耳蝸炎癥反應在噪聲性耳聾中的作用機制

張國平 鄒靜

第二軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（上海200433）

噪聲性耳聾（Noise-Induced Hearing Loss，NIHL）是指由于暴露于有害的噪聲環(huán)境，導致以內(nèi)耳損傷為主要特征的感音神經(jīng)性耳聾。過去認為內(nèi)耳是被血-迷路屏障隔絕起來的“免疫豁免”器官，但后來人們逐漸認識到，在感染、噪聲等因素刺激下，耳蝸的“天然免疫系統(tǒng)”會被迅速激活，出現(xiàn)炎癥反應，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，耳蝸內(nèi)炎癥反應是噪聲性耳聾的一個重要致病機制[1-3]。NIHL早期以4kHz處的感音神經(jīng)性聽力下降為主要表現(xiàn)，隨后逐漸出現(xiàn)高頻區(qū)廣泛性甚至全頻區(qū)域的聽閾提高[4]。接觸噪聲后出現(xiàn)的耳聾于一定時間內(nèi)能夠恢復至原來聽力水平，這種暫時性的耳聾，稱為“暫時性閾移”（Transient Threshold Shift，TTS），相反，對于那些噪聲暴露后聽力不能恢復至原水平的，稱之為“ 永 久 性 閾 移 ”（Permanent Threshold Shift，PTS）。噪聲性耳聾患者以工業(yè)噪聲引起為主，尤其是在發(fā)展中國家，機器相對落后并且噪聲防護意識較低；另外在某些特殊場合，如某些娛樂場所、飛機起飛時、輪船的機艙內(nèi)以及軍人射擊時均會出現(xiàn)較強的噪聲，由此引起的噪聲性耳聾也越來越受到重視。據(jù)估計，噪聲性耳聾的患病人數(shù)僅次于老年性耳聾[5]，全球約有5%-12%的人群患有噪聲性耳聾[6]，對這部分人群的社會活動造成了不同程度的影響。

1 既往噪聲性耳聾的耳蝸內(nèi)致病機制

第一，機械損傷，高強度噪聲可引起內(nèi)耳基底膜劇烈震動，毛細胞與蓋膜之間的剪切運動顯著增加，造成毛細胞聽毛的損傷、斷裂，甚至corti器脫位、內(nèi)耳毛細血管破裂出血、前庭窗膜破裂等[7-9]。第二，噪聲暴露后發(fā)現(xiàn)不同程度的毛細胞凋亡，這被認為是造成永久性閾移的主要原因[10]；第三，長時間噪聲暴露后會造成耳蝸內(nèi)代謝異常，耳蝸內(nèi)能量大量消耗，甚至耗竭，細胞色素氧化酶、Na-K ATP酶等多種酶系統(tǒng)功能紊亂，使得毛細胞無法進行有效的聲電轉(zhuǎn)換[11,12]；第四，噪聲暴露后耳蝸內(nèi)產(chǎn)生大量的過氧化物質(zhì)，而游離的ROS可以造成內(nèi)耳廣泛性損傷[13]，第五，可在耳蝸毛細胞內(nèi)觀察到鈣離子超載現(xiàn)象[14]；第六，強噪聲可引起耳蝸“血-迷路屏障”的緊密連接蛋白表達減少、通透性增加，破壞內(nèi)耳穩(wěn)態(tài)，尤其是擾亂各種離子的平衡，影響毛細胞的換能[15,16]；第七，噪聲除了損傷內(nèi)耳毛細胞、血迷路屏障以外，同時噪聲暴露使內(nèi)毛細胞過度釋放谷氨酸—興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，引起谷氨酸毒性反應，造成突觸后螺旋神經(jīng)元的損傷甚至死亡[17]；對于噪聲導致的暫時性閾移，并沒有出現(xiàn)類似于永久性閾移時的大量毛細胞丟失，而是發(fā)現(xiàn)耳蝸內(nèi)毛細胞與螺旋神經(jīng)元周圍突之間的帶狀突觸連接顯著減少或錯位，這種突觸病變也可能是上述谷氨酸毒性反應的結果[18-20]。

