台的纳米流体动力学阵列方法对PCDH15基因的13种单核苷酸多态性进行基因分型，然后采用多元logistic回归分析，发现其中rs1104085位点的等位基因频率和基因型与NIHL易感性显著相关：变异等位基因CT或CC基因型与野生型纯合子TT基因型相比NIHL的易感性明显较低。其次，还发现rs1100085、rs10825122、rs1930146、rs2384437、rs4540756和rs2384375位点的SNP与噪声暴露之间存在交互作用。

2.2 氧化应激类基因

耳蜗是一种代谢活性比较强的器官，噪声暴露会导致过量的活性氧（ROS）产生，这是导致耳蜗毛细胞损伤和死亡的重要机制之一，噪声暴露后氧自由基过表达并在耳蜗中聚集对内外毛细胞及血管纹细胞具有破坏作用[9]。因此，氧化应激和抗氧化保护机制是NIHL发展过程中的重要研究内容，主要相关基因包括超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）及谷胱甘肽转移酶（GST）。

2.2.1 超氧化物歧化酶基因（SOD）

SOD是生物体内重要的抗氧化酶，是清除体内氧自由基的首要物质，对阻断氧自由基造成细胞损害和及时修复受损细胞具有重要作用。Liu等[10]对2400名接触职业噪声的中国汉族人群听力状况进行了分析，选取了10%听力受损最严重和10%听力状况最佳的个体作为研究对象，用Taqman SNP基因分型试剂盒对（SOD2 rs2842980,rs5746136,rs2758331,rs4880和rs5746092）五个SNPs进行基因分型，并采用logistic回归分析的方法研究它们对NIHL易感性的影响，对单倍体基因型用Haploview软件筛选观察。研究发现rs4880位点的CT基因型（SOD2 V16A SNP）个体发生NIHL的风险更高。单倍体分析发现在这五个SNP位点上AGCCG基因型在易感组出现的频率更高，而AGCTG基因型则在对照组出现的频率高，表明rs4880位点的多态性与NIHL易感性密切相关。在随后的试验中，他们通过分析受试者外周血的DNA，还发现rs2070424位点AA基因型对个体发生NIHL具有保护性，而rs10432782位点GG基因型则为NIHL发生的高风险基因型[11]。因此，SOD基因多态性与NIHL的发生发展有着显著的影响。

2.2.2 过氧化氢酶基因（CAT）

CAT是一种普遍存在于所有生物体中的酶，主要参与抗氧化应激的防御机制，是过氧化氢代谢的重要作用因子。Yang等[12]筛选了719名无血缘关系的中国汉族成年人，其中225名健康志愿者和494名噪声暴露工人。采用多重探针连接扩增技术对6个标记单核苷酸多态性（tSNPs）的CAT基因位点进行了分型。采用logistic回归分析方法分析了噪声暴露水平与基因型之间的相互作用及其对NIHL发病的影响。发现在6个tSNP中，2个位点（rs208679和rs769217）多态性与NIHL的易感性显著相关。在rs208679位点，GG基因型人群在噪声暴露水平＜85dB时表现出明显的NIHL易感性，而在rs769217位点，TT/TC联合基因型在噪声强度为85dB-92dB时显著增加了NIHL发生的危险性。

2.2.3 谷胱甘肽转移酶基因（GST）

GST能催化多种内源性或外源性化合物与还原性谷胱甘肽结合，是耳蜗中起重要抗氧化作用的保护因子。Shen等[13]分别对444名NIHL和445名听力正常工人的GST基因多态性进行分析，研究其与NIHL易感性的关系。发现GSTM1基因的rs10712361位点突变基因型与野生型基因型相比具有较高的NIHL发病风险。Lin等[14]利用同样的人群研究方法，通过组合分析发现携带有GSTT1、GSTM1突变基因型以及GSTP1 lle(105)/lle(105)基因型的个体更易罹患NIHL。

2.2.4 LncRNA HOTAIR基因

LncRNA HOTAIR参与决定氧化应激水平，并且与细胞增殖和凋亡有关，由于其与细胞的氧化应激水平相关，Wang等[15]人在从工厂分别筛选了570名NIHL患者和570名听力正常者，作为病例组和对照组，并对所有受试者的HOTAIR基因的三个基因位点(rs874945,rs4759314 and rs7958904)多态性进行基因分型，发现rs4759314位点的G等位基因型以及三个位点单倍体基因型（rs874945,rs4759314,和rs7958904）在病例组出现的频率更高。因此表明HOTAIR基因多态性与NIHL的易感程度及发展速度密切相关。

