转化医学在耳科领域中的应用

2023-08-15何玺洁王倩李世博钟时勋冀飞

中国听力语言康复科学杂志 2023年3期

何玺洁王倩李世博钟时勋冀飞#

自Zerhouni［1］发表了《转化和临床科学—新时代的构想》后，转化医学的概念在临床、科研以及卫生管理从业者中迅速广泛传播。转化医学是生物—心理—社会医学模式下打破传统藩篱的重要概念，主张以患者为中心，从临床工作当中发现并提出问题，打破单一的学科模式，强调多学科合作。转化医学的核心是将医学生物学基础研究的成果迅速有效地转化为可以在临床实践中应用的理论、技术、方法和药物，在实验室与病房之间架起桥梁，实现基础研究和临床研究之间的双向转化，提高医疗总体水平。广义的转化医学，除了以从实验室到病床（bench to bedside）的模式开发新药物、仪器和治疗方法外，还包括疾病预防策略、康复理念及公共卫生政策等内容。本文对转化医学在耳科领域中的应用进行浅析。

1 耳聋基因研究

1.1 基因对听力损失的影响

听力障碍是人类常见的残疾之一。根据世界卫生组织（WHO）2021年最新统计结果显示，听力损失影响全球超过15 亿人，其中约4.3 亿人患有中度及以上听力损失，被定义为致残性听力损失［2］。患有严重听力损失的人数比患有癫痫、多发性硬化症、脊髓损伤、中风、亨廷顿氏症和帕金森症的人数多［3］。因此，听力损失是一个重要的公共卫生问题。其中感音神经性听力损失（sensorineural hearing loss，SNHL），即病变部位在耳蜗和听神经中的情况约占所有听力损失病例的90%，在SNHL 患者中，遗传因素约50%～60%病例的易感因素或直接原因。大多数病例是由单个单基因位点突变引起。100 多个基因的单基因突变会导致严重的先天性或进行性听力损失。这些突变可导致非综合征和综合征性听力损失（如Usher综合征、pendred 综合征）。此外，基因突变还是年龄相关性（老年性）和获得性（如噪声或药物性）听力损失的主要易感因素。此外基因突变在常见中耳疾病，如耳硬化症中也起重要作用。

1.2 耳聋基因检测

国内外学者在人类耳聋的遗传基础方面取得了巨大的进展，在过去的几年里，基因检测在准确性和普及性方面取得了迅速进展［4，5］。耳聋的基因诊断为耳蜗基因治疗提供了必要信息，可在患者出现症状前识别综合征性耳聋基因的突变，为制订疾病管理计划提供了时间。许多临床实验室已经对多种耳聋基因进行了基因诊断，该诊断在常规的耳鼻咽喉头颈外科及其相关的影像科、检验科无法独立完成，至少需要与基础实验室联合完成。这是转化医学在耳科及听觉科学中的成功范例。

基因诊断仅是解决临床耳科问题的第一步。对听力损失特别是感音神经性听力损失患者的治疗，目前仍然遇到一些瓶颈问题，这就需要从临床回到实验室，依据临床痛点提出科学问题，实施设计，向临床可用的干预技术或康复策略转化。

1.3 耳聋的基因治疗

近年耳蜗基因治疗的临床前研究取得了重要进展［3］。大多数遗传性听力损失是由纯合隐性突变引起的［4］，耳聋基因型-表型关系通常是紧密相关的。这意味着大多数遗传性听力损失病例都有可能通过单一野生型（wild type，WT）基因的外源性表达进行基因替换或增强治疗［6］，通常采用三种常用的内耳注射途径：经鼓膜注射、鼓膜注射、耳蜗内注射。对显性突变使用CRISPR-Cas9基因组编辑技术方法，跨膜通道样基因家族transmembrane channel-like 1（TMC1）基因［Tmc1突变或Tmc1等位基因突变］引起的显性耳聋小鼠模型的听阈得到改善［7］。这些结果支持耳蜗基因治疗的适用性。耳蜗基因治疗可能为耳蜗感觉细胞和非感觉细胞的生存提供神经营养或其他保护功能（如抗凋亡）。

目前耳蜗基因治疗人体试验的时机仍不成熟，其优点讨论基于来自动物模型的临床前研究。大多数耳蜗基因治疗研究使用基因敲除小鼠作为动物模型。耳蜗基因疗法预防听力损失的小鼠模型包括内毛细胞突触病变、前庭阶（scala vestibuli，SV）功能失效、静纤毛听觉转导缺陷、支持细胞功能障碍等，虽然耳蜗基因疗法可以在听力损失的动物模型上实现听力恢复，但目前仍需技术进步加速临床前试验到人体临床试验这一过程，如类似眼科光学相干层析成像（Optical Coherence Tomography，OCT）在细胞水平上进行耳蜗基因治疗的形态学评估的手段。此外，学术团体、制药公司及政策决策者之间的有效合作，可极大促进耳蜗基因治疗的发展。合作转化工作包括创建开放获取和多中心的相关表型-基因型信息数据库，用于诊断、标准化基因治疗方案、建立有意义的成果措施和监管协议等。据预测，耳蜗基因治疗在人类的应用可能还需要20年的时间［3］。