2 耳蝸炎癥反應在噪聲性耳聾中的作用機制

2.1 NIHL的耳蝸炎癥反應情況

耳蝸內(nèi)的主要免疫細胞之一為巨噬細胞[21]。耳蝸內(nèi)的巨噬細胞（cochlear macrophage），形態(tài)是類圓形或伴有多個突起，可以分為兩類：第一，“耳蝸固有巨噬細胞”（cochlear resident macrophage），它們在機體出現(xiàn)“危險信號”時，迅速被激活，類似于其他組織內(nèi)的固有巨噬細胞（resident tissue macrophage），如肺巨噬細胞、肝kuffer細胞、表皮朗格漢斯細胞等；另一部分是由循環(huán)系統(tǒng)中的單核細胞浸潤而來[2,21]，噪聲暴露后，這些巨噬細胞主要出現(xiàn)在耳蝸外側壁螺旋韌帶、螺旋神經(jīng)節(jié)、螺旋緣，少量分布于蝸軸、基底膜，前庭膜、鼓階等處[22]。同循環(huán)系統(tǒng)巨噬細胞一樣，耳蝸巨噬細胞也起到吞噬異物或內(nèi)源性細胞碎片、產(chǎn)生炎癥因子以及抗原呈遞等功能。耳蝸固有巨噬細胞是從何而來的呢？Takayuki Okano通過利用造血干細胞移植技術發(fā)現(xiàn)，骨髓源性細胞在耳蝸內(nèi)結構性表達于螺旋韌帶、螺旋神經(jīng)節(jié)以及聽神經(jīng)，偶有表達于基底膜下表面和血管紋，并且這些細胞中80%以上具有巨噬細胞的表型特征，表達Iba1+、CD68+、F4/80+[21]等活化巨噬細胞表型標志，故而認為耳蝸巨噬細胞主要起源于骨髓，而非卵黃囊。在Stephen V.Tornabene的研究中，給予小鼠噪聲暴露后2小時，耳蝸內(nèi)即出現(xiàn)MCP-1、MCP-5、MIP-1β、ICAM-1等細胞因子的mRNA表達提高，作者認為這部分炎性因子是由耳蝸固有巨噬細胞產(chǎn)生，隨后這些炎癥因子趨化并活化更多的巨噬細胞，造成噪聲暴露后12小時耳蝸外側壁螺旋韌帶及鼓階上開始出現(xiàn)大量的CD45陽性、F4/80陽性細胞，直至一周后仍有陽性細胞存在，而在正常耳蝸內(nèi)這些細胞很少出現(xiàn)[2]。噪聲暴露后出現(xiàn)的大量炎癥細胞是由局部細胞有絲分裂而來還是由循環(huán)系統(tǒng)浸潤而來呢？在Keiko Hirose的研究中，噪聲暴路后上述部位的CD45+細胞顯著增加，實驗中給小鼠注射一種核苷酸類似物BrdU，研究噪聲暴露后增多的CD45+細胞是否含有BrdU，如果是有絲分裂而來的新生細胞，那么這些新生細胞則含有BrdU，而結果顯示這些細胞并不含有BrdU，因此作者認為這些細胞不是由耳蝸內(nèi)的細胞原位有絲分裂而來，而是由循環(huán)系統(tǒng)中的白細胞浸潤而來[1]。另一項研究中得出了類似的結果，該研究通過手術造成內(nèi)耳炎癥模型，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷后耳蝸內(nèi)CD68+細胞為原位增殖細胞的比例很少，推測增多的CD68+細胞多為循環(huán)系統(tǒng)浸潤而來[21]。

有的學者認為，噪聲暴露后耳蝸內(nèi)出現(xiàn)的Iba1+細胞與中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的小膠質(zhì)細胞相似，稱之為“小膠質(zhì)細胞樣細胞”（microglial like cells），具有吞噬和分泌細胞因子的功能，正常情況下這種小膠質(zhì)樣細胞呈現(xiàn)為未激活的狀態(tài)：小胞體且具有長而多的分枝突起，少量散在分布于耳蝸的螺旋緣、螺旋神經(jīng)節(jié)、螺旋韌帶處，這種細長的突起可能是用于監(jiān)視周圍更大范圍內(nèi)的組織有無病原體入侵或自身細胞損傷物質(zhì)，噪聲暴露后，耳蝸上述部位的小膠質(zhì)樣細胞被激活，轉(zhuǎn)變成阿米巴樣形態(tài)：較大的包體且具有較少而粗的突起，且數(shù)量明顯增多，阿米巴樣形態(tài)有助于炎癥細胞向病變部位遷移，這些活化的小膠質(zhì)樣細胞參與噪聲暴露后耳蝸內(nèi)的炎癥反應，加重組織損傷[10]。而作者并沒有指出“小膠質(zhì)細胞樣細胞”與其他研究中所說的Iba1+的“耳蝸巨噬細胞”有何區(qū)別。

