老年性聋病因及发病机理的认识进展

陈雪萌 宋琦

1 河北医科大学研究生院（石家庄市 050017）

2 解放军联勤保障部队第九八〇医院耳鼻咽喉头颈外科（石家庄市 050082）

老年性耳聋（presbycusis），又被称为年龄相关性听力损失（age-related hearing loss，ARHL）。根据美国资料，目前70 岁以上的美国人近2/3 受其影响，并且随着老年人口持续增长，到2020年，预计一半以上的听力丧失患者超过70 岁[1]。2006年第二次全国残疾人抽样调查显示，我国听力和言语残疾总数为2780 万，占中国残疾人总数的34%，其中老年性聋患者占听力障碍总人数34.1%[2]。世界卫生组织估计，到2025年，在60 岁及以上的人群中，将有超过5亿人患有与年龄相关的严重听力损失[3]。

老年性聋已被证明与增加跌倒、抑郁、孤独、痴呆和认知能力下降的风险独立相关，并可产生巨大的经济负担，导致每年约30 亿美元的医疗支出[4]。尽管人工助听和人工耳蜗植入是有效的治疗模式，但其治疗效果仍不满意。

目前认为，老年性聋的病因内包括内在因素与外在因素，是一个复杂的病理生理过程，与决定耳蜗退化速度和程度的遗传风险因素相关；同时，其严重程度还受到既往耳科疾病、慢性疾病、累积噪声暴露、耳毒性药物使用和生活方式的影响，可能是遗传和表观遗传因素和环境压力因素的累积结果[5]。有学者推测免疫衰老和肠道菌群失调引起的慢性炎症，加速与年龄相关的耳蜗退化，从而促进本病的发展[6]。人类老年性聋的病理研究仅限于尸检。鉴于在人类队列中研究老年性聋的困难，研究人员使用动物模型来帮助确定与ARHL相关的发病机制和遗传学因素，并研究衰老同时控制环境暴露因素（如噪音或耳毒性药物）的影响。现有的动物模型包括龙猫、沙鼠、大鼠和小鼠在内的多个物种。如：老年蒙古沙鼠、近交大鼠Fischer 344(F344)白化品系中的两个亚品系（DuCrl和NHsd）、小鼠近交系（老年时具有“良好”听力的CAST、CBA/CaJ、CBA/J、C3H/HeH，听觉功能进行性下降的BALB、C57BL/6、DBA/2J等）；也有学者使用基因缺陷（如：抗衰老Klotho基因[7]、γ-谷氨酰转移酶1基因Ggt1dwg/dwg）的杂合子或纯合子小鼠进行相关研究。其中，C57BL/6 小鼠已被标记为AHRL模型[8]。

1964年，Schuknecht[9]根据耳蜗组织病理学，将老年性耳聋定义为感音性、神经性、血管纹性和基底膜传导（机械）性四种主要的分类。感音性老年性聋主要表现为耳蜗基部的毛细胞逐渐丢失，患者出现陡降型高频听力损失；神经性老年性聋可有听觉神经纤维缺失，测听结果多表现为与纯音阈值不成比例的语言辨别能力减弱；血管纹性老年性聋主要表现为血管纹萎缩，患者呈现相对平坦的纯音听阈减弱；耳蜗传导（机械性）老年性聋，通常耳蜗标本没有光学显微镜下异常，推测其听力损失与年龄相关的基底膜硬度变化有关。1993年，Schuknecht和Gacek 修订了该分类方案，指出衰老出现神经元缺失是老年性聋可预见的结果，感音神经细胞的丧失可能是最不重要的类型，血管纹萎缩是老年性耳聋的主要病因[10]。但目前仍有争议。本文主要关注老年性聋的病因及发病机理研究进展，分别从基因、细胞、组织等不同层面进行总结。

1 基因水平

主要包括基因改变和表观遗传学现象。

1.1 基因改变

目前已发现可能影响ARHL 和/或噪声性听力损失（Noise-induced hearing loss，NIHL）的约50 个小鼠和20 个人类候选基因，大约四分之一重叠[8]。其中研究较多的热点基因有[11]：

1.1.1GRM7基因

编码代谢性谷氨酸受体，主要位于内、外毛细胞和螺旋神经节细胞膜上，负反馈调节谷氨酸释放，维持突触间隙的谷氨酸浓度及传递。不同研究中，人种、地区和位点与老年性聋遗传易感性关联不尽相同。

