年龄相关性听力损失的易感基因研究进展*

陈琪 赵立东 王秋菊

1 解放军总医院耳鼻咽喉头颈外科医学部，国家耳鼻咽喉疾病临床医学研究中心，解放军耳鼻咽喉科研究所，聋病防治北京市重点实验室(北京 100835); 2 浙江中医药大学

年龄相关性听力损失(age-related hearing loss，ARHL)又称为老年性聋(presbycusis)，被定义为一种双侧对称性的、进行性的与年龄有关的感音神经性听力损失(SNHL)，高频听力下降较为明显[1]。对尸头颞骨标本的研究发现，ARHL涉及多种听觉结构，包括耳蜗内外毛细胞机械传导退化(感音性老年性聋)、血管纹功能减退(代谢性老年性聋)以及听神经退化(神经性老年性聋)，而现实中常表现为多种结构病变。ARHL被认为受到多种因素的影响，其潜在危险因素包括年龄、性别、种族、环境、生活方式、健康合并症以及遗传易感性[2]。

鉴于25%～75%的听力改变与遗传因素相关[3]，在过去几十年间，人们对ARHL的遗传学机制进行了深入的研究，本文将对ARHL遗传研究的最新进展进行综述，以进一步加深对ARHL遗传学机制的认识。

1 与ARHL听力曲线相关的已知耳聋基因

1.1GRHL2基因 GRHL2基因(grainyhead like transcription factor 2)是人类上皮组织中广泛表达的转录因子，也在排列有毛细胞、侧壁螺旋韧带、螺旋神经节细胞和支持细胞的耳蜗管中表达[4]。该基因的缺陷是非综合征型常染色体显性28型(DFNA28)SNHL的原因。GRHL在整个生命周期参与上皮细胞的分化和维持，受损上皮细胞的完整性可能与迟发性听力损失有关[5]。Van Laer等[6]对2 418个ARHL患者进行关联研究，将703个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNP)进行统计分析后，排名最高的前三个SNP均位于GRHL2基因中，并进一步分析证实GRHL2是ARHL易感基因。Lin等[7]尝试在台湾汉族人群中复制该结果，但其研究并未发现两者之间积极的联系。受限于样本规模、研究设计、种族以及其他因素的影响，不同的研究结果之间存在差异。因此，Han等[4]基于已发表文献进行了Meta分析，以评估GRHL2基因多态性与ARHL敏感性之间的关系，发现在白种人中rs10955255位点多态性可能是ARHL的重要危险因素，而在亚洲人中rs1981361位点多态性可能是ARHL的危险因素，但仍需要更大规模的研究来验证。

1.2KCNQ4基因 KCNQ4(potassium voltage-gated channel member 4)基因编码蛋白质在调节神经元兴奋性，尤其是在调节耳蜗感觉细胞兴奋性中尤为重要，其表达于内耳毛细胞、前庭器官和脑干听神经核，在内耳钾离子循环中扮演重要角色，该基因的缺陷是引起非综合征型常染色体显性2型听力损失(DFNA2)的原因，以进行性的高频SNHL为主(smith，1993)。表达于内耳毛细胞、前庭器官和脑干听神经核，在内耳钾离子循环中扮演重要角色。通道基因的突变被认为是缓慢进行性听力损失的原因[8]。Van Eyken等[9]通过在两个独立的白种人群中将ARHL视为定量特征，研究跨KCNQ4的SNP与ARHL的关系，发现在两个人群中，位于KCNQ4基因中部占据13 kb的SNP与ARHL显著相关。

1.3GIPC3基因 对小鼠的研究表明Gipc3(GAIP interacting protein 3，C terminus)基因是耳蜗毛细胞和螺旋神经节长期存活的必需基因，染色体上Gipc3基因的纯合突变会引起常染色体隐性15型(DFNB15)听力损失。Charizopoulou等[11]确定Gipc3的PDZ域中的序列多态性是小鼠进行性SNHL和听源性惊厥易感性的原因，其研究还表明Gipc3在耳蜗毛细胞的声音信号获取和传播中起着关键作用，同时Gipc3343A等位基因会破坏静纤毛束的结构，影响听觉毛细胞和螺旋神经节神经元的长期功能。Yi等[11]的研究指出代谢型谷氨酸受体7 (mGluR7)和Gipc3在小鼠耳蜗中显示出相同的定位域，且在功能上有相似之处，而mGluR7兴奋性中毒的易感性被认为是ARHL的危险因素，因此提出Gipc3及其同源基因是ARHL的优良候选基因。