耳蝸外側壁纖維細胞是耳蝸內(nèi)最為豐富的細胞，也是噪聲暴露后參與炎癥反應的主要細胞之一，噪聲暴露后，耳蝸外側壁纖維細胞可以分泌多種炎癥因子，如MCP-I、TNF-α、IL、ICAM-1等，促進炎癥反應。有研究認為噪聲暴露后螺旋神經(jīng)元自身也會產(chǎn)生炎癥因子參與炎癥反應。另外，耳蝸內(nèi)Deiters’細胞可以起到類似于吞噬細胞的功能，高強度噪聲暴露導致外毛細胞的凋亡或壞死，這些外毛細胞的碎片由Deiters’細胞吞噬清除。

噪聲暴露后，耳蝸內(nèi)炎癥相關細胞增多、活化的同時，伴隨著大量炎癥因子的表達增多，如TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1、MIP-1、ICAM-1、iNOS、TIMP-1等等[10,25]，這些炎癥因子可以加重耳蝸毛細胞等重要細胞的損傷。如TNF-α通過結合細胞表面受體TNFR，一方面啟動死亡受體信號通路，激活caspase凋亡蛋白級聯(lián)反應，促進毛細胞通過外源性凋亡途徑凋亡，同時還可以通過MAPK/JNK途徑調(diào)節(jié)Bcl-2家族蛋白的合成，促進內(nèi)源性線粒體凋亡途徑，加速毛細胞的凋亡；另一方面，TNF-α激活免疫相關細胞內(nèi)的NF-kB信號通路，促進細胞因子的合成[3,26]。炎癥因子一方面作用于耳蝸組織，加重組織損傷，另一方面可以趨化更多炎癥細胞浸潤，后者產(chǎn)生更多炎癥因子，使得組織損傷進一步加重，而后者更加促進炎癥細胞的浸潤，造成惡性循環(huán)。當然這一循環(huán)不會無終止的持續(xù)下去，在促炎細胞因子產(chǎn)生的同時也有一些抑炎成分的合成，如IL-10、A20等，使得炎癥反應在一定的程度內(nèi)受到調(diào)控[27]。

2.2 NIHL耳蝸炎癥反應的可能機制

機體組織內(nèi)存在著“天然免疫系統(tǒng)”，也可以稱之為“固有免疫系統(tǒng)”，當機體內(nèi)出現(xiàn)“危險信號”時，固有免疫系統(tǒng)會被迅速激活，引發(fā)炎癥反應。當感染存在時，“危險信號”即為入侵的病原體，稱之為“病原相關分子模式”（Pathogen Associated Molecular Paternals,PAMPs）；當機體受到創(chuàng)傷后，受損組織內(nèi)出現(xiàn)的“危險信號”并非病原體，而是由嚴重受損的、凋亡或壞死的細胞釋放而來，稱之為“損傷相關分子模式”（Damage Associated Molecular Paternals,DAMPs），如：熱休克蛋白、高遷移率蛋白1、線粒體DNA、低分子量透明質(zhì)酸等，這些DAMPs與固有免疫細胞上的“模式識別受體”（Pattern Recognition Receptors，PRRs）結合，進而激活固有免疫系統(tǒng)，隨后主要通過NF-kB信號通路促進各種炎癥因子的產(chǎn)生[28-30]。噪聲損傷是一種特殊的創(chuàng)傷，故推測噪聲損傷內(nèi)耳后，可能釋放DAMPs。能夠識別DAMPs的“模式識別受體”主要有Toll樣受體、RIG-1樣受體、NOD樣受體，其中Toll樣受體4（TLR4）是與DAMPs關系最為密切且研究最多的PRR[29]。當前已有研究發(fā)現(xiàn)耳蝸內(nèi)存在TLR4、TLR2等模式識別受體[27,31]，因此推測噪聲暴露后耳蝸內(nèi)釋放DAMPs，后者與耳蝸內(nèi)TLR等PRR結合，從而激活耳蝸內(nèi)固有免疫系統(tǒng)，進而誘發(fā)炎癥因子的合成及炎癥細胞的浸潤，促進噪聲性耳聾的發(fā)生。噪聲暴露后，耳蝸內(nèi)除了固有免疫系統(tǒng)被激活以外，耳蝸免疫細胞的抗原呈遞功能也被激活，“主要組織相容性抗原Ⅱ（MHCⅡ）”表達顯著增多，抗原呈遞功能的活化是連接固有免疫反應與適應性免疫反應的橋梁，進而誘發(fā)后續(xù)適應性炎癥反應[32]。

