聽覺受損后聽覺中樞GABA通路的物質(zhì)改變*

李孛 馮艷梅 殷善開

噪聲、機械損傷以及老齡化等因素造成聽力損傷后會引起中樞聽覺系統(tǒng)的一系列改變，導致聽覺功能重塑，最常見的是聽力損傷后耳鳴現(xiàn)象。γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，聽覺損傷后GABA通路物質(zhì)的變化可能參與中樞聽覺通路的去抑制作用。本文旨在總結(jié)近年來聽覺損傷后中樞GABA通路各物質(zhì)的變化，為研究聽覺功能重塑機制提供參考。

1 聽覺傳導通路

下丘(inferior colliculus，IC)是聽覺通路的一個重要中繼站，它既接受來自低位腦干的上行投射[1]，又接受來自IC以上聽覺中樞的下行輸入，這些投射如何在IC處聚集仍不完全清楚。上行至IC的通路主要起源于耳蝸、上橄欖復合體和外側(cè)丘系，形成單耳和雙耳輸入通路；下行至IC的投射主要來自聽皮層、內(nèi)側(cè)膝狀體和上丘。聽覺皮層是聽覺通路的終點，所有哺乳動物的聽皮層均位于顳葉[2]。初級聽皮層(AI)按細胞構(gòu)筑不同，由淺到深分為六層(Ⅰ-Ⅵ)[3]，放射性示蹤劑技術(shù)表明兩側(cè)初級聽皮層通過胼胝體交通支相連，但這種聯(lián)系在聽覺信息處理中的作用目前仍不清楚；聽覺皮層間存在投射，且投射一般為雙向性，同側(cè)皮層間投射的細胞起源具有多樣性，但以第Ⅲ和第Ⅴ層細胞為主。一般來說皮層間投射具有如下特征：在具有音頻構(gòu)筑的皮層間存在很強聯(lián)系，而在具有音頻構(gòu)筑和不具有音頻構(gòu)筑的皮層間的投射聯(lián)系弱而且彌散。聽覺皮層同時接受來自前腦基底部的膽堿能投射[4]。

2 GABA通路的構(gòu)成和作用機制

GABA是哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，由谷氨酸經(jīng)谷氨酸脫羧酶(glutamic acid decarboxylase，GAD)脫羧后形成。GAD以兩種形態(tài)存在，分子量分別為65 kDa和67 kDa，因此他們也被稱為GAD65和GAD67。GAD65主要分布在神經(jīng)元的突觸，GAD67普遍存在于GABA能神經(jīng)元的胞漿中[5]。突觸間隙內(nèi)的GABA經(jīng)周圍的星形細胞和GABA能神經(jīng)元突觸前膜的高親和力轉(zhuǎn)運體重攝入細胞，重攝入GABA能神經(jīng)元內(nèi)的GABA優(yōu)先進入突觸小泡，并作為遞質(zhì)循環(huán)使用，攝入星形細胞的GABA經(jīng)GABA轉(zhuǎn)氨酶和琥珀酸半醛脫氫酶代謝成琥珀酸，進入三羧酸循環(huán)[6]。

GABA通過與GABA受體結(jié)合產(chǎn)生作用，根據(jù)受體對激動劑和拮抗劑的敏感性不同，GABA受體可分為A、B、C受體三種亞型。GABA A受體屬于配體門控離子型受體，是含有氯離子通道的異質(zhì)性五聚體膜蛋白，一般由兩個α亞基(α1～α6)、兩個β亞基(β1～β3)和一個γ亞基(γ1-γ3)/δ或者ε組成，其中以α1β2γ2數(shù)量最多[7]。GABA與GABA A受體結(jié)合后，氯離子順濃度差內(nèi)流，產(chǎn)生快速的抑制性突觸后電位，神經(jīng)元超極化，細胞興奮性下降。GABA B受體是一種G蛋白藕聯(lián)受體，在突觸前膜及后膜上都有表達，GABA B受體激活會引起突觸前膜興奮性遞質(zhì)釋放減少，突觸后膜產(chǎn)生抑制性突觸后電位。GABA C受體的相關(guān)研究較少，可能與學習記憶功能相關(guān)[8]。

