睡眠剥夺与内耳疾病相关性的研究进展

2024-03-26贾玉其屈永涛郭明丽

重庆医学 2024年2期

贾玉其,屈永涛,许夏,郭明丽△

(1.河北医科大学,石家庄 050011;2.河北省人民医院耳鼻咽喉科,石家庄 050051)

内耳疾病主要是由毛细胞或螺旋神经节神经元损伤引起,严重影响人体听觉与平衡功能。人的内耳由耳蜗和前庭组成,在处理声音和保持平衡方面起着关键作用。常见的内耳疾病包括感音神经性听力损失、前庭疾病和耳鸣。睡眠是人类最基本的生理行为,对保障身心健康有重要作用。1957年,DEMENT等首次应用多导睡眠图(polysomnography,PSG)研究睡眠,发现正常睡眠是非快速动眼睡眠(nonrapideye movement,NREM)和快速动眼睡眠(rapideye movement,REM)的反复交替过程[1],睡眠时长、结构和节律出现异常会影响生理和心理功能。

有调查数据显示,在145例各类周围性眩晕患者中失眠组眩晕发作程度较非失眠组重(P<0.01),失眠组周围性眩晕的复发率是非失眠组的3.5倍[2]。2008年美国全国健康调查发现[3],约30%的前庭眩晕患者睡眠持续时间不正常,其中15.5%为睡眠持续时间缩短,这些研究结果均提示睡眠与前庭眩晕关系密切。

随着生活节奏加快,压力增大,失眠成为常见现象。失眠是指尽管有合适的睡眠环境和睡眠机会,依然对睡眠时间和/或质量感到不满足,并且影响日间社会功能的一种主观体验[4]。主要症状包括入睡困难(入睡潜伏期≥30 min)、睡眠维持障碍(整夜觉醒次数≥2次)、早醒、睡眠质量下降和总睡眠时间减少(通常<6.5 h)[4]。失眠影响机体各系统生理功能,造成生理节律的紊乱,严重影响人们的身体健康,已成为国内外学者关注的热点。睡眠剥夺为失眠的主要研究方法,是由于自身原因或环境导致的睡眠缺失状态[5],包含多种睡眠异常,如睡眠时间不足、睡眠质量差、节律紊乱等。导致睡眠剥夺常见的原因包括光线、噪声、温度、职业、姿势、药物、饮食等因素[6]。由于以人体为研究对象进行睡眠剥夺实验涉及伦理问题,现阶段国内外主要通过建立动物睡眠剥夺模型代替人体睡眠剥夺来研究其对机体的影响。

动物研究发现,对大鼠进行9 d的睡眠剥夺后,其听性脑干反应(auditory brainstem response audiometry,ABR)8、16和32 kHz阈值明显高于对照组,畸变产物耳声发射(distortion product otoacoustic emissions,DPOAE)在6、10、16、24和32 kHz幅值水平明显降低,电子显微镜下可见睡眠剥夺后大鼠Reissner膜的破裂[7],说明睡眠剥夺会损害大鼠耳蜗的结构和功能。

国内外大量研究证实,睡眠剥夺通过多个系统对机体产生影响,包括免疫系统、内分泌系统、循环系统和神经系统等,且有证据证明睡眠剥夺可诱发机体的氧化应激。本文对睡眠剥夺通过免疫系统和氧化应激过程导致内耳疾病进行综述。

1 睡眠剥夺通过免疫系统对内耳的影响

研究显示,内耳疾病的发生及发展可能有免疫机制参与。睡眠剥夺主要通过以下几种信号转导途径,包括核因子-κB(NF-κB)信号系统、经典激素和生长因子反应路径,对细胞因子产生影响,进而影响人体的免疫系统[8]。下面主要介绍睡眠剥夺通过NF-κB信号系统影响细胞因子进而对内耳产生作用。

1.1 Toll样受体(Toll-like receptors,TLR)4/NF-κB信号通路

TLR属于Ⅰ型跨膜蛋白的天然免疫模式识别受体,分布于单核-巨噬细胞表面[9]。TLR4是人类发现的第1个TLRs相关蛋白,其在免疫炎症反应的调节中发挥重要作用[9]。NF-κB是与基因启动子上κB序列特异性结合而启动基因转录功能的蛋白,主要以p50/p65异源二聚体形式存在,其中p65是其主要的亚基,参与机体的炎症和免疫应答[9]。

TLR4/NF-κB信号通路是调节炎症因子表达的重要途径。该通路的传导有髓样分化蛋白88(myeloid differentiation factor 88,MyD 88)非赖途径和MyD 88依赖途径两种[10]。这两种途径中TLR4上的TLR结构域可分别与MyD 88接头蛋白(MyD 88-adaptor like,MAL)及MyD 88蛋白结构中的羧基端作用,使NF-κB p65从细胞质转移至细胞核,诱导和调控促炎细胞因子的表达[9]。炎症介质又可以反馈性地激活NF-κB,二者的相互促进使炎症反应放大与延续[11]。

