王松 韓賀舟 馬秀嵐

老年性聾又稱年齡相關(guān)性聽(tīng)力損失(age-related hearing loss,ARHL),主要表現(xiàn)為隱匿性、緩慢進(jìn)行性雙側(cè)感音神經(jīng)性聽(tīng)力下降,可引起老年患者的交流障礙、認(rèn)知改變、脫離社會(huì)等不良影響。隨著研究的進(jìn)展,人們認(rèn)為離子通道異常、耳蝸突觸病變、活性氧自由基、線粒體異常、激素作用、遺傳因素等因素導(dǎo)致了老年性聾的發(fā)生,本文對(duì)這些發(fā)病機(jī)制進(jìn)行總結(jié),希望對(duì)老年性聾的預(yù)防、早期發(fā)現(xiàn)和早期治療的研究提供參考。

1 離子通道異常

細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間離子的正常轉(zhuǎn)運(yùn)是毛細(xì)胞發(fā)育、維持細(xì)胞器功能和保持蝸內(nèi)電位(endocochlear potential,EP)所必需的,各種離子通道出現(xiàn)異常而導(dǎo)致耳蝸傳音感音系統(tǒng)發(fā)生功能障礙,是造成老年性聾的機(jī)制之一。

1.1Na+_K+_2Cl-協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 Na+_K+_2Cl-(NKCC)協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在人體中存在NKCC1和NKCC2兩種亞型[1],耳蝸中的血管紋是一種產(chǎn)生富含K+的內(nèi)淋巴液的雙層上皮,NKCC1在血管紋中高度表達(dá),參與調(diào)節(jié)耳蝸中階內(nèi)淋巴液的K+濃度進(jìn)而維持蝸內(nèi)電位的穩(wěn)定[1,2]。Mutai等[3]曾觀察到在人體中NKCC1相關(guān)基因的改變使得外淋巴液中的K+無(wú)法循環(huán)至血管紋,內(nèi)淋巴體積減小,前庭階與中階間的前庭膜塌陷,毛細(xì)胞受損,導(dǎo)致嚴(yán)重的聽(tīng)力下降。有研究報(bào)道在衰老小鼠模型中,NKCC1的表達(dá)有所減少,聽(tīng)力有所下降[4],進(jìn)一步驗(yàn)證了NKCC1與ARHL的關(guān)系。針對(duì)這一改變,已有研究證實(shí)應(yīng)用醛固酮可維持NKCC1蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,可能是未來(lái)治療ARHL的方向之一[4]。

1.2Na+_K+_ATP酶 Na+_K+_ATP酶在結(jié)構(gòu)上由三種亞單位組成,分別是α、β和FXYD,目前已發(fā)現(xiàn)4種α亞型、3種β亞型和7種FXYD亞型[5]。既往認(rèn)為耳蝸血管紋中有α1、β1和β2三種亞型表達(dá)[6],α1-β1間的結(jié)合廣泛存在,通過(guò)將血管紋中K+逆濃度和電壓泵入內(nèi)淋巴中,保證了內(nèi)淋巴液高K+低Na+的穩(wěn)態(tài)和蝸內(nèi)電位的穩(wěn)定[7],以確保聲信號(hào)的傳導(dǎo)。研究表明,Na+_K+_ATP酶的表達(dá)會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而減少。Ding等[6]在CBA/CaJ小鼠耳蝸中觀察到,所有的Na+_K+_ATP酶亞單位在蛋白和基因兩方面的表達(dá)均隨年齡增加而減少;同時(shí)衰老小鼠中β1亞單位的二硫鍵被破壞,削弱了α1-β1之間的化學(xué)鍵,影響了α1-β1亞單位的正確組裝,可能是導(dǎo)致ARHL的原因之一。最近的研究發(fā)現(xiàn),α2亞型在耳蝸中也有廣泛分布,其mRNA和蛋白表達(dá)隨年齡增長(zhǎng)而下調(diào),導(dǎo)致低效率的K+循環(huán)進(jìn)而影響其轉(zhuǎn)運(yùn),造成內(nèi)耳結(jié)構(gòu)的損害和聽(tīng)力損失[8]。α2-Na+_K+_ATP酶可能是預(yù)防ARHL的潛在靶點(diǎn)。