2.3 钾离子循环有关基因

耳蜗内淋巴液中富含钾离子，参与维持内淋巴的高电位，转位大多数钠离子，以及毛细胞电转导时在细胞顶部发生去极化。毛细胞的基底外侧通道中有KCNQ4、KCNN2和KCNMA1钾离子通道，顶端有KCNQ1/KCNE1钾离子通道。Pawelczyk等[16]在波兰的3 860名工业噪声暴露人群中，对钾离子循环相关的10个基因多态性对NIHL易感性的影响进行了研究。在没有根据噪声暴露量对受试者进行分组研究时，发现GJB2、KC-NE1、KCNQ4各有一个位点的基因多态性与NIHL发病风险具有统计学意义；而当结合噪声暴露量进行分组分析时，发现 GJB1、GJB2、GJB4、KCNJ10、KCNQ1 的 11个多态性位点对NIHL发生与发展均有影响。这些研究表明钾离子循环相关基因多态性对NIHL易感性有着重要影响。

2.4 热应激蛋白70基因（HSP70）

热应激蛋白是一类功能相关性蛋白，生理应激、耳毒性药物、高温和噪声等刺激均可引起其在内耳等部位过表达。其中HSP70是产生最多且具有高效保护作用的一种热应激蛋白，其基因家族包括HSP70-1、HSP70-2和HSP70-hom。Gratton等[17]观察了对噪声易感的实验组86只小鼠与对噪声耐受的对照组129只小鼠，在受到相同噪声刺激时耳蜗膜迷路基因表达的区别。发现对照组HSP70和HSP40蛋白含量明显高于实验组，表明HSP70基因表达可能对于保护由噪声引起的动物耳损伤具有重要作用。

近年来，Lei等[18]利用Meta分析对五个研究HSP70基因位点多态性与NIHL易感性之间关联的实验进行综合分析，得出结论其基因位点rs1061581和rs2227956的多态性极可能与NIHL的易感性密切相关。当然这是从之前的实验数据得出的推测性结果，具体的关联性还需要后续实验研究来证明。Li等[19]通过测定钢铁厂工人听力阈值等方法筛选出286名符合条件的NIHL患病者，同时筛选了处于相同噪声环境的另286名听力正常的工人作为对照组，利用条件logistic回归和广义多维降维（GMDR）等统计学方法和技术，发现在中国汉族人群中HSP70的rs2763979位点的TT基因型与CC/TC基因型相比在病例组中的比例更高。

2.5 细胞外调解蛋白激酶基因（ERK）

ERK属于丝裂原活化蛋白激酶家族（MAPK），是将信号从表面受体传导至细胞核的关键酶，参与调解细胞增殖、生长、分化和凋亡等重要生命活动。Kurioka等[20]对ERK2基因敲除的小鼠（HC-E2CKO）模型进行噪声暴露刺激研究。在未接受噪声刺激时HC-E2CKO小鼠和对照组小鼠均没有毛细胞损伤，且测得两组ABR阈值在所有频率基本保持一致。然后将两组小鼠均暴露于121dB噪声5h，在噪声暴露4周后，测得HC-E2CKO组小鼠ABR阈值明显高于对照组，且耳蜗膜细胞铺片显示实验组内耳毛细胞损伤更为严重。因此提示ERK2基因的缺失对噪声暴露情况下内耳毛细胞的损伤，以及噪声暴露后听力的恢复具有重要影响。但毛细胞受到噪声刺激时ERK2活化的具体功能尚不明确。

2.6 人羟基鸟嘌呤DNA糖苷酶-1基因（hOGG1）

8-羟基鸟嘌呤（8-oxoG）是由于活性氧产生增多诱发的可损伤细胞DNA的一种物质。当受到噪声刺激时，其在内耳毛细胞中产生，引起毛细胞DNA损伤是NIHL的重要致病机制，而hOGG1是消除8-oxoG重要通路（碱基切除修复通路）的关键酶。Shen等[21]通过对612名患有NIHL的工人和615名听力正常的工人的hOGG1 Ser326Cys(rs1052133)位点的基因型进行分型统计研究，发现hOGG1 Cys/Cys与hOGG1 Ser/Ser相比，可能是NIHL的重要易感基因型。

2.7 MYH14基因

MYH14属于肌球蛋白家族成员，参与离子通道门控、细胞器易位和细胞骨架重排等过程。Fu等[22]采用CRISPR/Cas9技术，在CAB/CAJ小鼠品系中建立MYH14基因敲除小鼠模型（Myh14-/-小鼠），与对照组相比，MYH14-/-小鼠更容易受到高强度噪声的影响，而且在听力损伤后外毛细胞数量明显减少。表明MYH14可能在CBA/CAJ小鼠听觉过度刺激后耳蜗的保护中起着重要作用。人类是否具有相同的基因改变还需要进一步研究。

2.8 对氧磷酶2基因(Paraoxonase2,PON2)

PON2基因产物参与调解活性氧，影响耳蜗对NIHL的易损性。Li等[23]对221位NIHL患者和233位听力正常受试者的PON2的rs12026、rs7785846和rs12704796三个位点的多态性分别进行研究，对其是否与NIHL易感性相关进行logistic回归分析研究，发现rs12026位点CG和CG+GG基因型以及rs7785846位点的CT和CT+TT基因型都对NIHL高度易感。

