楊珠玉 劉俊

浙江中醫(yī)藥大學(xué)（杭州 310000）

浙江省中醫(yī)院（杭州 310000）

耳蝸損傷后導(dǎo)致聽(tīng)力損害的原因很多，包括先天因素、耳毒性藥物、噪聲暴露和細(xì)胞的衰老等。研究發(fā)現(xiàn)自噬可能與耳聾發(fā)生有關(guān)，自噬過(guò)程控制著聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞的進(jìn)程，保護(hù)聽(tīng)力免受損害，自噬相關(guān)基因可能掌握著聽(tīng)力障礙遺傳學(xué)的決定性因素[1]。自噬可分為三類：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬（Chaperone-mediated autophagy,CMA）；有選擇性和非選擇性自噬之分。線粒體自噬是一種選擇性自噬。自噬是避免細(xì)胞死亡（并可抑制細(xì)胞凋亡）的應(yīng)激適應(yīng)，在某些情況下，自噬成為了細(xì)胞死亡的替代途徑，被稱為自噬性細(xì)胞死亡（II 型細(xì)胞死亡）；而凋亡被描述為細(xì)胞的程序性死亡（I 型細(xì)胞死亡）。在哺乳動(dòng)物中，自噬保持在低水平活化狀態(tài)；但當(dāng)機(jī)體處于饑餓、低氧、毒性物質(zhì)暴露等狀態(tài)時(shí)，自噬可被活化[2]。

1 自噬基因異常與先天性耳聾

在聽(tīng)覺(jué)通路中，耳蝸中的毛細(xì)胞(Hair cells,HCs)將聲音信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)螺旋神經(jīng)節(jié)(Spiral ganglion,SG)神經(jīng)元樹(shù)突上的化學(xué)突觸將這些信號(hào)傳遞到中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Centralnervous system,CNS)。這些SG神經(jīng)元的中樞傳入會(huì)聚形成聽(tīng)神經(jīng)，與腦干中的耳蝸核相連。先前的研究證實(shí)自噬相關(guān)基因(autophagy related gene,ATG4、ATG5、ATG9、芐氯素1，BECN1)在胚胎18.5 天小鼠耳蝸中的表達(dá)，以及BECN1、ATG4和ATG5在腦干細(xì)胞核中的表達(dá)[3]。另一項(xiàng)研究指出，ATG5基因的缺失會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)胞(HCs)退化和嚴(yán)重的先天性聽(tīng)力損失。在內(nèi)毛細(xì)胞和外毛細(xì)胞中都檢測(cè)到了基礎(chǔ)自噬通量，而在ATG5 缺陷的HCs 中自噬小體的形成受到了抑制。含泛素和p62 蛋白（Sequestosome-1,SQSTM1）的聚集體的積累，提示ATG5 缺陷是由于聽(tīng)覺(jué)HCs的退化，而不是發(fā)育不良導(dǎo)致的先天性重度聽(tīng)力損失。耳蝸HCs中的ATG5對(duì)于維持這些細(xì)胞的形態(tài)和獲得正常的聽(tīng)力是必不可少的[4]。這些研究表明，自噬在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)育、形態(tài)維持和功能成熟中起著至關(guān)重要的作用，自噬相關(guān)基因的異?？赡軐?dǎo)致先天性和獲得性感音神經(jīng)性聽(tīng)力損失。

最近的一項(xiàng)研究表明，自噬在小鼠耳蝸帶狀突觸的發(fā)育和成熟過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。出生后小鼠耳蝸HCs 發(fā)育過(guò)程中的帶狀突觸重構(gòu)過(guò)程可能主要由自噬控制，聽(tīng)力發(fā)育早期17 個(gè)自噬基因的缺失可能通過(guò)耳蝸帶狀突觸的損傷而導(dǎo)致聽(tīng)力障礙[5]。耳蝸間質(zhì)細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中帶狀突觸的重塑過(guò)程可能主要受自噬作用的控制，而自噬基因在聽(tīng)力發(fā)育早期的缺失可能通過(guò)損害耳蝸帶狀突觸而造成聽(tīng)力障礙[6]。