1.2 睡眠剥夺对TLR4/NF-κB信号通路的影响

吴东南等[12]发现,睡眠剥夺大鼠血清中肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6表达水平及海马体中TLR4、NF-κB p65 mRNA及蛋白表达水平较对照组明显升高,考虑睡眠剥夺可能是通过激活TLR4/NF-κB信号通路,诱导促炎细胞因子的分泌,从而加重神经炎症。XU等[13]探究睡眠剥夺对蛛网膜下腔出血(SAH)的影响,发现睡眠剥夺明显增加了TLR4和MyD 88的激活,且用TLR4抑制剂TAK-242或MyD 88抑制剂ST2825治疗可明显减轻SAH后睡眠剥夺引起的脑损伤和神经炎症。说明睡眠剥夺增加小胶质细胞的活化、激活TLR4-MyD 88级联和上调神经炎症,加剧大鼠实验性SAH后的脑损伤和神经功能障碍。

1.3 TLR4/NF-κB信号通路对内耳功能的影响

MØLLER 等[14]发现TLR4在人类内淋巴囊中高表达,说明人类内淋巴囊可以合成先天免疫系统的成分,从而对入侵内耳的病原体即时防御,反映了TLR4在内耳免疫过程中起着重要的作用。国内外研究表明,声损伤、耳毒性药物可激活TLR-4/NF-κB信号通路,导致耳蜗无菌炎症。ZHANG等[9]探讨TLR-4/NF-κB信号通路与声损伤诱发的耳蜗炎症的相关性,其Western blot结果显示噪声暴露3 d后,Sprague-Dawley大鼠耳蜗中TLR-4、NF-κB抑制蛋白α、下游分子IL-1β、TNF-α和单核趋化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)表达水平明显升高;螺旋神经节细胞和螺旋韧带纤维细胞的TLR4、TNF-α和IL-1β免疫染色强度明显增强,说明TLR-4/NF-κB信号通路在噪声暴露的耳蜗中被激活,参与了声损伤引起的耳蜗炎症。OH等[15]发现,注射顺铂后小鼠耳蜗组织、Corti器和HEI-OC1听觉细胞中TLR4 mRNA表达水平明显升高。此外,VETHANAYAGAM等[16]研究TLR4缺陷对听觉功能障碍和耳蜗免疫活动的影响,发现TLR4敲除能抑制巨噬细胞中主要组织相容性复合体Ⅱ类(一种抗原呈递分子)的表达水平,在生理条件下不影响听觉细胞的生存能力,但可减少听觉细胞的损伤和一定程度上保护耳蜗功能不受损,说明TLR4可能参与了听觉创伤后巨噬细胞的抗原呈递功能。TLR4/NF-κB信号通路的激活可诱导和上调包括TNF-α、IL-1β和MCP-1等促炎细胞因子的释放[17],促炎细胞因子激活其下游信号通路从而影响内耳功能[18],参与多种内耳疾病的发病机制。

1.3.1IL-1

IL-1是急性期免疫反应的主要细胞因子,主要由活化的单核-巨噬细胞产生,以IL-1α与IL-1β两种表达形式存在。其中IL-1β可与靶细胞上的受体IL-1R结合后激活靶细胞内的NF-κB及丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等下游信号通路,扩大炎症反应[19]。多项研究表明,IL-1参与了内耳疾病的发生、发展。IL-1 在水杨酸钠致耳鸣的动物模型的耳蜗、下丘和耳蜗核中表达增加,并与动物耳鸣行为呈正相关[20]。SATOH等[21]研究发现,钥孔虫戚血蓝蛋白(KLH)致敏的小鼠耳蜗及内淋巴囊可见IL-1β和TNF-α表达。FREJO等[22]通过病例对照研究发现,21%的梅尼埃病患者外周血单核细胞中IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎细胞因子水平升高。KIM等[23]发现,在用IL-1β(10 nmol/L,24 h)处理后,内淋巴囊上皮细胞ENaC mRNA表达水平和ENaC依赖性电流降低,认为IL-1β可能通过下调内淋巴囊上皮Na+通道的表达从而引起电解质转运的变化,降低内淋巴囊上皮细胞的液体吸收能力,导致内耳液体稳态遭到破坏,从而造成膜迷路积水。

1.3.2TNF-α

TNF-α由活化的单核细胞、巨噬细胞、B细胞和T细胞等分泌,是机体受到有害刺激后最先分泌的细胞因子,是启动炎症反应的关键细胞因子[24]。在耳蜗中,TNF-α主要由螺旋韧带纤维细胞、Corti器的支持细胞和外毛细胞释放,其导致免疫细胞进入耳蜗[19]。多项研究表明,TNF-α参与了内耳疾病的发生、发展。KOUHI等[25]对比梅尼埃病患者及健康对照组的促炎细胞因子的基因多态性,发现TNF-α与梅尼埃病易感性之间存在联系。许丽娟等[26]发现以KLH全身免疫后的豚鼠内耳中TNF-α及TNFR1 mRNA表达水平升高,认为TNF-α/TNFR1是调节内耳免疫重要的细胞因子和信号转导途径之一。研究表明TNF-α可激活血管1-磷酸鞘氨醇(S1P)信号通路,导致耳蜗微循环处于收缩状态,使耳蜗血流减少,从而导致听力下降[27]。KATSUMI等[28]研究发现TNF-α具有神经毒性作用,可降低复合动作电位(CAP)幅度从而诱导豚鼠的感觉神经性听力丧失和突触变性。李琪等[29]发现浓度高的TNF-α可明显降低豚鼠耳蜗血管纹微血管内皮细胞中纤维肌动蛋白(F-actin)的分布密度,肌动蛋白是调节微血管内液体及各种大分子物质外渗屏障功能的重要因素,F-actin分布密度的降低使细胞间出现了裂隙,从而使细胞屏障功能受损,继而改变耳蜗血管纹微血管的通透性。

