噪声性聋机制及潜在分子治疗的研究现状*

范贝 陆菲 查定军

噪声性聋(Noise induced hearing loss, NIHL)又称噪声性听力损伤，是由于暴露于噪声环境中，导致耳蜗毛细胞损伤为典型性病理改变的一种进行性感音神经性聋。成年哺乳动物耳蜗毛细胞损伤后不能再生，是导致永久性听力损伤的主要原因。世界上约5%的人口遭受噪声导致的听力损伤，噪声性聋是世界工业化国家的一个主要职业风险，影响工人的交流，严重者会造成神经、内分泌和消化系统等功能受损，导致社会生产力下降[1]。如何激活内耳相关信号通路介导内耳基因治疗和干细胞治疗以促进毛细胞再生，达到听功能和前庭功能的恢复成为近年来研究热点。本文围绕氧化应激、免疫炎症、钙离子失衡和易感基因对NIHL致病机制进行综述，并回顾NIHL的基因治疗和干细胞治疗研究现状。

1 NIHL损伤机制的研究

1.1氧化应激损伤 噪声刺激下可使耳蜗内自由基表达过量，生成脂质过氧化物导致细胞凋亡。自由基产生主要在外毛细胞和血管纹，其次是螺旋神经节和支持细胞，自由基的产生是一个持续动态的过程，持续时间可长达7～10天，损伤最严重的部位自由基含量最高，由耳蜗基底膜底端向顶端扩散[2]。这种自由基在耳蜗组织内存在时间长可能与毛细胞长期慢性损伤存在关联，也为噪声暴露的干预和听力损失程度的控制提供一种可能[3]。耳蜗内产生的氧自由基主要来源于线粒体电子传递链，线粒体可加速有氧代谢，使超氧化物和脂质过氧化产物增加。噪声刺激引起迷路血管收缩，造成组织缺血、缺氧，影响局部组织有氧代谢，产生大量的活性氧和活性氮。强噪声刺激后外毛细胞的摆动性对能量需求高，导致过氧化物的蓄积，产生大量的自由基，诱发细胞凋亡和坏死，最终导致听力损伤[4]。通过提高氧化还原激活转录因子，如：缺氧诱导因子(HIF-α)、核转录因子(Nrf-2)和抗氧化酶Prdx6的表达，能够改善氧化应激介导的听觉细胞损伤[5]。

1.2内耳免疫炎症 耳蜗内的免疫系统包括免疫细胞，如：巨噬细胞，还包括耳蜗支持细胞和外侧壁纤维细胞等非免疫细胞。巨噬细胞是耳蜗内主要的天然免疫细胞，是耳蜗损伤后炎症和组织修复反应的重要驱动因素。在稳态条件下，耳蜗巨噬细胞分布于多个耳蜗区域，包括螺旋韧带、螺旋神经节区、基底膜和血管纹等，且巨噬细胞形态具有差异，免疫蛋白表达模式不同，表明巨噬细胞在维持耳蜗功能的多样化[6]。高强度噪声刺激导致耳蜗白细胞显著增加，单核细胞进入耳蜗，分化为成熟的巨噬细胞，特别是在螺旋韧带和螺旋缘处；噪声暴露后耳蜗巨噬细胞的分布、表型和数量均有明显改变[7,8]。巨噬细胞能够吞噬和分泌粘性分子，激发免疫反应。Toll样受体4(Toll-like recept 4，TLR-4)是一种激活先天免疫系统的细胞受体，能够识别损伤相关的分子，在受损组织上表达，有助于启动免疫反应。噪声刺激后TLR-4在耳蜗感觉上皮组织表达提高，TLR-4敲除小鼠相对于对照组小鼠有较强的抗噪声能力，TLR-4缺陷可抑制Corti器中IL-1β的产生，减少噪声刺激后感觉细胞损伤和耳蜗功能障碍[9]。噪声刺激后，耳蜗炎症反应急性期巨噬细胞产生多种炎性因子和趋化因子，调节耳蜗炎性细胞功能可能成为一种有效的噪声性损伤的防治方法[10]。Zhang等[11]在噪声暴露后3天检测，发现TLR-4、肿瘤坏死因子(TNF-α)和白细胞介素1β(IL-1β)在螺旋神经节细胞和螺旋韧带纤维细胞表达提高，TLR-4/NF-κB信号通路参与噪声损伤致耳蜗炎症，表明有效的调控免疫炎症反应会减少噪声致耳蜗损伤。