1.1.2GRHL2基因

编码转录因子，主要位于人上皮组织细胞膜和细胞核，参与胚胎发育调节。在内耳主要表达于蜗管细胞，调节和维持上皮形态及细胞功能。临床表现为双侧中度、进行性或迟发性听力损失，高频听力明显，具体机制不详。

1.1.3TRIOBP基因

编码肌动蛋白结合蛋白，主要位于内耳微管、中心体等，可通过结合纤丝状肌动蛋白调节细胞骨架组织、细胞扩张和收缩。突变导致毛细胞缺失静纤毛根，丧失功能引发听力损失。

1.1.4CDH23基因

编码钙黏蛋白23，主要位于内耳细胞膜。突变可能会导致小鼠外毛细胞时序性凋亡，造成高频区听阈升高；甲基化增加引起老年性聋。

1.1.5 线粒体基因

包括13 个编码多肽基因、22 个编码tRNA 基因、2 个编码rRNA 基因。突变或缺失影响氧化应激，增龄累积造成线粒体DNA 损伤，导致毛细胞退化、凋亡，引起ARHL。

1.2 表观遗传学现象

表观遗传现象包括DNA 甲基化、RNA 干扰、组蛋白修饰等。人类和小鼠甲基化模式的改变被认为在ARHL的发展中发挥作用。在老年女性ARHL患者中观察到P2RX2、KCNQ5、ERBB3和SOCS3等基因的过甲基化和随后表达下降[12]。SLC26A4和P2RX2的过甲基化增加了男性ARHL 的风险[13]。在动物模型中，观察到ARHL大鼠Gjb2的过甲基化并导致连接蛋白26 功能下降[14]。在动物和人类研究中，钙粘蛋白23（CDH23）基因的甲基化增加与ARHL 相关，可能是通过基因产物减少和内耳毛细胞功能障碍产生影响；老年女性ARHL 患者，外周血标本中CDH23CpG 位点甲基化程度与ARHL 呈正相关[15]。

2 细胞水平

2.1 氧化应激

在血管纹内，线粒体有氧代谢产生维持Na+K+ATP 酶活性所需的大量ATP 和活性氧簇（ROS）。血管纹遭受严重ROS负担的病理效应，包括线粒体DNA 损伤，可能会对听力产生负面影响。大鼠模型显示了抗氧化酶表达降低与听力丧失加速、纹状体血管萎缩和螺旋神经节细胞变性之间的联系[16]。有证据表明，线粒体DNA（mtDNA）突变通过提供能量以及诱导细胞凋亡发挥重要作用[17]。Fetoni等人建立的老年性耳聋动物模型，发现Gjb2变异包含大量与耳聋相关的突变，Gjb2±小鼠表现出ARHL 加速，出现明显的耳蜗管凋亡和氧化损伤，连接蛋白通道中谷胱甘肽的释放减少，其转录控制受核因子E2 相关因子2（Nrf2）调控的基因表达失调，是氧化还原反应细胞耐受性的关键决定因素[18]。异柠檬酸脱氢酶（IDH）被证明能提供对毛细胞和神经元的抗氧化保护。IDH 是有氧代谢的关键成分，促进NADPH 和NADH 的生成。后两种分子由于其抗氧化性，在减少细胞氧化应激中发挥关键作用。编码IDH2（内耳中IDH 的主要同工酶）基因敲除雄性老鼠显示NADPH产生减少和内耳氧化应激负担增加，毛细胞和螺旋神经节神经元加速损失，促进ARHL；小鼠体内凋亡标记物水平升高，证明氧化应激增加维持正常听力的内耳细胞凋亡[19]。此外，人类研究表明，黑色素可能通过抗氧化机制提供对ARHL 的保护。不同程度的色素沉着会改变对噪音引起的听力损失和老年性耳聋的易感性[20]。这些观察结果在小鼠模型中也得到了证实，其耳保护机制被认为涉及氧化自由基和金属离子的螯合，可能最大限度地减少氧化应激对ARHL 进展的影响[21]。

2.2 跨膜转运通道

正常的基质和离子运输对维持正常听力至关重要。离子转运是支持毛细胞发育、维持细胞器功能和内淋巴电位所必需的。在动物模型中的研究已经发现，膜转运蛋白突变会导致年龄进展性听力损失。

2.2.1 钠钾运输

内淋巴相对于外淋巴的高钾成份，产生“内淋巴电位”，对声音传导至关重要，它使钾离子以流体波的形式进入毛细胞的机械感受器，振动基底膜，进而刺激毛细胞。耳蜗的血管纹通过大量的离子输送通道和泵维持高钾状态，如Na+-K+ATP 酶，有助于维持内淋巴中低Na+、高K+浓度。血管纹萎缩在老年人耳内已被观察到，并推测其导致Na+-K+ATP酶消耗和异常的内淋巴电位[10]。