2 與自噬相關(guān)耳聾基因

2.1 ATG基因家族

自噬涉及將細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞器運(yùn)送到溶酶體進(jìn)行降解。所有自噬相關(guān)基因(Autophagy related gene,ATG)都是有效封閉自噬小體形成并與溶酶體融合所必需的，對(duì)自噬小體的形成發(fā)揮重要作用[7]。自噬小體的形成需要兩個(gè)進(jìn)化上保守的泛素樣聯(lián)結(jié)系統(tǒng)(ATG5-ATG12)的作用，其過(guò)程需要ATG5基因的參與。ATG5是自噬小泡形成的關(guān)鍵基因。在體外去除ATG5 或在活體中剔除ATG5 可導(dǎo)致自噬的下降或完全抑制，證實(shí)了ATG5 在自噬調(diào)節(jié)中起核心作用[8]。因此，ATG5是自噬基因編輯分析中最常見(jiàn)的靶向基因之一，聽(tīng)覺(jué)HCS聽(tīng)力損失與聽(tīng)覺(jué)HCS的退化有關(guān)。

在哺乳動(dòng)物中，ATG5-ATG12（自噬相關(guān)5樣蛋白-自噬相關(guān)12 樣蛋白）和LC3(輕鏈3)-磷脂酰乙醇胺(Phophatidyl ethanolamine,PE)偶聯(lián)介導(dǎo)了噬菌體的延長(zhǎng)和關(guān)閉。ATG 結(jié)合系統(tǒng)對(duì)于推動(dòng)自噬體膜的發(fā)生發(fā)展起著十分重要的作用[9]。其發(fā)生發(fā)展過(guò)程為：首先泛素樣蛋白ATG12 通過(guò)ATG7（自噬相關(guān)7 樣蛋白）與ATG5 偶聯(lián)，隨之ATG16L1 和ATG12-ATG5 形成復(fù)合物，ATG16L1（自噬相關(guān)16樣蛋白1）復(fù)合物特異性地定位于噬菌體，最后與其解離標(biāo)志著自噬小體的形成[10]。LC3在其C 端由ATG4（自噬相關(guān)4 樣蛋白）剪輯形成LC3-I。LC3-I隨后通過(guò)ATG7 和ATG3（自噬相關(guān)3 樣蛋白）與磷脂酰乙醇胺(PE)偶聯(lián)成為L(zhǎng)C3-II，并在與磷脂酰肌醇(WD-repeat protein interacting with phosphoinositides,WIPI)蛋白相互作用下募集到自噬體內(nèi)。LC3-II 使自噬小體能夠結(jié)合泛素化形成物p62 蛋白[11]。因此，多泛素化蛋白聚集體和p62 的積聚可能在損傷的發(fā)展過(guò)程中起重要作用。

2.2 miRNA 96基因

miRNA96（微小核糖核酸）是miRNA183 家族(miRNA-183、miRNA-96 和miRNA-182)的成員，在脊椎動(dòng)物中作為單一遺傳位點(diǎn)協(xié)調(diào)表達(dá)[12]。Mirna96 參與有效形成自噬小體所需的劑量依賴性調(diào)節(jié)。MiRNA96 突變可通過(guò)ATG7 表達(dá)下降使自噬受損，導(dǎo)致感音神經(jīng)性聽(tīng)力損失[13]。