2 内耳中已知功能的基因

2.1参与抗氧化过程的基因 氧化应激在整个衰老过程中起着重要作用，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是线粒体氧化磷酸化的副产物，包括超氧阴离子(O2-)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(OH)[8]。正常生理条件下，氧化应激过程与抗氧化应激过程保持着动态平衡，复杂的酶和非酶系统相互作用，以抵消活性氧介导的氧化损伤。耳蜗中有两类抗氧化酶：参与谷胱甘肽(GSH)新陈代谢的酶和参与超氧阴离子和过氧化氢分解的酶[2,12]。内耳的氧化应激，继发于某些与人类抗氧化系统有关的基因的多态性导致的氧化应激防御机制受损，这种防御机制受损可能使个体更容易受到ARHL的影响[8]。

GST家族的N-乙酰转移酶(N-acetyltransferase，NAT)基因所编码的酶负责外源性物质的解毒，对氧化应激的平衡非常重要。在人体中发现的两个同工酶分别是NAT1和NAT2[8]。一项ARHL与抗活性氧相关基因的多态性的研究发现，在芬兰人群中ARHL与GSTM1和GSTT1之间存在相关性，而在其他欧洲人群中ARHL与NAT2存在相关性[2]。另一项研究也证实携带GSTM1和GSTT1空基因型(null genotypes)的白人患ARHL的几率更高[13]。另有研究发现，与野生型基因者相比，GSTT1等位基因突变的受试者更有可能出现高频陡降型听力图，表明耳蜗的基底部易受GSTT1调节的氧化应激的影响[12]。

UCP2是线粒体源性ROS的调控因子，在日本人群中UCP2 基因Ala55Val多态性与ARHL显著相关[14]。Manche等[15]选取220个病例组和270个年龄、性别相匹配的对照组，对氧化应激相关基因的SNP多态性与老年性聋之间的关系进行探究，发现UCP2 (G-866A)的基因多态性对ARHL有显著的风险。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)可以将超氧阴离子分解为H2O2和O2，产生的H2O2可以被过氧化氢酶进一步分解为水和氧气[2]，从而使细胞免受氧化应激的损伤。对小鼠的研究显示，耳蜗中缺乏SOD1表现出与年龄有关的耳蜗毛细胞缺失增加、血管纹厚度变薄、螺旋神经节神经元严重退化[16]。在啮齿类和灵长类动物耳蜗中，神经节细胞中SOD2表达梯度增加[17]，与大多数ARHL高频听力损失差异一致。同时SOD2基因编码一种普遍存在的线粒体超氧化物歧化酶，其启动子变异可能与男性的ARHL风险相关[18]。Wang等[19]通过动物实验探究老年性聋患者内柱细胞中SOD1水平降低是否与内毛细胞带状突触可塑性降低有关，发现耳蜗SOD1表达降低与听力阈值变化一致，同时内柱细胞中SOD1水平的降低可能导致基底膜振动减少和带状突触数量减少，而带状突触在ARHL中起着至关重要的作用。Keithley等[16]发现SOD1对于耳蜗神经元和血管纹的存活似乎很重要，但即使只有一半的SOD1也足够维持正常功能状态，且过量的SOD1对老年性听力损失并不提供足够的保护。

2.2线粒体相关基因 有推测认为，耳蜗线粒体氧化还原失衡、mt DNA突变和缺失可能共同参与了ARHL的发生。在ARHL患者的颞骨中经常观察到一种特殊的线粒体缺失(mt DNA 4977)，其水平与ARHL的严重程度密切相关。此外，颞骨螺旋神经节神经元中mt DNA缺失，将导致COX3表达减少，而COX活性不足会导致高代谢组织出现明显的病理变化[20]，进一步影响听觉感知。

