Connexin蛋白在老年性耳聋中作用的研究进展

杨泽垠 曲雁

河北医科大学第三医院耳鼻咽喉科（石家庄 050051）

老年性耳聋（presbycusis）又称年龄相关性听力损失（Age-related hearing loss,ARHL），是一种老年人最常见的以双侧进行性高频听力损失为主要特征的感觉障碍。随着社会老龄化的加快，老年性耳聋的发病率越来越高。中度以上的老年性耳聋影响交流，可能导致孤立、抑郁，甚至可能导致痴呆症。老年性耳聋是多种因素相互作用的结果，包括耳蜗老化、环境、遗传易感性和健康合并症等。随着分子生物学技术的发展，人们对老年性耳聋的认识越来越深入，Connexin蛋白的表达在老年性耳聋中的作用也越来越受到关注。

缝隙连接被称为细胞间通道，是相邻细胞沟通的重要途径之一，能够促进代谢产物、离子和信号分子的交换。形成这种连接的膜通道蛋白称为Connexon，而Connexon的亚单位就是Connexin蛋白。Connexin蛋白与听力损失、神经退行性疾病和皮肤病有关。其在内耳听觉系统中的丰富表达表明Connexin蛋白在内耳发育和维持正常听力过程中的重要性。编码连接蛋白的基因中有100多个突变与耳聋有关，最突出的是Connexin26和Con-nexin30在听力损失中的参与。一直以来，Connexin蛋白的关注热点在于其与遗传性耳聋的关系，而很少有人研究Connexin蛋白与老年性耳聋的关系。本文就Connexin蛋白的表达在老年性耳聋中的可能作用作一综述。

1 Connexin蛋白的分布和功能

1.1 Connexin蛋白的表达分布

缝隙连接广泛存在于内耳Corti器的支持细胞、血管纹、螺旋韧带、螺旋唇和其他耳蜗的非感觉细胞和结构中[1]；但是听觉毛细胞之间或者毛细胞与支持细胞之间并没有缝隙连接蛋白的表达。在成熟哺乳动物耳蜗中，已检测到5种连接蛋白亚型，分别是 Connexin26、Connexin29、Connexin30、Connexin31和 Connexin43，其 中 Connexin26和Connexin30是构成耳蜗缝隙连接的重要亚基，它们存在于构成耳蜗、前庭上皮以及结缔组织缝隙连接系统的所有细胞中[2]。连接蛋白在内耳听觉系统中的定位见图1。Zhao HB等[1]的研究表明Connexin26和Connexin30在耳蜗内的分布既有差异又有重叠，存在着细胞分布特异性。在Deiters细胞和柱细胞的指突和毛细胞所构成的表皮板上，Connexin26和Connexin30大量表达，并相互重叠；在Deiters细胞和柱细胞的胞体也有Connexin26和Connexin30的大量表达。但在Hensen细胞中只有Connexin26的表达。后来又有研究表明[3]，Connexin26在Deiters细胞中的表达在出生后发育过程中具有时间依赖性和空间分布性，在出生后3天到5天，Connexin26主要在成排的Deiters细胞中纵向表达。Connex-in26在出生后发育早期的Deiters细胞中的纵向表达可能在毛细胞的存活中起着关键作用。Con-nexin26和Connexin30在耳蜗内的分布还显示出频率特异性，耳蜗基底膜中Connexin26和Connexin30从顶转向底转逐渐减少，而这种减少在Deiters细胞和内、外柱细胞中比在Hensen细胞中更加明显。在耳蜗侧壁上也能观察到有缝隙连接蛋白表达的特定细胞分布[4]。Liu,W等[5]的研究发现Connex-in26和Connexin30均大量表达于耳蜗侧壁及螺旋器，而且，人类螺旋神经节细胞同样表达Connex-in30，甚至包括一些Connexin26。Connexin29在神经节细胞听觉和前庭有髓纤维周围的雪旺细胞中表达[6,7]。Connexin31明显局限于螺旋缘，螺旋韧带和纹上区特定的纤维细胞群，从底部到顶端逐渐减少[8,9]。还发现Connexin36在Ⅰ型神经节细胞包浆中表达，它作为缝隙连接蛋白特定作用于神经元细胞，Connexin43也被发现存在于环绕Ⅰ型神经元细胞的施万氏细胞中[5]。

图1 连接蛋白在内耳听觉系统中的定位。耳蜗导管放大图显示Corti器横截面。Connexin26和Connexin30是内耳中表达最丰富的连接蛋白[10]。Fig.1 Localization of connexin in the auditory system of the inner ear.The enlarged image of the cochlear duct shows the cross section of the Corti.Connexin26 and Connexin30 are the most abundant connexins in the inner ear[10].