1.3鉀離子通道 在人體中,鉀離子通道根據(jù)其不同的功能和結(jié)構(gòu)分為四型:電壓門(mén)控鉀離子通道(Kv)、內(nèi)向整流鉀離子通道(Kir)、雙孔鉀離子通道(K2P)和配體門(mén)控鉀離子通道(Kligand)。KCNQ是一個(gè)編碼五種Kv7通道的基因家族,KCNQ4參與從外毛細(xì)胞排出K+的主要通道,保證K+循環(huán)[1,9]。毛細(xì)胞中Kv7.4的表達(dá)受損是造成聽(tīng)力損失的主要因素,在KCNQ4基因敲除的小鼠模型中,Carignano[9]發(fā)現(xiàn)外毛細(xì)胞數(shù)量在模型小鼠年輕時(shí)即有減少,年老時(shí)幾乎全部消失,內(nèi)毛細(xì)胞和螺旋神經(jīng)細(xì)胞數(shù)量也逐漸減少;隨著年齡的增長(zhǎng),細(xì)胞的丟失從耳蝸底部發(fā)展至頂端,由于耳蝸底部的基底膜振動(dòng)主要感知高頻聲,因此這一發(fā)現(xiàn)也與ARHL患者高頻聽(tīng)力首先受累的表現(xiàn)相符。Jung等[10]通過(guò)對(duì)293例人類胚胎的電生理評(píng)估,也發(fā)現(xiàn)KCNQ4基因突變可能與遲發(fā)性聽(tīng)力損失有一定的聯(lián)系。

2 耳蝸突觸病變

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為聽(tīng)力損失與毛細(xì)胞的破壞有關(guān)。然而,Parthasarathy等[11]在CBA/CaJ小鼠模型中發(fā)現(xiàn)內(nèi)毛細(xì)胞與聽(tīng)神經(jīng)纖維間突觸數(shù)量隨著年齡增加而減少,這種變化出現(xiàn)在毛細(xì)胞損失之前,人體尸體解剖也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果[12],因此提出聽(tīng)力損失的發(fā)生可能通過(guò)耳蝸突觸病變(cochlear synaptopathy,CS)這一機(jī)制造成。帶狀突觸是內(nèi)毛細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞間的重要結(jié)構(gòu),是聽(tīng)覺(jué)傳導(dǎo)通路中第一個(gè)興奮傳入突觸。在耳蝸突觸病變這個(gè)過(guò)程中,突觸數(shù)量減少,但并未發(fā)現(xiàn)毛細(xì)胞數(shù)量的改變[11],考慮這一機(jī)制在老年性聾的發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用[13]。

在老年性聾的早期,耳蝸帶狀突觸是主要的損傷部位[14]。通過(guò)對(duì)人類顳骨的觀察發(fā)現(xiàn),隨著年齡的增長(zhǎng)盡管毛細(xì)胞的數(shù)量維持正常,但螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的數(shù)量在逐漸減少[13],導(dǎo)致帶狀突觸減少。耳蝸突觸的減少可由噪聲暴露導(dǎo)致[15],有人提出年齡相關(guān)的耳蝸突觸病變是由于以往的噪聲暴露造成的[16],而不是機(jī)體老化的結(jié)果。然而,在移除鼓膜的個(gè)體中,也出現(xiàn)了突觸數(shù)量隨年齡增加而減少的現(xiàn)象[17],Johannesen等[18]研究也說(shuō)明年齡是耳蝸突觸病變的因素之一,這表明噪聲暴露不是耳蝸突觸病變的必要條件,ARHL患者出現(xiàn)耳蝸突觸病變可能是機(jī)體老化和噪聲暴露共同作用的結(jié)果。

帶狀突觸前膜含有大量谷氨酸鹽神經(jīng)遞質(zhì),谷氨酸鹽是人體中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種興奮性神經(jīng)遞質(zhì),其神經(jīng)毒性在耳蝸突觸病變中也發(fā)揮一定作用。很多ARHL患者既往都有噪聲暴露過(guò)多或微循環(huán)障礙,噪聲造成的谷氨酸鹽過(guò)多釋放或缺血造成的谷氨酸鹽攝取障礙會(huì)導(dǎo)致突觸后膜去極化延長(zhǎng),致使大量離子涌入突觸后神經(jīng)元,由此產(chǎn)生的滲透不平衡導(dǎo)致突觸后成分中的水分大量增加,導(dǎo)致急性腫脹和隨后的細(xì)胞死亡,最終導(dǎo)致螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的損失[19]。內(nèi)毛細(xì)胞中維持突觸囊泡循環(huán)的神經(jīng)遞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)很大程度上依賴于線粒體產(chǎn)生的ATP,在D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠耳蝸中檢測(cè)到線粒體DNA氧化損傷增加和ATP生成減少。因此,年齡相關(guān)的帶狀突觸損傷可能由線粒體氧化損傷和隨之而來(lái)的其他功能障礙所引起[14]。