2 人工耳蜗研究

2.1 人工耳蜗的研制与改进

对于听力损失超过助听器所能帮助的范围患者，目前唯一有效的治疗选择是人工耳蜗（CI）。CI的主要核心技术是言语编码策略，将声波转换为电脉冲信号。可分为声信号的转换与传输、电信号的接收、电信号的感知三个过程［8］。全世界约有30 万名患者接受了人工耳蜗植入，但人工耳蜗也有其局限性，如适应症限制，识别声调语言和欣赏音乐较困难，以及在嘈杂或竞争的声音环境下言语识别困难。这可能与CI电极通道数不足、环境噪音的影响及信息提取不全有关［9］。关于CI的基础研究试图从根本上改进CI，甚至找到更好的替代方案。例如，基于光遗传学的CI被提出，以提高声音分辨率［10］。然而，光遗传学的概念最终仍依赖于人工耳蜗内部发出受控光刺激的装置。一种非病毒的方法被发现可以刺激螺旋神经节向CI电极再生，使用CI电极通过DNA 载体将耳蜗淋巴管周围的间充质细胞转导，以驱动脑神经营养因子表达，从而降低电极间的干扰。这种基于生物学的干预措施所提供的便利和较低的经济负担可能会使更多的SNHL 患者受益。该项技术目前仍处于临床前试验阶段［10］。

2.2 人工耳蜗植入技术改进

随着人工耳蜗植入手术方法的不断深入研究及科技进步，其手术适应症也随之扩大。然而，由于手术难以避免对内耳造成机械损伤及术后纤维组织增生、炎症反应等因素。如何尽可能减少残余听力损伤，确保CI植入效果，成为一大难题［11］。目前，研究者主要着重CI电极的改造。如电极开槽填药、定制含药硅胶、表面理化处理等［12］。于浩然等［13］以豚鼠构建动物模型，首次采用浸涂法在电极表面制备载药薄膜，将乙交酯丙交酯高分子共聚物（poly lactic-co-glycolic acid，PLGA）溶解于三氯甲烷并加入地塞米松磷酸钠（dexamethasone sodium phosphate，DSP）制备涂料。用浸涂法在植入电极表面形成载药薄膜。向豚鼠耳蜗内植入模拟电极。测试其听性脑干反应（ABR）阈值证实，CI植入电极表面附有载 DSP的 PLGA 薄膜对术后残余听力具有明显的保护与改善作用。该技术为CI植入术载药方式提供了全新策略。

3 内耳治疗

3.1 内耳药物治疗

耳聋可能由多种原因引起，但是不同的病因导致相似的结果，即一种细胞类型的丧失。从理论上来说，可以用体外生成的等效细胞替换损失的细胞，从而解决问题。常见的受损细胞主要是耳蜗毛细胞和听神经元，干细胞在特定的条件下可以产生所需要的细胞类型［14］，这是细胞疗法的核心部分。考虑到生产数量等因素，再生生物学面临的挑战仍较明显。对于耳聋患者的治疗仍需要通过各方研究解决，具有巨大的社会经济影响，并有着敦促开发高效创新治疗方法的作用。

3.2 内耳药物递送技术

解剖位置和血迷路屏障阻碍了哺乳动物内耳的全身药物输送。目前临床使用的局部给药方法通常是通过鼓室内药物放置和通过圆窗或椭圆窗渗透。药物摄取的机制和内耳的分布途径很难预测。这一难点需要得到基础研究的支持。有学者在荧光电子显微镜水平针对相关的药物传递重点研究了人的内耳结构。增加了高分辨率（15毫米分辨率）的内耳流体空间信息。关于鼓阶和皮质淋巴窦之间的屏障渗漏研究有可能为毛细胞靶向治疗打开通路。比较主要动物模型与人类药物传递过程中涉及的屏障、靶细胞和细胞类型的差异，可以为内耳药物递送提供支持［15］，但该领域还存在较大阻碍。成年期听力损失是一种复杂而多因素导致的疾病，因此如何在动物模型中复刻是一项重大挑战［16］。此外，关于以持续递送为目的的微型泵也在研究中，有望与国产人工耳蜗相结合。

要通过内耳靶向给药实现内耳疾病的无创且有效治疗，需要攻克2个难题：一是跨血迷路屏障，修饰后的药物或基因载体从血液循环跨血迷路屏障（blood-labyrinth barrier，BLB），并在内耳液体内高效富集；二是跨内耳细胞膜，内耳的细胞类型多样且分化程度极高，各类型细胞均具有特异且不可替代的功能，提高细胞对药物的摄取和利用是另一难题。因此，新型载体应兼具跨血迷路屏障和跨细胞膜的功能。杨仕明等［17］首次报道了通过开放低密度脂蛋白受体相关蛋白1（recombinant low density lipoprotein receptor related protein 1，LRP1）可实现跨血迷路屏障内耳药物递送，为内耳疾病治疗、靶向药物研究、降低用药风险和提高治疗效果提供了全新策略。

4 成人听力康复技术

随着新生儿普遍听力筛查的广泛应用，儿童听力康复技术获得了快速发展和应用，但是关于成人听力康复技术的应用相对较慢。2007年，Arthur Boothroyd［18］将成人听力康复描述为通过感官管理、指导、知觉训练和咨询，减少听力损失导致的功能、活动、参与和生活质量的缺陷。过去10年，成人听觉的四大基础：助听器和其他听力设备、知识和技能、听觉和认知训练以及主动参与的研究已经取得了很大进展。这些干预措施旨在改善听力损失成人的听觉功能、活动、参与和生活质量。自我管理和行为改变是所有干预措施的核心，以促进以患者为中心的方法。其中，以人为本的听力健康管理模式关注听障人士和家庭的个性化特征，听障人士和家庭成员共同参与个性化的决策和目标设定，有利于提高听力健康管理效果和双方的满意度［19］。已经有越来越多的高质量证据支持成人听力康复干预，并更多地使用理论支持研究，这些措施越来越多地通过在线和智能手机技术实现，为更好地自我管理听力损失提供了机会。随着技术的快速发展，在听力科学和成人听力康复领域提供新的机会［20］。