1.2 Connexin蛋白的功能

缝隙连接由来自两个相邻细胞头对头排列的两个半通道组成，通过促进离子、小代谢产物和第二信使的扩散来介导细胞之间的通信。这种细胞间的直接电活动和新陈代谢联系在胚胎期、肿瘤抑制以及许多生理功能和病理过程中起着重要的作用。Zong L等[11]的研究证明miRNAs可以通过缝隙连接通道调节相邻细胞的基因表达，从而实现细胞间的遗传交流。缝隙连接耦合功能在听功能中也起着至关重要的作用。耳蜗缝隙连接耦合的功能主要包括钾离子的回收、营养物质和能量供应、代谢产物的转运、细胞间电信号的传递、维持内外淋巴液独特的电化学环境[12-14]。Mei L等[15]在研究中表明，Connexin26和Connexin30双基因突变可能导致耳蜗侧壁异质性缝隙连接功能受损，从而降低耳蜗内电位，最终导致听力损失。耳蜗内细胞间缝隙连接能够完成K+在内、外淋巴液之间的循环，籍以形成耳蜗中阶高K+环境,维持正常的内淋巴电位[16]。尽管K+回收理论很受欢迎，但是并没有直接的实验数据支持[17]。连接蛋白在听觉功能中的重要作用包括促进耳蜗发育和维持成熟耳蜗的听觉功能。由Connexin26或Connexin30组成的连接蛋白半通道，在耳蜗发育和成熟过程中发挥多种重要作用[18]。通过连接蛋白半通道释放ATP可以促进Ca2+波在耳蜗上皮细胞间的传递[19]，还可以激活K+内流，从而促进K+进入支持细胞，减少毛细胞附近K+积聚[20]。以往的K+循环障碍假说认为，Connex-in26缺乏可能损害内耳缝隙连接，破坏缝隙连接介导的耳蜗K+循环途径，从而导致K+离子在毛细胞周围积聚和毒性，最终导致毛细胞退化和听力损失。然而，Zhao HB在一篇综述中提出[21]，尽管K+回收对正常听力很重要，但这种K+回收假说并不是Connexin26缺乏导致耳聋的机制。

事实上，由不同Connexin蛋白组成的连接通道对不同性质的物质会表现出不同的通透性[22]。Connexin26的表达和阴离子的通透性相关。耳蜗中多数重要的细胞信号分子如ATP，cAMP，cGMP，谷氨酸和IP3等均为带负电荷的分子。因此Con-nexin26缝隙连接通道在耳蜗对于细胞间通信与营养供应有着重要作用[23]。Connexin26对于带负电的荧光黄染料和带正电的神经生物素具有相同的通透性，并且主要负责耳蜗对阴离子分子的通透性。miRNAs在生理pH下表现为阴离子，因此，Con-nexin26缺乏可以影响miRNAs在耳蜗中的传递。而Connexin30对带正电的神经生物素的通透性远大于带负电的荧光黄染料，Connexin26和Connex-in30共表达组成的异聚体连接子对正负离子均具有较强的通透性[24]。Suzuki,T等[25]的研究表明，缝隙连接还可以介导葡萄糖分子从葡萄糖转运子阳性细胞向葡萄糖转运子阴性细胞的传递。细胞利用Connexin蛋白转运的葡萄糖产生ATP，维持生命活动及Na+-K+泵的正常工作。

2 Connexin蛋白与老年性耳聋

2.1 老年性耳聋的病理特征及分型

老年人和其他哺乳动物内耳的退行性改变发生在感觉毛细胞、初级感觉神经元或螺旋神经节细胞、血管纹和螺旋韧带细胞(包括血管系统)之间。随着年龄的增长，外毛细胞更容易退化。感觉细胞的退化开始于耳蜗顶转和基底转，并进展到整个Corti器[26]。神经退行性变也是老年性耳聋的一种常见病理，在人类和动物中都是如此，它发生在耳蜗顶转和基底转。1993年，Schuknecht等[27]将老年性耳聋按组织病理学改变分为感音性、神经性、代谢性（或血管纹性）、耳蜗传导性（或机械性）、中枢性和混合性六种类型，病理类型多说明其发病机制非常复杂。

2.2 Connexin蛋白在老年性耳聋中的表达及作用

Connexin蛋白的关注热点一直在其与遗传性耳聋的关系。遗传学研究揭示了Connexin蛋白在听力中的重要性，其基因突变导致数百万常染色体显性或隐性耳聋患者的听力损伤。约有50%常染色体隐性遗传性非综合征型耳聋的发生与GJB2(编码Connexin26)基因突变有关。由Connexin蛋白组成的缝隙连接结构和功能异常主要通过以下三种可能机制最终导致耳聋[28]：（1）对K+循环的破坏：如果连接通道出现异常，无法保持内淋巴液高K+状态，影响耳蜗淋巴内电位的形成，最终影响听力；（2）内淋巴屏障破坏：离子通道和载体形成的内淋巴屏障对于内淋巴电位和正常听力是必不可少的。有学者认为是内淋巴屏障的破坏导致了内淋巴电位的改变，最终影响听力；（3）细胞间代谢物质交换的紊乱：Connexin26和Connexin30异常表达会引起包括第二信使和葡萄糖在内的众多代谢物质无法进行交换。葡萄糖的缺乏会导致细胞ATP的缺乏和大量氧自由基的产生，氧自由基的破坏作用能够引起毛细胞凋亡和听力下降。