3 活性氧自由基

線粒體的有氧代謝產(chǎn)生了大量的ATP,隨之而來(lái)也產(chǎn)生了大量的活性氧自由基(reactive oxygen species,ROS),ROS產(chǎn)生和清除之間的不平衡會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激[20],ROS引起的氧化損傷已成為許多疾病的研究熱點(diǎn)。在D-半乳糖誘導(dǎo)的ARHL小鼠模型中,線粒體超氧化物的水平增高,線粒體DNA突變?cè)龆?ATP水平和線粒體膜電位顯著下降,而抑制氧化應(yīng)激可以緩解聽(tīng)力損失的程度[21],表明ROS也可能是老年性聾發(fā)生的機(jī)制之一。

在耳蝸血管紋中,ROS會(huì)破壞一些重要的細(xì)胞成分,如核DNA、線粒體DNA、細(xì)胞膜和蛋白質(zhì)等。隨著年齡增長(zhǎng),ROS的產(chǎn)生逐漸增多,所造成的破壞逐漸積累,導(dǎo)致組織結(jié)構(gòu)改變和功能障礙,聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)不同部位遭到損傷后將影響聽(tīng)力[22]。動(dòng)物模型中氧化應(yīng)激導(dǎo)致線粒體功能障礙,增加了線粒體外膜通透性,膜電位降低,線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子和細(xì)胞色素c進(jìn)入胞漿,激活caspase-3并誘導(dǎo)凋亡,造成帶狀突觸和毛細(xì)胞的丟失和變性[23]。研究表明,缺乏抗氧化基因的小鼠模型會(huì)表現(xiàn)出更加嚴(yán)重的ARHL[24,25]。

還有許多研究證明了ROS在ARHL發(fā)生中的作用。核因子E2相關(guān)因子2(NF-E2-related factor 2,Nrf2)是細(xì)胞應(yīng)對(duì)氧化應(yīng)激過(guò)程中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子,能夠保持氧化與抗氧化間的穩(wěn)態(tài),同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞保護(hù)酶來(lái)抵御ROS所帶來(lái)的損傷,聽(tīng)覺(jué)皮層中隨年齡增長(zhǎng)降低的Nrf2通路活性以及相關(guān)mtDNA的損傷是老年性聾聽(tīng)覺(jué)皮層老化的主要機(jī)制之一[26]。Cav1.3是一種電壓門(mén)控Ca2+通道,介導(dǎo)Ca2+內(nèi)流,細(xì)胞內(nèi)Ca2+會(huì)削弱ROS帶來(lái)的影響,Cav1.3數(shù)量隨年齡增長(zhǎng)而減少,Cav1.3敲除會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ROS的滅活減少,促使細(xì)胞衰老和凋亡[27]。異檸檬酸脫氫酶(isocitrate dehydrogenase,IDH)是有氧代謝的重要元素,促進(jìn)了NADPH和NADH的產(chǎn)生,這兩種分子由于其抗氧化的性質(zhì)對(duì)減少細(xì)胞的氧化應(yīng)激起到了重要作用。在衰老小鼠中IDH表達(dá)有所減少,IDH2基因敲除的小鼠表現(xiàn)出NADPH產(chǎn)生減少,內(nèi)耳中氧化應(yīng)激負(fù)擔(dān)加重,導(dǎo)致毛細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞減少,促進(jìn)ARHL的發(fā)生[28]。

在人體和動(dòng)物試驗(yàn)中均發(fā)現(xiàn)抗氧化劑會(huì)延緩ARHL的進(jìn)展[24],因此,控制ROS所造成的氧化應(yīng)激可能是未來(lái)治療老年性聾的主要方向之一。

4 線粒體DNA突變

線粒體負(fù)責(zé)重要的細(xì)胞功能,包括能量產(chǎn)生、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和鈣儲(chǔ)存,線粒體DNA(mtDNA)控制區(qū)的變異與不同疾病相關(guān),包括癌癥、亨廷頓病和β-地中海貧血[29],諸多研究表明mtDNA突變和ARHL的發(fā)生發(fā)展有關(guān)。