在沙鼠模型中，已经发现血管纹中Na+-K+ATP酶的密度随着年龄的增长而下降，这种下降与EP的大小有很好的相关性[22]，为老年性聋表型提供了支持。在年轻的成年小鼠中，血管纹侧壁中存在特定的功能选择和Na+-K+ATP 酶亚基的不同类型组装，随着年龄的增长受到破坏，出现失调[23]。在老年性耳聋的小鼠模型中，α2-Na+/K+-ATPase 的减少可能在年龄相关性听力损失的发病机制中发挥重要作用[24]。

2.2.2 粘脂素离子通道

粘脂素，也被称为瞬时受体电位通道，是一类不同类型的阳离子转运体。该家族中，粘脂蛋白1和粘脂蛋白3 都存在于内耳毛细胞溶酶体，协助钙调节，缺乏的小鼠表现为早发老年性聋，且伴有相关毛细胞丢失；在Varitint-Waddler（Va）小鼠中，粘脂蛋白3 突变导致其通道组成性激活，过度开放形成的阳离子电流导致溶酶体分解，引起严重的耳聋和毛细胞死亡[25]。

2.2.3 Wolframin

Wolframin 由WFS1 编码，有9-10 个跨膜片段，是一个大型的阳离子选择性离子通道。Wolfram 综合征（WS[MIM:222300]）是一种罕见的常染色体隐性遗传疾病，由WFS1基因突变引起，其中一些突变会导致非综合征常染色体显性低频感音神经性听力损失[26]。Wolframin 功能障碍引起错误折叠蛋白质积累，导致内质网应激水平超过未折叠蛋白反应（包括转录和翻译修饰）的补偿能力，随年龄增长，在慢性持续性压力情况下，诱导细胞凋亡[27]。

2.2.4 中性氨基酸载体

氨基酸转运在ARHL发展和遗传中的潜在作用主要集中在SLC7A8 的研究。SLC7A8 是一种钠独立的氨基酸转运体，以1:1的比例交换中性氨基酸。在内耳，SLC7A8定位于螺旋神经节和螺旋韧带，其功能丧失与高频听力损失相关。在年轻纯合子敲除小鼠模型（Slc7a8-/-）中，可出现包括毛细胞丢失、上皮扁平、螺旋神经节细胞丢失、螺旋韧带和神经节纤维细胞密度下降等组织学改变，与Schuknecht[9]描述的混合型老年性耳聋一致，但未出现听力损伤。随着年龄增长，Slc7a8-/-小鼠出现渐进性听力下降，并延伸至低频；而Slc7a8±小鼠比野生型小鼠在更年轻时出现高频听力损失；野生型小鼠Slc7a8的表达随着年龄增长而增加。研究人员推测，预防早期发病的ARHL 需要完整的SLC7A8 功能，Slc7a8-/-小鼠的遗传模式为不完全外显；作者在ARHL 患者中筛选出四种变异（p.Val302Ile，p.Arg418His，p.Thr402Met和p.Val460Glu），均与显著降低氨基酸转运活性有关，进一步支持其致病作用[28]。

2.3 微小核糖核酸和细胞凋亡

MicroRNAs（miRNA）是一种小的、非编码的RNA产物，通过与特定的mRNA序列互补结合来调节mRNA 靶标的转录，阻止mRNA 的翻译。众所周知，老龄化与全部miRNA 产量的整体下降有关。在患有ARHL 的小鼠内耳观察到促凋亡的miRNA表达增加，抗凋亡的miRNA 表达减少，这种变化发生在解剖变化或听力损失之前，说明其表达模式的改变可能会增加ARHL 听觉细胞凋亡[29]。已知大多数下调的miRNA，如：miR-183 和miR-181 家族，调节细胞增殖和分化的途径，而所有上调的miRNA，如：miR-29和miR-34家族，都是促凋亡途径中的已知调节剂，可能激活或增强细胞凋亡通路，如p53、p27和Bcl2等[30]。