Connexin蛋白在非遗传性耳聋尤其是在老年性耳聋中的作用研究较少。噪声性耳聋中，螺旋韧带中的Connexin26表达出现下降，并且这种下降可被抗氧化剂及一氧化氮激酶抑制剂所保护[29]。研究表明，老年性耳聋中耳蜗Connexin蛋白表达明显下降，这种下降可能是由氧化物质破坏导致的[24]。由此可见，Connexin蛋白在耳蜗中表达下降是与氧化作用增强密切相关的。研究中，Wu X等[30]的结果表明，在耳蜗中DNA异常甲基化参与了老年性耳聋，这项研究以模拟衰老大鼠耳蜗中的缝隙连接蛋白β-2为重点，GJB2基因启动子区的高甲基化导致Connexin26表达下调，可能影响高能代谢物的分解，从而促进了老年性耳聋的进展。为了阐明Connexin26的详细表观遗传调控与老年性耳聋之间的关系，还需要进一步的研究。日本学者Shori Tajima S等[31]在研究中表明，Connexin26的疏水转化以及缝隙连接蛋白的破坏可能参与了老年性耳聋的发病机制，并可能发生在严重的毛细胞变性之前。Fetoni AR等[32]在单基因小鼠听力损失模型上的研究结果表明，Nrf2通路对听力的维持是必不可少的，其功能失调可能在人类老年性耳聋的发病机制中起重要作用。同时还表明老年性耳聋可能是由于Connexin26表达不足引起的，这为进一步阐明进行性耳聋的发病机制提供了新的思路。Zong L等[33]在实验中发现，缝隙连接对主动耳蜗放大和听力的影响是渐进的，随着小鼠年龄的增加，从基底部的高频区域延伸到顶端的低频区域。这些新数据进一步表明，耳蜗缝隙连接可能在年龄相关性听力损失中发挥重要作用。Martínez AD等[24]认为，缝隙连接蛋白通道可能是氧化损伤导致老年性耳聋的靶点，而连接蛋白基因是与老年性耳聋相关的潜在易感性候选基因。国内学者司超等[34]对Con-nexin43在耳蜗螺旋动脉上的表达与老年性耳聋的关系进行研究，结果表明，衰老豚鼠耳蜗螺旋动脉上Connexin43表达水平的变化可能与老年性耳聋有关,这为临床后续的研究方向奠定了一定的基础。申玲[35]的研究表明，在拟老化大鼠内耳组织中存在GJB2基因启动子区高甲基化与其低表达相关，由此推测GJB2基因衰老性甲基化可能参与老年性耳聋的发生发展；Connexin30蛋白表达水平在拟老化大鼠内耳组织中存在不同程度的代偿性升高，推测Connexin30可能参与老年性聋的发生发展。而后来Wu X等[30]的研究也表明，GJB2基因启动子区的高甲基化导致Connexin26表达下调，增加了患老年性耳聋的风险。

3 总结与展望

随着人口老龄化的加剧,老年性耳聋的发病率越来越高。现阶段老年性耳聋的发病机制主要集中在miRNA介导的耳蜗细胞自噬与凋亡，线粒体DNA突变及离子跨膜转运障碍等方面。Connexin蛋白在内耳发育和维持正常听力过程中起着十分重要的作用，它与老年性耳聋是密切相关的。以往国内外学者的关注焦点主要集中在Connexin蛋白与遗传性耳聋的关系上，随着研究的逐渐深入以及分子生物学技术的不断发展，Connexin蛋白的变化在非遗传性耳聋特别是老年性耳聋及噪声性耳聋发病中的作用日益受到重视。多项研究表明，Connexin26表达不足可能会引起老年性耳聋，这为今后的研究提供了方向和思路，也确定了研究重点。老年性耳聋的发病原因及机制极其复杂,未来的研究可着重放在Connexin26下降如何引起老年性耳聋的具体机制上。对于老年性耳聋目前仍缺乏有效的临床治疗手段。王健艳等[36]在近期的综述中提及，阿司匹林可能延缓老年性听力损失，音乐训练和教育可以减缓老年性耳聋所造成的音乐感知的衰退。这将为老年性耳聋的预防和治疗提供新的思路和药物选择。

随着分子生物学技术的快速发展，干细胞和基因治疗将取得重大突破。而对Connexin蛋白与老年性耳聋关系的研究将有利于揭示各种因素导致老年性耳聋的机制，并为临床上防治老年性耳聋提供新的、有效的途径和方法。