POLG基因编码mt DNA聚合酶γ，用于维持mt DNA复制的保真度，OPA1基因编码线粒体动素样GTPase，影响mt DNA基因组的稳定性，两者的变异均可导致早发的听力损失[21]。小鼠表达的易出错的mt DNA聚合酶γ(PolgD257A)缺乏校对活性，增加突变频率，导致呼吸链蛋白表达缺陷和早衰，这些Polg基因敲除小鼠也表现出早发ARHL，螺旋神经节神经元严重丢失和血管纹变性[22]。

2.3毛细胞纤毛相关基因 与纤毛组织和毛束形成相关的编码蛋白包括CDH23、MYO6、CEP104等，CDH23编码蛋白与纤毛组织和毛束形成有关，MYO6编码蛋白是维持内耳毛细胞的结构完整性，维持正常纤毛结构所必需的，CEP104编码中心体蛋白104，是纤毛形成和纤毛结构完整所必需的。

对小鼠的研究显示，所有携带Cdh23ahl等位基因的近交系小鼠均出现ARHL。Yasuda等[23]将位于Cdh23的等位基因c.753A编辑为c.753G，发现基因编辑后可延缓ARHL的发生，但并不能完全抑制小鼠的ARHL。Bouzid等[24]采集感音神经性听力下降和听力正常的老年女性的血液样本，进行CDH23基因特定位置甲基化的研究，发现CDH23基因CpG位点甲基化水平较高可能与ARHL相关。Oonk等[25]将一个由于MYO6基因突变而导致听力损失的荷兰家庭的听力测试特征，与之前发表的三个不同家庭的听力特征进行比较，发现该家庭成员的听力损失与老年性聋非常相似，并推测MYO6的罕见变异可能导致老年性聋。一项以全基因组关联研究为基础，辅以分子动力学模拟、蛋白质翻译分析和突变基因在模式动物中检测的研究，对464个ARHL患者进行全基因组测序，最终获得CEP104基因与ARHL相关[26]。

2.4其他已知功能的基因 代谢型谷氨酸受体7(glutamate receptor metabotropic 7，GRM7)[27～29]基因编码代谢型谷氨酸受体7(glutamate receptor type 7,mGluR7)，被认为位于哺乳动物耳蜗毛细胞和传入听神经纤维树突之间的突触中，是维持谷氨酸突触传递和稳态的关键，在人颞骨模型中表达于螺旋神经节细胞，螺旋缘齿间细胞，内、外毛细胞和螺旋韧带的II型纤维细胞内。Wells等[29]首次对大样本人群进行ARHL的全基因组测序，发现并验证GRM7基因(rs11928865)与ARHL之间存在显著风险关联，同时认为GRM7的常见等位基因可能通过改变谷氨酸兴奋性中毒敏感性的机制而导致个体患ARHL的风险增加。Luo等[11]对982例ARHL和324例听力正常老年男性组进行了病例对照候选基因关联研究，结果表明GRM7(rs11928865)与ARHL相关，且在下降型和2～4 kHz陡降型的ARHL患者中更常见。Chang等[28]对台湾地区老年人的GRM7基因单核苷酸多态性与ARHL的关系进行了研究，发现GRM7(rs9880404)与ARHL的易感性有关。

在CBA小鼠耳蜗老化模型中，几个凋亡相关基因的表达随年龄和听力损失而发生变化，认为细胞凋亡可能在耳蜗老化和ARHL中起着重要作用。在C57BL/6J小鼠中，删除线粒体促凋亡基因Bak可以阻止年龄相关的螺旋神经节神经元、毛细胞的损失和ARHL[29]。Falah等[30]研究发现，ARHL患者外周血样本中促凋亡基因BAK/抗凋亡基因BCL2比值显著上调。

由此可见一些参与氧化应激解毒、线粒体功能、细胞功能的相关基因的多态性都可能与ARHL存在一定的相关性。

3 全基因组关联研究方法获得的新基因

全基因组关联研究(genome-wide association study，GWAS)采用大样本人群，针对一部分而非特定基因进行测序，虽然目前ARHL相关表型的GWAS研究之间重复性较差，可能受到听力表型差异、样本遗传差异以及样本数目的影响，但仍发现了一些新型ARHL基因。