3 老齡化對聽覺中樞GABA通路及相關(guān)物質(zhì)的影響

Raza等[9]研究發(fā)現(xiàn)與年輕組(3～7月齡)相比，中年組(15～17月齡)和老年組(24～26月齡)F344鼠IC中央核內(nèi)的GAD活性下降，提示中年組和老年組IC中央核內(nèi)GABA生物合成活性降低，而藥理學研究發(fā)現(xiàn)IC中央核神經(jīng)元攝入GABA的能力無顯著改變。Milbrandt等[10]利用放射自顯影技術(shù)發(fā)現(xiàn)F344鼠GABA A受體結(jié)合物在IC皮質(zhì)背側(cè)核分布最高，在IC中央核和皮質(zhì)外側(cè)核內(nèi)分布差異不顯著。與幼年組(2月齡)相比，老年組(23月齡)IC 各個亞區(qū)內(nèi)GABA A受體結(jié)合物顯著下降。Caspary等[11]應(yīng)用原位雜交技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，與同種屬年輕組(3月齡F344鼠，4月齡F/BN鼠)相比，老年組F344鼠(26月齡)和老年組F/BN鼠(布朗-挪威F1代雜交鼠，32月齡)GABA A受體γ1亞基顯著升高，但僅F/BN鼠α1亞基顯著下調(diào)，α2亞基代償性升高。老年F344鼠受體激活后，Cl-通量顯著高于年輕組，說明老年組A受體亞基成分改變后，單位GABA會引起更多的Cl-進入細胞，代償性親和力升高。隨后Caspary[12]應(yīng)用免疫組化研究發(fā)現(xiàn)老年組(18～29月齡)F344鼠IC內(nèi)GABA 陽性神經(jīng)元比青年組(2～3.5月齡)顯著下降。以上結(jié)果表明，老齡化會造成下丘內(nèi)GABA水平、GABA免疫染色、GAD活性、GABA A受體結(jié)合物下降，這些改變會導致老齡化動物的抑制功能下調(diào)，引起時程處理和雙耳編碼功能的退化。

對聽皮層的研究表明，與年輕鼠(4～6月齡)相比，老齡FBN鼠(30～32月齡)AI區(qū)Ⅱ-Ⅵ層GAD mRNA和蛋白水平降低，變化最顯著的區(qū)域在AI區(qū)Ⅱ?qū)覽13]。

4 噪聲性聽力損失對聽覺中樞GABA通路及相關(guān)物質(zhì)的影響

在噪聲性聽力損失的研究中，研究者通過高強度的噪聲暴露造成動物聽力損失，IC 內(nèi)GABA能神經(jīng)元系統(tǒng)的功能紊亂與GABA和GABA受體的改變一致，噪聲暴露組動物IC和聽皮層對聽覺刺激反應(yīng)改變，早期表現(xiàn)為高興奮性[14]。

王豐等[15]以豚鼠為實驗對象，給予4 kHz 1/3倍頻程窄帶噪聲120 dB SPL暴露4小時建立噪聲暴露模型，檢測暴露后豚鼠ABR反應(yīng)閾，發(fā)現(xiàn)暴露后1、11和21天豚鼠ABR反應(yīng)閾顯著增高(2、4、8、16 kHz)；隨后使用RT-PCR技術(shù)檢測暴露組豚鼠下丘GABA A受體和GABA B受體含量，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，暴露組動物噪聲暴露后1、11和21天GABA A受體和GABA B受體含量顯著降低。給予豚鼠4 kHz、1/3倍頻程100～120 dB SPL窄帶噪聲2～4小時建立噪聲損傷模型后，使用免疫組織化學親和素-生物素復合物法，檢測噪聲暴露后豚鼠下丘內(nèi)GABA神經(jīng)元數(shù)量，發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后1天，暴露組豚鼠下丘內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元數(shù)量顯著下降；使用RT-PCR技術(shù)，發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后1天和11天暴露組豚鼠下丘內(nèi)GABA A受體和GABA B受體含量顯著低于對照組[16]。