1.3Ca2+平衡失调 噪声损伤致使内耳淋巴液发生异常振动，细胞膜受体电位控制的Ca2+通道异常开放，Ca2+内流，细胞内钙水平升高，Ca2+平衡失调，出现钙超载现象，导致毛细胞损伤；噪声刺激后Ca2+升高激活内毛细胞突触末端谷氨酸受体，引起神经末梢兴奋性毒性和肿胀[12]。钙离子通道阻滞剂和细胞内钙离子螯合剂抑制噪声引起的听觉损伤[13]。噪声损伤后激活耳蜗毛细胞内钙蛋白酶和钙调神经磷酸酶参与细胞色素C释放和毛细胞退化，导致听觉系统受损[14]。动物实验显示，对豚鼠耳蜗鼓阶灌注钙蛋白酶抑制剂具有听力保护效应，为NIHL提供了潜在的靶向药物治疗[15]。

1.4基因易感性 目前人类定位的耳聋基因多于200个，与NIHL相关的易感基因很多，主要集中在氧化应激类基因、单基因耳聋基因、热休克蛋白基因等，通过动物实验和临床研究基因易感性，对预防和治疗NIHL有很好的指导意义[16]。Shen等[17]调查中国工人中NIHL患者和听力正常人群，发现患者血浆中谷胱甘肽转移酶(GST)活性低于听力正常工人，GSTM1多态性与NIHL易感性有关。Loukzadeh等[18]对伊朗160名男性工人研究表明GSTT1和GSTM1的遗传变异性对NIHL的易感性没有影响。GST的遗传变异对NIHL易感性的研究结果存在差异，需要前瞻性研究和其他包括GST多态性对基因表达的影响等研究来进一步验证结果。锰超氧化物歧化酶(Mn-SOD)是一种作用于线粒体内的抗氧化酶，它能将有毒的超氧化物转化为过氧化氢，噪声暴露后Mn-SOD基因敲除小鼠比野生型小鼠听力损伤和毛细胞损伤严重，进而表明Mn-SOD在保护耳蜗免受噪声损伤方面起着重要的作用[19]。已有研究证明原钙粘蛋白15(PCDH15)、肌球蛋白(MYH14)和钙粘蛋白23(CDH23)基因与NIHL的相关性[20]。PCDH15属于钙粘蛋白超家族成员，定位于内耳毛细胞的立体纤毛，基因突变会导致听力损伤和耳鸣，Xu等[21]发现PCDH15基因rs11004085位点基因变异是NIHL的危险因素。粒状头样2(Grhl2)基因导致常染色体显性感音神经性听力损失，其编码蛋白在耳蜗管内上皮细胞高表达，调控内耳上皮细胞的发育，对维持听力和前庭功能至关重要，杨秋月等[22]对噪声环境工作人员Grhl2基因的多态性分析发现3'-UTR区的rs3735715位点提高患NIHL风险。热休克蛋白(HSP)是一组保守蛋白，参与细胞内其它蛋白的合成、折叠、组装和运输。HSP70-1、HSP70-2和HSP70基因参与人类HSP的合成，这些基因的突变与NIHL易感性有关[23]。Lei等[24]研究HSP70基因发现rs2763979位点携带者对NIHL具有更高易感性。电压门控钾通道KCNQ4是钾离子代谢基因，也是NIHL的一个易感基因，Guo等[25]对中国571例NIHL患者和639例听力正常人员进行遗传关联研究，结果提示KCNQ4的rs4660468CT/TT基因型和TT基因型可能是NIHL的危险因素。

2 NIHL潜在的分子治疗

哺乳动物耳蜗毛细胞损伤后不能再生，是导致永久性听力丧失的主要原因。近年来发现可以通过调控内耳相关信号分子，诱导内耳受损的毛细胞、支持细胞及干细胞来实现毛细胞再生[26]。从分子水平上利用基因治疗、干细胞治疗被认为是未来恢复毛细胞功能的一种干预手段，这些技术的进步将为听力学研究带来新的曙光[27]。

2.1基因治疗 基因治疗指通过细胞特异性启动子将基因转入特定的细胞，在一段时间内产生效应蛋白。内耳Corti器中细胞病变是许多听觉疾病的主要原因，内耳位于淋巴管周围和内淋巴流体空间的存在使载体易于扩散，是基因治疗的一个有吸引力的靶点[28]。研究表明使用病毒载体将抗凋亡的Bcl-2基因转入庆大霉素预处理的小鼠体内，发现能够保护毛细胞形态和听力[29]。Atoh1基因在感觉毛细胞有丝分裂后分化过程起重要作用，Liu等[30]通过异位表达Atoh1，实现了两种支持细胞亚型成功转化为表达11种毛细胞特异性标志物的未成熟毛细胞;其进一步类似研究同样证明了两种类型的支持细胞，内耳边缘细胞和指骨细胞向未成熟的内耳毛细胞的转化，新的细胞表现出内耳毛细胞的特征，如：直线形的立体纤毛束、Fgf8和otoferlin的表达，以及比外毛细胞更大的外向电流[31]。最近的一项研究发现在噪声性聋小鼠模型中，通过将p27Kip1缺失与异位Atoh1过表达相结合，证明了未成熟的毛细胞在成年小鼠体内仍然存活，为毛细胞的再生提供了一个潜在的途径[32]。