3 组织水平

3.1 耳蜗突触病

一般认为，噪音诱发耳聋和ARHL 都与毛细胞密度减少、螺旋神经节细胞和神经纤维变性有关。听力损失也可发生在毛细胞：通过“耳蜗突触病”（cochlear synaptopathy，CS）机制，即耳蜗内毛细胞和听觉神经纤维之间的神经元突触减少，而毛细胞数量不变[31]。动物模型耳蜗免疫染色显示突触数量减少与延迟的螺旋神经节细胞变性和正常的毛细胞计数有关，与Schuknecht 描述的神经性老年性耳聋类型一致[32]。人类颞骨切片显示，随着年龄增长，尽管毛细胞数量正常，但螺旋神经节细胞数量减少[33]。人群小样本研究推测耳蜗突触病可能是人类老年性聋的重要组成部分，也是老年性聋患者在嘈杂环境中听觉性能下降的主导因素[34]。CS 的病理生理学仍不完全清楚。有研究假设兴奋性神经递质谷氨酸可能发挥作用。在多种哺乳动物模型中，谷氨酸兴奋性毒性已被证明是通过神经末梢肿胀和损伤，使突触永久失能[33]。人类研究也提示谷氨酸在ARHL 中的潜在作用：存在于螺旋神经节细胞以及内毛和外毛细胞突触上的谷氨酸受体GRM7，调节谷氨酸浓度和传递。有研究显示，在中国汉族人中，GRM7 中rs1485175 的突变等位基因C可能降低噪音诱发听力损失的易感性[35]。

3.2 激素因素

3.2.1 胰岛素样生长因子-1

胰岛素样生长因子-1(IGF-1)由肝脏受生长激素刺激产生。IGF-1 可通过限制耳蜗炎症和氧化应激的程度以及下调促凋亡基因表达来促进耳蜗毛细胞存活；其在耳蜗发育晚期表达最高，在出生后显著下降；随着年龄增长，循环中具有生物活性的IGF-1 水平下降，导致炎症增加和细胞内更新机制的失败[36]。IGF-1 在小鼠的内耳中被检测到，包括螺旋神经节、螺旋韧带、血管纹、毛细胞和前庭组织。许多导致感音神经性听力损失的突变基因均涉及IGF-1 通路，生长激素释放激素受体(GHRHR)、生长激素受体(GHR)、胰岛素样生长因子-1 受体(IGFR-1)和IGF-1 本身功能突变都与人感音神经性听力损失相关[37]。患有Larson's 综合征(IGF-1 通路突变引起IGF-1 缺乏)的个体，早期出现ARHL；小鼠模型和人类研究均显示IGF-1 水平与听力损失密切相关，IGF-1 可能是内耳的潜在保护者[38]。

3.2.2 雌激素（ER）

在人类ARHL 中，男性比女性明显更常见和严重，男性发病早于女性，因此认为雌激素可能具有耳保护作用[39]。雌激素受体在耳蜗中以不同的水平表达，ERβ在衰老或听损伤后的耳蜗功能维持中起主要作用。在毛细胞、螺旋神经节神经元和血管纹部位，雌激素信号通过ERβ 增强抗氧化、抗细胞凋亡和抗炎反应，有助于听力保护。这些作用除通过雌激素经典途径介导外，也可能涉及MAPK、PKA和PI3K信号通路[40]。

3.3 血管损伤因素

同型半胱氨酸具有诱导血管内皮损伤的能力，尤其在内耳密集的毛细血管网情况下容易发生积累效应。一项基于美国的大型横断面研究回顾了血清叶酸、维生素B12 和同型半胱氨酸水平与ARHL 之间可能存在的相关性。研究结果表明，患者血清同型半胱氨酸水平升高，血清叶酸水平降低，ARHL 风险增高。维生素B12 水平与ARHL 无关[41]。小鼠模型证实同型半胱氨酸水平升高和饮食叶酸缺乏，导致细胞损伤和Corti 器上皮变平，尤其是耳蜗基底部；螺旋神经节、血管纹和螺旋韧带也显示出损伤的迹象，包括氧化负荷增加、毛细胞凋亡和听力损害[42]。

ARHL 的发生、发展涉及基因、分子、细胞等多水平，与遗传和环境因素均有关。随着现代基因组测序技术的普及，可以广泛发掘与ARHL 相关的易感遗传因子。对参与ARHL 的主要通路如IGF-1和同型半胱氨酸的研究提示我们激素和饮食因素的可能作用。ARHL 和其他与年龄相关的疾病有共同的机制，可能集中在由于衰老、免疫缺陷导致体内炎症过程积累而出现的低度慢性炎症上，包括病原体、细胞碎片、营养物质和肠道微生物群等。未来研究的方向应是将不断增加的ARHL 知识应用于早期检测、预防和管理。