Tan等[17]將Wistar大鼠麻醉后，分別使用10 kHz、115 dB SPL純音和白噪聲(8～16 kHz、119 dB SPL)暴露2小時，結(jié)果表明：純音暴露后1小時和6天大鼠ABR反應(yīng)閾值分別升高56.4 dB和30.3 dB；白噪聲暴露組動物噪聲暴露后6～7天，耳鳴導致的興奮性活動顯著增加；免疫組化研究發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后6天，純音暴露組動物IC內(nèi)GABA含量顯著增加。Dong等[18]對豚鼠單側(cè)耳給予10 kHz 124 dB SPL純音暴露1小時，暴露后立即檢測聽神經(jīng)復合動作電位，發(fā)現(xiàn)與對照耳相比，暴露側(cè)耳10～20 kHz聽神經(jīng)復合動作電位閾值明顯升高，暴露后4周，暴露側(cè)耳聽神經(jīng)復合電位閾值改變不顯著。定量PCR研究發(fā)現(xiàn)，暴露后4小時和4周后豚鼠對側(cè)IC內(nèi)GABA A受體α1亞基表達均顯著降低，提示噪聲暴露會導致對側(cè)IC的抑制性受體表達下降。之后，他們使用同樣的噪聲暴露方法，檢測噪聲對聽覺下丘內(nèi)GABA A受體的變化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后即刻暴露側(cè)耳聽神經(jīng)復合動作電位閾值在4～22 kHz頻率都顯著增高，改變最顯著區(qū)域在8～22 kHz；暴露后2周，暴露側(cè)耳聽神經(jīng)復合動作電位閾值大幅度恢復，然而10、14及22 kHz的聽神經(jīng)復合動作電位仍顯著升高；暴露組對側(cè)IC中央核特征頻率>10～16 kHz的區(qū)域GABA A受體mRNA免疫熒光密度顯著下降[19]，提示噪聲暴露會導致IC中央核中該頻率分布區(qū)域GABA A受體的表達減少。 Pouyatos等[20]給予Long Evans鼠倍頻帶8 kHz 97 dB SPL噪聲每天暴露6小時，每周暴露5天，持續(xù)4周，結(jié)果顯示噪聲暴露后6天，暴露組ABR反應(yīng)閾在8～32 kHz顯著升高，與暴露后即刻相比，恢復最顯著頻率也在8～24 kHz；ELISA方法研究發(fā)現(xiàn)IC內(nèi)GAD67濃度下降，提示噪聲暴露造成IC內(nèi)GAD67含量減少。Milbrandt等[21]對F344鼠給予12 kHz 106 dB SPL純音暴露10小時，于暴露后30天解剖耳蝸發(fā)現(xiàn)耳蝸基底部(高頻區(qū))毛細胞顯著缺失：內(nèi)毛細胞缺失15%～20%，外毛細胞缺失75%～80%；Western Blot研究發(fā)現(xiàn)下丘GAD65水平持續(xù)性降低，并一直持續(xù)到暴露后30天；使用放射性元素標記的GABA A受體拮抗劑發(fā)現(xiàn)，暴露后30天整個下丘放射性升高，以下丘皮質(zhì)背側(cè)核最顯著，該結(jié)果提示GABA A受體代償性升高。以上研究結(jié)果表明，噪聲暴露會引起下丘內(nèi)GABA釋放改變，早期GABA釋放增加，聽覺中樞通過代償性降低GAD和GABA A受體含量，改變GABA A受體對GABA的親和力以代償異常升高的GABA；而噪聲暴露帶來長期的影響是GABA A受體代償性增高。