2.3 LSD相關(guān)基因

自噬-溶酶體通路是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)壽蛋白和細(xì)胞器穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制。作為代謝信號(hào)樞紐，溶酶體吞噬和分解代謝物，溶酶體的功能維持了正常細(xì)胞內(nèi)代謝和內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。溶酶體內(nèi)pH 通常維持在低酸性范圍(4.2-5.3)，液泡型ATP 酶(V-ATPase)作為ATP 依賴的質(zhì)子泵調(diào)節(jié)溶酶體的許多功能[14]。溶酶體儲(chǔ)存疾病(lysosmal storage disorders,LSD)是由溶酶體蛋白或溶酶體相關(guān)蛋白缺陷引起的遺傳代謝紊亂，溶酶體功能障礙導(dǎo)致未降解底物的積累[15]。LSD 相關(guān)基因編碼不同的溶酶體蛋白，包括溶酶體酶和溶酶體膜蛋白。編碼溶酶體水解酶、附屬蛋白、膜運(yùn)輸?shù)鞍谆蜣D(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因突變可能與LSD 發(fā)生有關(guān)[16]。LSD 引起的耳蝸分子病理的許多方面仍不清楚。最近的研究表明，不同基因缺陷引起的哺乳動(dòng)物L(fēng)SD 是否涉及依賴于運(yùn)輸所需的內(nèi)體分選復(fù)合物(Endosomal sorting complex required for transport,ESCRT)的膜密封，以及溶酶體儲(chǔ)存的發(fā)育過(guò)程中選擇性自噬和ESCRT 修復(fù)的溶蝕作用是否協(xié)同尚未清楚[17]。

2.4 WDR45基因突變

伴有聽(tīng)力損失的先天性自噬障礙β-螺旋槳蛋白相關(guān)神經(jīng)變性(Beta propeller associated neuro degeneration,BPAN)：WD 重復(fù)域蛋白45（Homo sapiens WD repeat domain,WDR45）基因突變誘導(dǎo)的先天性自噬障礙的表型為先天代謝障礙，其主要的癥狀之一表現(xiàn)為聽(tīng)力障礙[18]。先前研究有報(bào)道了WDR45 基因突變是BPAN 的遺傳原因，也被稱為“兒童靜止性腦病伴成年神經(jīng)退行性變(森達(dá))綜合征”[19]。WDR45 位于X 染色體上，WDR45 編碼一個(gè)由40 個(gè)氨基酸組成的保守核心蛋白超家族WD 重復(fù)蛋白，其折疊成類似的β-螺旋槳結(jié)構(gòu)，通過(guò)較小的分子信號(hào)級(jí)聯(lián)作為蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)自噬或蛋白質(zhì)-脫氧核糖核酸相互作用的平臺(tái)，通過(guò)較小的頂面介導(dǎo)分子信號(hào)級(jí)聯(lián)。在BPAN中突變的WD重復(fù)蛋白WDR45 與自噬相關(guān)蛋白ATG2 和ATG9 相互作用，是調(diào)節(jié)自噬小體形成和延遲的關(guān)鍵步驟[20]。因此，哺乳動(dòng)物細(xì)胞中WDR45 的耗盡可能導(dǎo)致早期自噬小泡或未成熟自噬小體的積累。BPAN 發(fā)病另一個(gè)機(jī)制是在鐵代謝中的作用，這也被稱為選擇性自噬[21]。細(xì)胞內(nèi)鐵的生物利用度受到鐵蛋白向自噬小體的傳遞和溶酶體的降解的關(guān)鍵調(diào)節(jié)，從而允許鐵釋放到細(xì)胞質(zhì)中[22]。研究表明，BPAN 的聽(tīng)力障礙可能與中樞聽(tīng)覺(jué)通路神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)p62 和泛素的蓄積或吞鐵功能障礙有關(guān)。