1.3.3MCP-1

MCP-1是趋化因子CC亚族成员,与白细胞表面的CC趋化因子受体2(CCR2)结合,触发细胞骨架发生变化及与细胞外基质和细胞表面产生黏附性相互作用[30]。单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞等在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、IL-1、血小板源性生长因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、γ-干扰素(interferon-γ,IFN-γ)、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)或某些病毒刺激下均可被诱导分泌MCP-1。MCP-1可趋化单核-巨噬细胞和T淋巴细胞,并且诱导单核细胞、内皮细胞表达黏附分子和释放组胺,使炎性细胞向炎性发生部位聚集,巨噬细胞产生自由基,释放溶酶体酶,促进促炎细胞因子如TNF-α、IL-1β的分泌,从而加重组织炎症[31]。

国内外大量研究已证实,肾脏与内耳在形态结构和生理功能上具有较多相似之处。KIM等[32]报道在肾积水的病肾纤维组织中,MCP-1及其受体的表达明显升高。有研究表明,血清MCP-1水平与糖尿病肾病患者肾损伤及预后不良密切相关[33]。IINUMA等[34]临床观察发现,促炎过程的血浆MCP-1水平升高与听力障碍的进展和双侧受累的梅尼埃病有关,认为MCP-1水平升高促进促炎细胞因子分泌,从而使内耳的微血管循环功能障碍,导致梅尼埃病患者的听力受损。而在膜迷路积水大鼠的耳蜗螺旋器、血管纹螺旋韧带和神经节细胞组织及前庭膜上均有MCP-1明显表达,提示MCP-1与梅尼埃病的发生有一定的关联,推测MCP-1通过诱导促炎细胞因子IL-1β的表达从而诱导膜迷路积水[35]。

2 睡眠剥夺对氧化应激过程的影响

2.1 氧化应激及抗氧化防御系统

氧化应激是指活性氧簇(ROS)及活性氮簇(RNS)等高氧化分子过量产生,导致机体内氧化物和抗氧化物的平衡失衡[36],过量的氧化物通过氧化蛋白质、脂质和脱氧核糖核酸而导致细胞损伤。体内的抗氧化防御机制包括酶和非酶系统,其中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是已知唯一可清除体内ROS的酶,当SOD活力下降时,机体抗氧化能力下降。氧化应激的增加也可通过释放促炎细胞因子,如TNF-α和IL-1β诱导炎症反应。

2.2 睡眠剥夺诱发氧化应激机制的途径

国内外大量研究发现睡眠剥夺可导致自由基产生增加,机体抗氧化能力降低,通过内质网应激间接引起氧化应激这3个方面导致机体的氧化应激[37]。谷冬梅等[38]发现睡眠剥夺大鼠肾脏内丙二醛(maleic dialdehyde,MDA)水平较对照明显升高,而SOD水平较对照组明显降低,说明睡眠剥夺会导致机体的自由基产生增加及抗氧化能力降低。TU等[39]报道内质网可通过二硫键氧化还原方式直接产生ROS。

2.3 氧化应激对内耳的影响

耳蜗是有氧代谢非常旺盛的器官。在耳蜗中,能量由血管纹及Corti器产生,在产生能量的同时也会产生大量的氧自由基[40]。正常情况下,ROS与耳蜗内抗氧化防御系统保持动态平衡,当ROS过量产生时,就会对耳蜗造成一系列的损伤[41]。ROS可诱导耳蜗脂质发生过氧化,产生MDA和4-羟基壬醛(HNE)等副产物,这些脂质过氧化物本身可导致细胞凋亡,还可导致耳蜗血流量减少,引起内耳继发性损伤[41]。CALABRESE等[42]通过检测梅尼埃病患者蛋白质羰基(PC)、HNE、硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)和热休克蛋白(heat shock protein 70,Hsp70)在淋巴细胞中的表达以确定细胞应激程度,结果显示梅尼埃病患者体内PC、HNE及Hsp70水平均有所升高,提示氧化应激过程与梅尼埃病之间存在某种联系[42]。有学者发现[43],诱导型一氧化氮合酶(iNOS)在膜迷路积水耳蜗的血管纹和螺旋神经节细胞的表达增强,提示一氧化氮参与了膜迷路积水的病理生理过程。