5 耳蝸切除或毀損對聽覺中樞GABA及相關(guān)物質(zhì)的影響

Suneja等[22]選取出生50天后的豚鼠，通過檢測放射性14C元素的含量，研究單側(cè)聽骨鏈切除術(shù)和單側(cè)耳蝸切除對聽覺中樞內(nèi)GABA活動(釋放和攝入)的影響；結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，聽骨鏈切除組同側(cè)IC中央核內(nèi)GABA釋放無顯著差異，對側(cè)IC中央核內(nèi)GABA釋放顯著升高至切除后145天，但升高幅度逐漸下降；同側(cè)IC中央核內(nèi)GABA攝入在切除后第5天顯著升高，切除后59天和145天無顯著差異；對側(cè)IC中央核內(nèi)GABA攝入在切除后第5天顯著升高，切除后59天無顯著差異，切除后145天顯著降低；而耳蝸切除組對側(cè)IC中央核切除后第5天和第145天釋放GABA顯著增加；對側(cè)IC中央核內(nèi)GABA攝入僅切除后145天顯著降低；同側(cè)IC中央核GABA釋放無顯著差異。Argence等[23]分別研究單側(cè)和雙側(cè)耳蝸切除后1～150天的大鼠，原位雜交和免疫熒光結(jié)果顯示單側(cè)耳蝸切除后大鼠對側(cè)IC內(nèi)GAD67低水平表達，從切除后第1天一直持續(xù)到切除后150天；雙側(cè)耳蝸切除后第8天雙側(cè)IC內(nèi)GAD67表達開始降低，而GABA A受體α1、β2、γ3亞基含量改變不顯著，提示機體通過減少GAD的表達以代償耳蝸切除后興奮性信號減少。Sarro等[24]對出生后10天的沙土鼠行雙側(cè)耳蝸切除，7天后免疫電鏡研究發(fā)現(xiàn)：聽皮層 Ⅱ/Ⅲ 區(qū)GABA A受體β2/3亞基顯著減少，主要是興奮性神經(jīng)元核周圍質(zhì)膜上的β2/3亞基減少，GABA能中間神經(jīng)元上β2/3亞基含量改變不顯著；聽皮層內(nèi)GABA能軸突顯著變大，內(nèi)含的GAD含量顯著增加，提示GABA合成上調(diào)。該現(xiàn)象提示機體通過調(diào)節(jié)聽皮層GABA的釋放和攝入以代償外周聲信號傳入減少。

廖華等[25]使用Wistar大鼠建立單側(cè)耳蝸毀損的動物模型，使用免疫組織化學染色法檢測毀損后大鼠下丘核內(nèi)GABA和GAD65的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，耳蝸毀損后3、7和30天，大鼠同側(cè)下丘核內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元無顯著變化，對側(cè)下丘核內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元顯著下降；毀損后3天同側(cè)下丘核內(nèi)GAD65光密度值顯著低于對照組，毀損后7天和30天與對照組相比無顯著差異；毀損后3天和7天對側(cè)下丘核內(nèi)GAD65光密度值顯著低于對照組，毀損后30天與對照組相比無顯著差異。王勤瑛等[26]使用相同的方法建立大鼠單側(cè)耳蝸毀損的模型，使用氨基酸自動分析儀研究毀損后大鼠下丘內(nèi)GABA和Glu的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)耳蝸毀損組術(shù)后1周、2周和1個月下丘內(nèi)GABA含量顯著低于假手術(shù)組。隨后他們利用免疫組化SP法檢測單側(cè)耳蝸毀損后大鼠下丘內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元的數(shù)目，發(fā)現(xiàn)術(shù)后1周和2周手術(shù)對側(cè)下丘內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元數(shù)目顯著低于正常組；術(shù)后1個月手術(shù)對側(cè)下丘內(nèi)GABA陽性神經(jīng)元數(shù)目恢復至正常組水平；用氨基酸自動分析儀檢測發(fā)現(xiàn)，與正常組相比，耳蝸毀損組術(shù)后1周和2周下丘內(nèi)GABA含量顯著低于正常組，術(shù)后一個月，毀損組下丘內(nèi)GABA含量恢復至正常組水平[27]。華清泉等[28]對成年SD大鼠按Catherine法行單側(cè)耳蝸毀損手術(shù)，使用氨基酸自動分析儀研究單側(cè)耳蝸毀損后SD大鼠聽皮層內(nèi)GABA和Gly的含量變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)組相比，耳蝸毀損組術(shù)后1周和3周，聽皮層內(nèi)GABA含量顯著降低。王勤瑛等[29]用相同的方法建立耳蝸毀損的Wistar大鼠動物模型，使用免疫組化SP法檢測耳蝸毀損組大鼠聽皮層內(nèi)GABA能陽性神經(jīng)元數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)后1、2、3周術(shù)側(cè)聽皮層GABA陽性神經(jīng)元數(shù)量顯著低于對側(cè)；術(shù)后1個月，術(shù)側(cè)聽皮層GABA陽性神經(jīng)元數(shù)量與對側(cè)相比無顯著差異。