2.5 遺傳基因DFNB59和自噬基因DFNA5

感音神經(jīng)性耳聾相關(guān)遺傳基因常染色體隱性59(Autosomal recessive59，DFNB59)和自噬基因常染色體顯性5(Autosomal dominant5，DFNA5)被認(rèn)為是導(dǎo)致常染色體顯性耳聾(Autosomal dominant hearing loss，ADHHL)的基因[23]。DFNA5mRNA 轉(zhuǎn)錄本跳過(guò)外顯子，導(dǎo)致移碼和蛋白質(zhì)過(guò)早終止[24]。DFNA5 相關(guān)的ADHHL以非綜合征ADHHL基因?yàn)樘卣?，不表現(xiàn)出其他癥狀。DFNA5 的Gasdermin-E 蛋白(GSDME)可以將化療藥物等介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡轉(zhuǎn)化為一種炎性形式的程序性細(xì)胞死亡[25]。GSDME 的N-末端結(jié)構(gòu)域作為功能特征顯示出誘導(dǎo)凋亡的活性，而C-末端結(jié)構(gòu)域通過(guò)屏蔽N-末端結(jié)構(gòu)域而起到抑制凋亡的作用[26]。由DFNA5 引起的一種特殊形式的常染色體顯性進(jìn)行性感音神經(jīng)性聾可能導(dǎo)致感覺(jué)毛細(xì)胞凋亡、壞死和自噬之間的平衡失調(diào)。

2.6 連接蛋白β-2(Cx26)基因

縫隙連接蛋白26(Monoclonalantibody to connexin 26,Cx26)編碼的縫隙連接蛋白基因的部分缺失和通過(guò)紅系衍生-2 樣蛋白(NF-E2-relatedfactor2,NRF2)/Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein-1,Keap1）途徑的自噬是感音神經(jīng)性聽(tīng)力損傷最常見(jiàn)的原因[27]。老年性耳聾最常見(jiàn)原因是縫隙連接蛋白Cx26 的編碼基因Cx26 的部分缺失以及NRF2/Keap1 途徑的自噬[28]。先前的研究表明，KEAP1-Nrf2 系統(tǒng)是聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞主要的氧化應(yīng)激反應(yīng)途徑，氧化還原失衡和核因子Nrf2 途徑調(diào)節(jié)失調(diào)引起Cx26 的部分缺失會(huì)導(dǎo)致老年性耳聾[29]。p62/SQSTM1 是一種應(yīng)激誘導(dǎo)蛋白，具有多個(gè)功能區(qū)，包括LC3相互作用區(qū)(LC3-interacting region,LIR)、Keap1 相互作用區(qū)(Keap1-interacting region KIR)和泛素相關(guān)結(jié)構(gòu)域(Ubiquitinassociated domains,UBAs)。p62/SQSTM1 通過(guò)抑制Keap1 結(jié)合Nrf2 的能力來(lái)調(diào)節(jié)Nrf2 的激活和穩(wěn)定。此外，其還作為選擇性自噬和泛素信號(hào)之間的接頭蛋白[30]，表明Keap1-Nrf2 途徑和選擇性自噬可以通過(guò)旁路p62/SQSTM1介導(dǎo)。綜上所述，p62介導(dǎo)的選擇性自噬可能通過(guò)Nrf2/Keap1 途徑調(diào)節(jié)Cx26 部分丟失所加速的老年性耳聾。

3 結(jié)論

感音神經(jīng)性聽(tīng)力損失（Sensorineural hearing loss,SNHL）可能由環(huán)境和遺傳因素引起，其中大約60%歸因于遺傳因素[31]。綜上內(nèi)容闡述了與自噬相關(guān)的耳聾基因的突變或缺失所引起的線粒體自噬可能誘導(dǎo)耳聾，表明自噬缺陷在聽(tīng)力損失的遺傳學(xué)中起著十分重要的作用。繼續(xù)探索與自噬相關(guān)的基因?qū)⒃诓痪玫膶?lái)為聽(tīng)力障礙的遺傳學(xué)提供新的方向?？傊?，研究自噬功能相關(guān)基因?qū)楦幸羯窠?jīng)性聽(tīng)力損失的治療靶點(diǎn)打開(kāi)新的大門(mén)。