2.9 代谢性谷氨酸受体7基因（GRM7）

GRM7主要负责谷氨酸介导的神经元突触后兴奋。为了研究GRM7多态性对NIHL易感性是否有影响，Yu等[24]在某钢铁厂选择了性别相同、年龄差＜5年以及噪声暴露时间等条件相近的工人作为研究对象，其中包括292名NIHL患者和584名听力正常的工人，通过对GRM7单核苷酸多态性（SNPs）的筛选和分型，对5个SNPs在所有受试者中的比例进行条件logistic回归分析，评估GRM7基因多态性与NIHL发病率的关系。发现GRM7基因的rs1485175位点CC基因型对于降低NIHL发生率具有重要意义。同样由于样本的局限性，此结论是否适用于我国全体汉族人口还需要进一步研究证明。

2.10 FoxO3

Guo等[25]通过对某纺织厂2689名工人进行问卷调查和纯音听力测试筛选出了566名NIHL患者和566名听力正常的工人分别作为对照组和实验组，采集两组受试者静脉血，并对FoxO3基因的三个SNP位点（rs2802292,rs10457180,and rs12206094）进行基因分型，发现rs2802292位点G等位基因、rs10457180位点G等位基因以及rs12206094位点T等位基因等基因型个体会增加NIHL发病风险，对三个位点进行综合分析发现GAC(rs2802292-rs10457180-rs12206094)等单倍体基因型个体也会更容易发病。而分层分析发现在噪声暴露超过16年的工人中带有rs2802292 GG/GT和rs10457180 AG/GG基因型的个体更易发病。

2.11 半胱天冬氨酸蛋白酶-3（CASP3）

Wu等[26]人在年龄、性别和噪声暴露时长三方面对272名患有NIHL的工人和272名听力正常的工人进行配对，对他们的CASP1,CASP3,CASP4,CASP5,CASP6,CASP8,CASP9,CASP10和CASP14基因的15个基因位点多态性进行基因分型，利用条件logistic回归分析发现CASP3基因的rs1049216位点TT基因型相比于CC基因型发生NIHL的风险更低，而对于rs6948位点，AC和CC基因型相比于AA基因型具有较低的发病风险，表明CASP3基因多态性与NIHL的发病风险有着明确的相关性。

3 噪声性耳聋易感基因人群研究方法

综合分析各实验研究后，我们总结噪声性耳聋易感基因的人群研究方法如下：选择样本数量充足的噪声暴露人群作为研究对象，制定严格的纳入标准，将听阈值经年龄和性别校正后平均听阈大于25dB的人群作为病例组，≤25dB的群体作为对照组，采用病例对照研究对两组受试者的候选基因进行检测。对于候选基因的选择主要有以下几种方法：（1）选择在动物模型上已经初步证实的基因；（2）选择在其他类型聋病中已有相关报道的易感基因；（3）根据噪声性耳聋致病机制，在对应通路中选择相关的基因进行研究。目前基因检测的方法主要有微阵列芯片法、PCR-酶切法、荧光PCR法、ARMS-PCR法和高通量测序等。对病例和对照人群进行基因筛查，从而确定对NIHL发生发展有重要影响的易感基因。

4 意义与展望

NIHL是一种可以预防的疾病，但若噪声暴露已导致听力损伤，对其进行治疗以达到痊愈的效果是基本不可能的。因此对其易感基因的筛选和研究做好预防就显得尤为重要。例如工厂应该适当地控制噪声强度和工人群体噪声暴露的时长，尤其是对于NIHL易感基因携带者，对降低NIHL发病率具有重要意义。

吕旌乔等[27]首先建立了噪声暴露量与高频听阈的线性回归模型，由工人的噪声暴露量预测其听阈值，以实测听阈值与预测听阈值之差为横轴，人数占比为纵轴，绘制了NIHL易感性的人群分布图，研究发现NIHL易感性在人群中分布呈单峰左偏态，主峰右侧(易感区)并未出现单独高峰，提示该易感性与多种因素有关，很有可能受到多个微效基因共同的影响，从而增加了对易感基因研究的难度。而且对NIHL易感基因的筛选无论是采用动物研究或人群研究，两者都有一定的局限性：对于动物研究，虽然具有试验周期短，便于取材的优势，但其研究结果必须在人群中进行验证；而对于人群研究，由于对易感基因最有效的研究方法是家系分析，但由于医学伦理要求不能使所有受试者都暴露于噪声环境当中，所以对于NIHL易感基因的人群研究不能采用家系分析，只能在基因组中搜寻NIHL易感基因。虽然目前筛选出NIHL可能的相关易感基因已达数十种，但距离应用其在临床上对NIHL进行具体的诊断、预防和治疗仍有很大差距。尽管对于NIHL易感基因研究仍然具有很大的困难和挑战，但我们相信随着对候选基因的不断筛选和新的易感基因的发现，NIHL易感基因的研究成果一定能够进入临床应用的阶段，对于NIHL的预防和个体化治疗都将具有重要意义。