聲音在耳內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及其分子生物學(xué)機(jī)制（5）

湯浩 石麗娟 于利 曹宇

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聲音在耳內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及其分子生物學(xué)機(jī)制（5）

湯浩1石麗娟1于利1曹宇1

近年來對豚鼠的實驗研究發(fā)現(xiàn)，與外淋巴接觸的毛細(xì)胞的基底膜上存在兩種可被Ca2＋激活的鉀通道，兩者的開放均依賴于細(xì)胞內(nèi)Ca2＋濃度的升高。纖毛的彎曲使毛細(xì)胞頂部的機(jī)械門控離子通道開放，導(dǎo)致內(nèi)淋巴中高濃度的K＋流向細(xì)胞內(nèi)，使毛細(xì)胞發(fā)生去極化反應(yīng)。此時位于側(cè)膜上的電壓依賴型鈣通道開放，導(dǎo)致Ca2＋內(nèi)流。毛細(xì)胞內(nèi)的Ca2＋濃度升高引起毛細(xì)胞底部的遞質(zhì)向突觸間隙釋放，同時又激活毛細(xì)胞基底側(cè)膜上的Ca2＋激活鉀通道，造成K＋外流，使毛細(xì)胞的膜電位接近于K＋平衡電位，為毛細(xì)胞頂部的機(jī)械門控通道提供大量的電化學(xué)驅(qū)動力，有助于毛細(xì)胞的機(jī)械－電換能作用。

3 來自毛細(xì)胞的突觸傳遞在低振幅感受器電位時被觸發(fā)

毛細(xì)胞除是感覺感受器外，也是突觸前終端。每個細(xì)胞的基底外側(cè)膜包括了許多突觸前活性區(qū)，在這里化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)被釋放出來。每個活性區(qū)域都有四個顯著的形態(tài)特征（圖10）。在臨近釋放位置的胞漿中有一個突觸前致密小體（dense body），它是一個球形的或卵圓形的、直徑大約400 nm的纖維狀嗜鋨性結(jié)構(gòu)。盡管它的生化成分還不清楚，但致密小體同視覺感受器細(xì)胞的突觸帶很相似，并且可能是對發(fā)現(xiàn)于神經(jīng)肌肉接頭和中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸中的更小的突觸前致密點進(jìn)行了加工。突觸前致密小體由直徑大約35 nm的核心清楚的突觸小泡圍繞著，有時這些小泡會被很細(xì)的細(xì)絲黏附在致密小體上。在致密小體和突觸前漿膜之間有一個顯著的致密點，它通常由許多短小的絨毛狀的物質(zhì)構(gòu)成。在質(zhì)膜內(nèi)，成排的膜內(nèi)粒子同突觸前致密點對齊。這些粒子包括與遞質(zhì)釋放有關(guān)的Ca2＋通道和參與電共鳴的K＋通道。很少有的關(guān)于哺乳動物的毛細(xì)胞的傳入突觸的生理學(xué)研究顯示，哺乳動物突觸同其它脊椎動物是一致的。因此，從模型中得出的結(jié)論也可以應(yīng)用于哺乳動物的突觸。而對非哺乳類的脊椎動物的研究表明，同其它的突觸一樣（如神經(jīng)突觸），毛細(xì)胞的遞質(zhì)釋放是由突觸前去極化引起的，并且需要胞外介質(zhì)中Ca2＋的存在。突觸后記錄顯示毛細(xì)胞突觸遞質(zhì)的釋放是量子式的；這些突觸的統(tǒng)計學(xué)性質(zhì)同神經(jīng)肌肉接頭相似，傳入神經(jīng)遞質(zhì)的特性是有爭議的。

毛細(xì)胞傳入突觸有許多的特征，而這些特征就成了毛細(xì)胞具有專門發(fā)射信號的能力的基礎(chǔ)。首先，許多毛細(xì)胞在靜息時釋放遞質(zhì)。在突觸傳遞過程中，所釋放遞質(zhì)的數(shù)量和由其所致的傳入神經(jīng)纖維活性分別依賴于毛細(xì)胞從靜息電位的去極化或是復(fù)極化。同這一現(xiàn)象一致，毛細(xì)胞Ca2＋通道在靜息時被激活，形成穩(wěn)定的Ca2＋滲漏，引起未受刺激細(xì)胞的遞質(zhì)釋放。其次，同視覺感受器一樣，它們必須能夠釋放神經(jīng)遞質(zhì)對只有100μV或更大的閾值感受器電位做出回應(yīng)，從而使突觸前Ca2＋通道在靜息電位時被激活，最終毛細(xì)胞能夠?qū)Ω哳l刺激產(chǎn)生反應(yīng)，尤其是那些哺乳動物的耳蝸，必須能夠高速會聚突觸小泡，并且速度要大到足以確實發(fā)出信號。盡管人們還不知道突觸前致密小體的作用，但是作為主細(xì)胞中的結(jié)構(gòu)突出物，致密小體同突觸前小泡釋放器的關(guān)系十分緊密，表明，它與最小限度刺激的神經(jīng)遞質(zhì)異?？焖籴尫庞嘘P(guān)。