病毒载体介导基因直接传递到耳蜗是另一个正在积极开展的研究领域，腺病毒是较为常用、相对安全的载体。Kawamoto等[33]研究用腺病毒载体将Math1基因转入豚鼠的内淋巴使Math1蛋白表达升高，导致Corti器中未成熟的毛细胞的产生。Mizutari 等[34]研究Math1基因的驱动使柱状细胞再生毛细胞方面的潜力得到了支持，其团队研究了Notch通路的作用，通过抑制Notch激活诱导支持细胞转化为毛细胞。NRF2是基因治疗的另一个靶向分子，是介导细胞保护的转录激活因子，通过诱导抗氧化酶和蛋白酶表达上调来对抗氧化应激。噪声暴露后NRF2基因敲除鼠比野生型小鼠表现更高的听力阈移，利用NRF2增强子能够保护噪声暴露后毛细胞的完整性和降低氧化应激[35]。GJB2、MsrB3和VGLUT3基因缺陷小鼠模型中，靶向基因编辑导致了听力损失的相对恢复，其在NIHL的应用有望得到进一步的证实[36]。利用基因治疗诱导神经营养因子的过度表达，已经证明对毛细胞和听力有保护作用[37]。利用腺病毒转染胶质细胞源性神经营养因子(GDNF)、脑源性神经营养因子(BDNF)和神经营养因子3(NT-3)在动物体外和体内的研究，发现对突触数量恢复和听力损伤具有保护作用[38]。

2.2干细胞治疗 近年来，干细胞的高分化能力和低免疫原性为疾病治疗提供了应用潜力，使干细胞治疗成为受欢迎的前沿医学研究。干细胞治疗作为NIHL的一种潜在的治疗方法，通过补充受损的感觉毛细胞和恢复听觉结构来减少听力损伤。Li等[39]发现成年小鼠内耳中存在具有分化潜能的干细胞，这为内源性干细胞治疗毛细胞损伤提供了应用的可能性。干细胞可分化新的毛细胞及神经元细胞，为进一步的干细胞移植取代内耳受损的细胞提供了可能。胚胎干细胞经体外诱导神经源蛋白1 (neurog1)表达及BDNF、GDNF治疗后，可分化为谷氨酸能神经元[40]，且移植胚胎干细胞具有谷氨酸能表型，表达早期神经细胞标记物。最新报道的3D培养系统对胚胎干细胞分化过程研究发现，加入Wnt激动剂调控Wnt信号通路能提高内耳感觉细胞的分化[41]。Cho等[42]将神经分化的间充质干细胞移植到耳蜗，观察到少量再生神经元，听觉功能轻度恢复。Fetoni等[43]研究噪声暴露下将脂肪组织来源的间充质干细胞移植入耳蜗组织，发现耳蜗组织内生长因子表达提高且不加重听力损伤。将诱导多能干细胞来源的神经元移植入耳蜗后，观察到神经元突起向毛细胞的投射，部分移植细胞表达谷氨酸神经元标记物、囊状谷氨酸转运蛋白[44]。Chen等[45]成功诱导多能干细胞分化为毛细胞样细胞，并通过基因编辑技术修复MYO15A基因突变所致的毛细胞样细胞结构和功能的异常。通过内源性干细胞激活和外源性干细胞移植两种策略，研究者希望找到恢复NIHL的方法[46]。然而，在干细胞治疗的体内应用中，需要考虑一些复杂的因素，如：干细胞类型的选择、信号通路的调控、移植途径、耳蜗内环境、外部刺激等[47]。

3 小结及展望

NIHL预防和治疗是基础和临床研究中面临的关键问题，明确其致病机制和寻找新的分子治疗方法是研究的热点。内耳氧化应激、免疫炎症、钙离子失衡和易感基因是NIHL发生的主要致病机制，主要的分子治疗方法包括Atoh1、NRF2、病毒载体介导的神经营养因子基因疗法和干细胞疗法。因此，未来研究中，探寻新的分子治疗靶点并精准调控靶向基因，实现内耳毛细胞损伤恢复和听力保护，将促使NIHL的防治达到精准个体化，是未来NIHL的研究方向。