一项基于电子健康记录的GWAS研究[31]，选取非拉美裔白人并根据听力情况分组，使用传统的基因组图谱获得与ARHL相关的SNP。第一个高相关性SNP位于ISG20的5 kb 3'和ACAN的638 kb 5'端，第二个SNP是TRIOBP的内含子。经TRIOBP启发，还发现两个显著相关的SNP为ILDR1和EYA4。Di Stazio等[26]以全基因组关联研究为基础对ARHL患者进行全基因组测序，收集单核苷酸变异(SNVs)和插入/缺失(INDELs)数据，结合之前全基因组关联研究相关数据，获得46个候选基因，并用81例超百岁健康老人所构成的内部数据库中的等位基因频率对变异进行筛选，再将感兴趣的变异基因通过分子动力学模拟和蛋白质翻译分析评估其致病作用，并检测突变基因在小鼠或斑马鱼内耳中的表达，最终发现DCLK1、SLC28A3、CEP104和PCDH20基因与ARHL相关。在一项意大利人群的GWAS研究中[32]，用类似上述方法，发现TIAM1基因变异是ARHL的负担基因，纯合基因可导致严重的听力损失。Nagtegaal等[33]对已有的GWAS研究进行了Meta分析，确定了7个相关基因位点，5个是新发现的基因(FXYD5、IPP、SPIRE2、SPTBN1和TRIL)，2个已报道与听力损失相关的基因(ILDR1、ISG20)，还证实了一些先前报道的与ARHL相关的基因(ILDR1、ISG20和TRIOBP)。Hoffmann等[34]从成人健康和老龄化遗传流行病学研究队列中选取6 527例ARHL者和45 882例听力正常者进行全基因组测序，发现TRIOBP与ARHL相关，在另一项研究中也证实了TRIOBP与ARHL之间存在联系[29]。

近期一项对小鼠的研究[35]通过降低小鼠中每个基因的表达水平并分析听觉功能，探究早期ARHL相关GWAS报道的17个候选基因(A430005L14Rik、Amz2、Arsg、Dclk1、Evi5、Fzd6、Grm8、Ptprd、Sik3、Slc16a6、Tgm6、Cmip、Csmd1、Dipk1a、Optn、Pthlh、Rimbp2)对听力是否有明显的影响，发现其中两个基因对听力有影响， Dclk1突变导致ABR阈值迟发性逐步升高，A430005L14Rik(C1orf174)突变者显示出比对照组更严重的噪声诱发性听力损害。

迄今为止，GWAS对ARHL的研究尚未发现任何具有较大影响的变异，可能与遗传缺失受到多种其他机制的影响有关，例如GWAS阵列上目前无法捕获的稀有SNP和效应量较小的常见SNP，这些可以用更大的样本量或副本数量变化来识别[31]。未来需进行更大样本、更详细的表型划分，以探究ARHL复杂的遗传因素。

4 展望

通常认为遗传因素和生活方式是衰老相关病理状态的主要因素，但越来越多的证据表明，表观遗传学因素也可能导致这些疾病。表观遗传学的定义为不是由DNA序列改变而引起的表型的改变，导致这些表型改变的表观遗传学机制主要是DNA甲基化和组蛋白修饰。Wu等[36]研究发现GJB2基因启动子区域甲基化会导致连接蛋白26表达下调，增加ARHL的风险。此外，Xu等[37]报道SLC26A4和P2RX2基因的甲基化会导致男性ARHL的风险增加，同时P2RX2、KCNQ5、ERBB3和SOCS3基因在女性中甲基化和表达下调，与老年性聋相关。MTHFR是叶酸代谢的关键酶，在DNA甲基化中起关键作用，其等位基因的变异对ARHL有着保护作用[38]。从表观遗传学角度进行ARHL的研究，将成为未来的一大方向。

目前，对于ARHL的潜在机制仍不清楚，应继续进行探究。相对于特定潜在基因的比较，全基因组关联研究从更大样本、更广泛的遗传信息层面进行易感基因的探究，具有更大的潜力。