圖9 海龜內(nèi)耳毛細(xì)胞的共振電反應(yīng)（引自Crawford and Fettiplace，1985）［12］

圖10 毛細(xì)胞的傳出神經(jīng)突觸的透射電鏡所見

大部分毛細(xì)胞從腦干部的神經(jīng)元接收傳出突觸輸入信號，傳出終端是一種典型的外周突觸，傳出軸在毛細(xì)胞表面相對較大的小結(jié)處終結(jié)［13］。突觸前胞漿含有大量的清晰的直徑約為50 nm的突觸小泡和少量較大的、核心清晰的小泡。最重要的遞質(zhì)是乙酰膽堿（ACh）。但是，降鈣素基因相關(guān)肽（CGRP）也出現(xiàn)在傳出終端并且可能同ACh一起釋放。在每個傳出終端的下面，毛細(xì)胞的突觸后胞漿形成一個滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)池，作為對傳出刺激的反應(yīng)，這一結(jié)構(gòu)可能同Ca2＋的釋放和重吸收有關(guān)。

在不同的毛細(xì)胞中，傳出刺激有不同的效果。在前庭器，它能降低或增高與靶毛細(xì)胞相連的傳入纖維的神經(jīng)活性。在使用電共鳴來進(jìn)行頻率調(diào)諧的毛細(xì)胞中傳出神經(jīng)支配的作用是最易理解的。一方面當(dāng)傳出神經(jīng)受到刺激時，傳出遞質(zhì)使得靶細(xì)胞超極化。更重要的是，遞質(zhì)誘導(dǎo)膜電導(dǎo)增強(qiáng)打亂了毛細(xì)胞膜上的已調(diào)諧的共鳴回路。這樣，頻率選擇性的清晰度和電放大的增進(jìn)都減少了。研究表明，在外界噪音刺激或其他精神因素影響下，動物腦干電位的記錄波形受到干擾，而在人的實驗中，表現(xiàn)為無法聽清人們的語言交流或無法享受美妙的音樂，均為傳出神經(jīng)受到刺激而對毛細(xì)胞的調(diào)諧功能產(chǎn)生影響的結(jié)果。

目前臨床上使用的耳聲發(fā)射儀的原理可能就是基于外毛細(xì)胞能夠加強(qiáng)耳蝸敏感性和頻率選擇性的緣故，而且認(rèn)為外毛細(xì)胞有放大作用，故可作為放大的能量來源。實驗用電刺激一個單離的外毛細(xì)胞所表現(xiàn)的活性是：去極化時胞體縮短，超極化時伸長，運動的能量來源于電刺激，而不是ATP等能源介質(zhì)。因此認(rèn)為可能是當(dāng)外毛細(xì)胞把纖毛上的機(jī)械刺激轉(zhuǎn)化為感受器電位的同時發(fā)生了放大作用，與細(xì)胞體變化相應(yīng)的細(xì)胞膜電位的變化可能會放大基底膜的運動。

1 于利，湯浩.哺乳動物耳蝸外毛細(xì)胞的馬達(dá)蛋白：Prestin［J］.生理科學(xué)進(jìn)展，2008，39：1.

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10 Hudspeth AJ.Hair－bundle mechanics and a model for mechanoelectrical transduction by hair cells［J］.Society of General Physiologists Series，1992，47：357.

11 Hudspeth AJ，Gillespie PG.Pulling springs to tune transduction：Adaptation by hair cells［J］.Neuron，1994，12：1.

12 Crawford AC，F(xiàn)ettiplace R.The mechanical properties of ciliary bundles of turtle cochlear hair cells［J］.J Physiol，1985，364：359.

13 Jacobs RA，Hudspeth AJ.Ultrastructural correlates of mechanoelectrical transduction in hair cells of the bullfrog＇s internal ear［J］.Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology，1990，55：547.

（全文完）

（2009－02－11收稿）

（本文編輯 李翠娥）

10.3969／j.issn.1006－7299.2010.04.032

R339.16

E

1006－7299（2010）04－0411－02

1 中國醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理教研室（沈陽 110001）