另外，既往研究已經(jīng)證實，噪聲暴露可以損傷內(nèi)耳“血迷路屏障”的超微結構，而屏障功能的破壞為炎性細胞的浸潤提供了良好的通道。噪聲暴露后血管紋緊密連接蛋白表達降低，內(nèi)皮細胞間的緊密連接減少，內(nèi)皮細胞外的基底膜層連續(xù)性中斷，血管周細胞部分足突與內(nèi)皮細胞分離，使得血液內(nèi)的免疫球蛋白、離子等多種物質(zhì)易于滲透進入淋巴液[15,16,33]，由此不僅可以導致內(nèi)耳內(nèi)環(huán)境的紊亂，并且使得循環(huán)系統(tǒng)中的炎癥細胞易于通過破損的血迷路屏障向耳蝸浸潤，這一點與前面所述的噪聲暴露后耳蝸內(nèi)出現(xiàn)大量骨髓源性炎癥細胞這一現(xiàn)象相互印證。

3 抑制炎癥反應可以減輕噪聲性耳聾的程度

由上述可見，噪聲性耳聾的耳蝸內(nèi)出現(xiàn)了炎癥反應，這樣“炎癥”成為了一個未來治療噪聲性耳聾的靶點。既往報道通過抑制小膠質(zhì)細胞樣細胞活性可以減輕毛細胞損失量[34]，由此推測，抑制炎癥細胞的活性可能減輕噪聲性耳聾的程度。地塞米松具有強大的抗炎作用，體外實驗發(fā)現(xiàn)地塞米松可以抑制由于TNF-α誘發(fā)的毛細胞凋亡[26]，臨床上也有應用甲強龍治療噪聲性耳聾獲得良好治療效果的報道[35]。在眾多炎癥因子中，TNF-α是最為重要的因子之一，這就使得通過抑制TNF-α成為一個治療噪聲性耳聾的可能途徑[3]。有研究發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后會引起耳蝸內(nèi)TNF-α增多，與此同時螺旋動脈血管收縮使內(nèi)耳血供減少，內(nèi)耳氧供減少、離子失衡，加重毛細胞損傷，當給予TNF-α抑制劑依那西普（etanercept）進行治療時，發(fā)現(xiàn)噪聲暴露后耳蝸螺旋動脈收縮程度及內(nèi)耳血供明顯改善，聽力也得到一定程度的保護[36]。IL-6是另一個在噪聲暴露后耳蝸內(nèi)顯著升高的炎癥因子，在螺旋神經(jīng)節(jié)和耳蝸外側壁細胞內(nèi)顯著增多[25]，Kenichiro Wakabayashi等的研究中，向噪聲暴露后的小鼠腹腔內(nèi)注射IL-6受體抗體MR16-1，結果發(fā)現(xiàn)，噪聲暴露后耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)處螺旋神經(jīng)元損失數(shù)量減少、炎癥細胞浸潤減輕，并且聽力也得到一定程度的改善[37]。IL-1可以激活“應激活化蛋白激酶—JNKs”信號通路，進而可引起毛細胞凋亡，應用JNKs抑制劑可以抑制由于IL-1引發(fā)的毛細胞凋亡，起到減輕噪聲性耳聾程度的作用[38-39]。

綜上所述，噪聲作為一種創(chuàng)傷，可能是通過釋放某些損傷相關分子模式激活耳蝸固有免疫系統(tǒng)、破壞血迷路屏障功能，趨化炎癥細胞浸潤并合成釋放炎癥因子，加重內(nèi)耳毛細胞的凋亡和內(nèi)環(huán)境的紊亂，進而促成噪聲性耳聾的發(fā)生，基于這一機制，使得抗炎治療成為治療噪聲性耳聾的一種可能有效途徑。