線粒體4 977 bp缺失在衰老組織中易被發(fā)現(xiàn)[30,31],包括在老年性聾患者的顳骨中,該缺失包含5個(gè)tRNA基因和7個(gè)多肽基因,其中2個(gè)編碼ATP酶6和8[32],最近的研究也表明耳蝸線粒體4 977 bp缺失會(huì)阻礙線粒體氧化磷酸化,與ARHL的發(fā)生有著密切關(guān)聯(lián)[33]。在ARHL小鼠模型中發(fā)現(xiàn)mtDNA的3 860 bp缺失顯著增加[23,32],這與人體mtDNA的4 977 bp缺失產(chǎn)生的效果非常接近。除了基因片段大量缺失外,線粒體基因組中的點(diǎn)突變已被確定為老年性聾的重要因素。Falah等[29]發(fā)現(xiàn),納入試驗(yàn)的58例ARHL患者的mtDNA中16 223 C>T、16 311 T>C、16 249 T>C和15 954 A>C四個(gè)位點(diǎn)的突變頻率與對(duì)照組相比顯著提高。這些變異位于mtDNA控制元件mt5、mt3L、7S DNA、終止相關(guān)序列(termination-associated sequence,TAS)和線粒體單鏈DNA結(jié)合蛋白(mitochondrial single strand DNA binding,mtSSB)的結(jié)合位點(diǎn)附近,改變mtDNA中的功能性蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn),影響mtDNA的基因表達(dá)水平。

既往研究證實(shí)了過(guò)量ROS和氧化應(yīng)激在老年性聾發(fā)展中的作用。隨著年齡的增長(zhǎng),人體清除ROS的效率減低,導(dǎo)致氧化應(yīng)激,同時(shí)造成mtDNA突變、呼吸鏈功能障礙、線粒體中ROS生成增加以及進(jìn)一步突變,這一惡性循環(huán)導(dǎo)致細(xì)胞功能逐漸下降[32]。mtDNA變異可以改變線粒體電子傳遞鏈的功能,加強(qiáng)氧化應(yīng)激,增加ROS的生成,從而誘導(dǎo)線粒體固有的凋亡途徑[29]。

針對(duì)mtDNA的變異需要進(jìn)一步研究,以探索預(yù)防、延緩或治療相關(guān)疾病的新方法,同時(shí),對(duì)于線粒體的研究或許可使其成為識(shí)別ARHL發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的重要生物標(biāo)志物。

5 激素

多年來(lái),人們發(fā)現(xiàn)男性中ARHL的發(fā)生率更高且病情更加嚴(yán)重[34],最近的研究發(fā)現(xiàn),ARHL發(fā)病率、嚴(yán)重程度和發(fā)病年齡的性別差異仍然占主導(dǎo)地位[35],讓人們聯(lián)想到性別差異對(duì)聽(tīng)力的影響。在對(duì)大量育齡期女性、絕經(jīng)后女性和雌激素替代治療患者的觀察中,發(fā)現(xiàn)雌激素水平越高,聽(tīng)力越好[36]。不同的研究結(jié)果相繼表明,接受雌激素治療的女性受試者ABR閾值水平較低、潛伏期較短,意味著更好的聽(tīng)力水平[36,37]。

關(guān)于雌激素如何保持聽(tīng)覺(jué)功能,一種常見(jiàn)的解釋認(rèn)為雌激素是一種重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)成分,它可以協(xié)助調(diào)節(jié)神經(jīng)元存活,但會(huì)在衰老過(guò)程中丟失[37]。雌激素可能對(duì)耳蝸中的胰島素樣生長(zhǎng)因子-1受體(insulin-like growth factor 1 receptor,IGF-1R)表達(dá)產(chǎn)生有益影響,因?yàn)榇萍に靥幚淼难芗y細(xì)胞在72 h內(nèi)顯示出IGF-1R水平的上升趨勢(shì)。換言之,雌激素和IGF-1R可能在老化的耳蝸中具有共同依賴關(guān)系,在雌激素處理的血管紋細(xì)胞中觀察到高的IGF-1R表達(dá)水平可以保護(hù)耳蝸感覺(jué)細(xì)胞免受變性。IGF-1R通過(guò)PI3K/AKT通路抑制促凋亡基因的DNA轉(zhuǎn)錄,耳蝸細(xì)胞將延緩凋亡,ARHL的癥狀也將延遲,然而目前仍需要更多的研究來(lái)確認(rèn)IGF-1R激活哪些相關(guān)的細(xì)胞信號(hào)基因來(lái)刺激PI3K/AKT通路以減少細(xì)胞凋亡[37]。

雌激素受體(estrogen receptor,ER)亞型ERα和ERβ在內(nèi)耳的血管紋、耳蝸血管和I型螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞等區(qū)域有所分布。有學(xué)者認(rèn)為雌激素受體對(duì)促進(jìn)感覺(jué)細(xì)胞存活的復(fù)雜細(xì)胞信號(hào)通路起到門(mén)控作用,例如在雌激素的作用下,ERα在大腦中與磷酸肌醇3(PI3)激酶的p85亞單位相互作用,以激活PI3K/AKT神經(jīng)保護(hù)信號(hào)通路[38]。