綜上所述，各種原因造成聽覺損傷后，聽覺中樞下丘和聽皮層內(nèi)GABA通路物質(zhì)含量發(fā)生了變化。目前尚沒有證據(jù)區(qū)分這些改變究竟是聽覺損傷引起的，還是損傷后機體的代償變化，或者是二者共同作用的結(jié)果。雖然這些物質(zhì)在聽覺功能重塑中的具體作用機制不明，但這也許是聽覺功能重塑機制的研究方向。

6 參考文獻

1 Cant NB. Patterns of convergence in the central nucleus of the inferior colliculus of the Mongolian gerbil: organization of inputs from the superior olivary complex in the low frequency representation[J]. Frontiers in neural circuits, 2013, 7: 29.

2 Hackett TA. Anatomical organization of the auditory cortex[J]. Journal of the American Academy of Audiology, 2008, 19: 774.

3 Thomas H, Lopez V. Comparative study of inter- and intrahemispheric cortico-cortical connections in gerbil auditory cortex[J]. Biological Research, 2003, 36: 155.

4 Miller DJ, Lackey EP, Hackett TA, et al. Development of myelination and cholinergic innervation in the central auditory system of a prosimian primate (Otolemur garnetti)[J]. The Journal of Comparative Neurology, 2013，521：3 804.

5 Langendorf CG, Tuck KL, Key TL, et al. Structural characterization of the mechanism through which human glutamic acid decarboxylase auto-activates[J]. Bioscience Reports, 2013, 33: 137.

6 Madsen KK, Larsson OM, Schousboe A. Regulation of excitation by GABA neurotransmission: focus on metabolism and transport[J]. Results Probl Cell Differ, 2008, 44: 201.

7 Thompson SA, Wafford K. Mechanism of action of general anaesthetics--new information from molecular pharmacology[J]. Curr Opin Pharmacol, 2001, 1: 78.

8 Johnston GA, Chebib M, Hanrahan JR, et al. GABA(C) receptors as drug targets[J]. Curr Drug Targets CNS Neurol Disord, 2003, 2: 260.

9 Raza A, Milbrandt JC, Arneric SP, et al. Age-related changes in brainstem auditory neurotransmitters: measures of GABA and acetylcholine function[J]. Hear Res, 1994, 77: 221.

10 Milbrandt JC, Albin RL, Turgeon SM, et al. GABAA receptor binding in the aging rat inferior colliculus[J]. Neuroscience, 1996, 73: 449.

11 Caspary DM, Raza A, Lawhorn Armour BA, et al. Immunocytochemical and neurochemical evidence for age-related loss of GABA in the inferior colliculus: implications for neural presbycusis[J]. The Journal of Neuroscience, 1990, 10: 2 363.

12 Caspary DM, Holder TM, Hughes LF, et al. Age-related changes in GABA(A) receptor subunit composition and function in rat auditory system[J]. Neuroscience, 1999, 93: 307.

13 Ling LL, Hughes LF, Caspary DM. Age-related loss of the GABA synthetic enzyme glutamic acid decarboxylase in rat primary auditory cortex[J]. Neuroscience, 2005, 132:1 103.

14 Wang J, Salvi RJ, Powers N. Plasticity of response properties of inferior colliculus neurons following acute cochlear damage[J]. Journal of Neurophysiology, 1996, 75: 171.

15 王豐，洪波，韓東一. 噪聲性耳蝸損傷后豚鼠下丘電生理及γ-氨基丁酸的改變[J]. 中華醫(yī)學雜志, 2012, 92:1 565.

16 王豐，劉良發(fā)，洪波. 噪聲性耳蝸損傷后豚鼠下丘γ-氨基丁酸(GABA)的改變[J]. 中華耳科學雜志, 2010, 8:216.

17 Tan J, Ruttiger L, Panford-Walsh R, et al. Tinnitus behavior and hearing function correlate with the reciprocal expression patterns of BDNF and Arg3.1/arc in auditory neurons following acoustic trauma[J]. Neuroscience, 2007, 145: 715.

18 Dong S, Mulders WH, Rodger J, et al. Acoustic trauma evokes hyperactivity and changes in gene expression in guinea-pig auditory brainstem[J]. The European Journal of Neuroscience, 2010, 31: 1 616.

19 Dong S, Rodger J, Mulders WH, et al. Tonotopic changes in GABA receptor expression in guinea pig inferior colliculus after partial unilateral hearing loss[J]. Brain Research, 2010, 1342: 24.

20 Pouyatos B, Morel G, Lambert-Xolin AM, et al. Consequences of noise- or styrene-induced cochlear damages on glutamate decarboxylase levels in the rat inferior colliculus[J]. Hear Res, 2004, 189: 83.

21 Milbrandt JC, Holder TM, Wilson MC, et al. GAD levels and muscimol binding in rat inferior colliculus following acoustic trauma[J]. Hearing Research, 2000, 147: 251.

22 Suneja SK, Potashner SJ, Benson CG. Plastic changes in glycine and GABA release and uptake in adult brain stem auditory nuclei after unilateral middle ear ossicle removal and cochlear ablation[J]. Experimental Neurology, 1998, 151: 273.

23 Argence M, Saez I, Sassu R, et al. Modulation of inhibitory and excitatory synaptic transmission in rat inferior colliculus after unilateral cochleectomy: an in situ and immunofluorescence study[J]. Neuroscience, 2006, 141: 1 193.

24 Sarro EC, Kotak VC, Sanes DH, et al. Hearing loss alters the subcellular distribution of presynaptic GAD and postsynaptic GABAA receptors in the auditory cortex[J]. Cereb Cortex, 2008, 18: 2 855.

25 廖華，吳展元，華清泉，等. 單側(cè)耳蝸毀損后大鼠下丘核γ-氨基丁酸能神經(jīng)元的分布及調(diào)控[J]. 聽力學及言語疾病雜志, 2005, 13:355.

26 王勤瑛，華清泉，汪審清. 大鼠單側(cè)耳蝸損毀后下丘的γ氨基丁酸和谷氨酸變化[J]. 中國耳鼻咽喉頭頸外科, 2006, 13:407.

27 王勤瑛，華清泉，汪審清. 大鼠單側(cè)耳蝸損毀后下丘r-氨基丁酸及其神經(jīng)元的變化[J]. 臨床耳鼻咽喉頭頸外科雜志, 2007, 21:321.

28 華清泉，王勤瑛，吳展元. 單側(cè)耳蝸損毀后聽皮層中抑制性神經(jīng)遞質(zhì)含量變化的實驗研究[J]. 中國眼耳鼻喉科雜志, 2004, 4:353.

29 王勤瑛，華清泉，肖伯奎. 大鼠單側(cè)耳蝸損毀對聽皮層γ氨基丁酸能神經(jīng)元分布的影響[J]. 中國耳鼻咽喉頭頸外科, 2010, 17:466.