6 遺傳因素

ARHL是一種多因素導(dǎo)致的復(fù)雜疾病,遺傳因素起著至關(guān)重要的作用,35%～55%的老年性聾由遺傳因素導(dǎo)致[39]。隨著基因治療在各種類型的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)中取得成功,內(nèi)耳遺傳缺陷的深入研究顯得十分重要[40]。

粘脂蛋白是一種瞬時(shí)受體電位(ransient receptor potential,TRP)陽(yáng)離子通道,存在于溶酶體中,哺乳動(dòng)物中的三種粘脂蛋白分別由Trpml1、2、3基因編碼。研究表明缺乏粘脂蛋白1和3的小鼠ARHL進(jìn)展加快,毛細(xì)胞中粘脂蛋白1和3同時(shí)缺乏會(huì)導(dǎo)致外毛細(xì)胞溶酶體增大、通透性增加,外毛細(xì)胞發(fā)生退化而導(dǎo)致ARHL的發(fā)生,Trpml1和Trpml3基因可能與ARHL的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[41]。編碼連接蛋白26(connexin26,Cx26)的基因突變是感音神經(jīng)性聽(tīng)力損失的常見(jiàn)原因,Fetoni等[24]分析Gjb2+/-小鼠作為人類35delG雜合子攜帶者的模型,發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組小鼠相比,Gjb2+/-小鼠的ABR和DPOAE隨著時(shí)間的推移惡化得更快,表明GJB2基因?qū)夏晷悦@的影響。谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glurathione S-transferases,GSTs)和細(xì)胞色素P450(cytochromes P450,CYPs)等抗氧化酶參與細(xì)胞毒性化合物的代謝、解毒以及ROS的清除,這些酶的改變可能成為ARHL發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)因素。CYP1A1的rs4646903和rs1048943單核苷酸多態(tài)性以及GSTM1和GSTT1缺失被認(rèn)為是ARHL的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素,研究發(fā)現(xiàn)GSTM1+/GSTT1-基因型也增加了ARHL的易感性,rs1048943的單核苷酸多態(tài)性影響了CYP1A1的RNA結(jié)構(gòu)[42]。在針對(duì)SLC26A4的CpG位點(diǎn)的甲基化檢測(cè)中發(fā)現(xiàn),ARHL患者一個(gè)CpG位點(diǎn)(CpG3)的甲基化水平顯著升高;此外,與對(duì)照組相比,ARHL患者外周血中SLC26A4的轉(zhuǎn)錄水平顯著降低,SLC26A4的CpG位點(diǎn)甲基化水平具有重要意義,從而為ARHL的診斷提供了一個(gè)潛在的標(biāo)志物[43]。

最近的研究也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了DCLK1、SLC28A3、CEP104、PCDH20、SLC44A2、STRN和SIK3等基因與ARHL有一定的相關(guān)性[44],關(guān)于ARHL候選基因的研究還有待進(jìn)一步深入,探索出特異性基因,以期對(duì)老年性聾的預(yù)測(cè)和診斷提供佐證。

7 小結(jié)

隨著研究的深入,越來(lái)越多有關(guān)老年性聾發(fā)病機(jī)制的學(xué)說(shuō)被提出,這些機(jī)制可以疊加作用,也可以相互影響。對(duì)既往研究總結(jié)發(fā)現(xiàn),過(guò)量活性氧自由基的蓄積所導(dǎo)致的氧化應(yīng)激會(huì)與線粒體DNA的突變形成惡性循環(huán),二者共同導(dǎo)致線粒體的功能障礙,后者會(huì)進(jìn)一步加重耳蝸突觸病變的程度,線粒體異?？赡苁抢夏晷悦@的重要發(fā)病機(jī)制?；蛲蛔冇绊懼鴻C(jī)體內(nèi)離子的正常轉(zhuǎn)運(yùn)、氧化應(yīng)激等多個(gè)環(huán)節(jié),可能貫穿于老年性聾發(fā)生發(fā)展的各個(gè)過(guò)程,這也是人們努力探索干細(xì)胞和基因治療的重要原因。

老年性聾的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,受遺傳、環(huán)境、社會(huì)和醫(yī)學(xué)等因素的影響。隨著人口老齡化,其發(fā)病率將繼續(xù)增加,但人們對(duì)于ARHL的重視程度仍然不夠,因此應(yīng)加強(qiáng)ARHL相關(guān)的健康教育和宣傳,同時(shí)應(yīng)致力于人類ARHL的早期檢測(cè)、預(yù)防和管理。