先天性外中耳畸形(1)
——發(fā)育生物學(xué)研究進(jìn)展

張?zhí)煊?李辰龍

先天性外中耳畸形(microtia and atresia，MA)也稱小耳畸形，是頜面部最主要的出生缺陷之一，全球發(fā)病率約為2.06/10 000，其中我國的發(fā)病率為1.4/10 000。本病常涉及耳廓、外耳道、中耳，偶可累及內(nèi)耳，可單獨(dú)或聯(lián)合發(fā)生；臨床表現(xiàn)多樣，包括：耳廓畸形，如：耳廓發(fā)育不良、殘缺、皺縮、皮贅甚至無耳畸形，外耳道閉鎖或狹窄，中耳畸形(如：聽骨鏈畸形、面神經(jīng)畸形)等；部分伴有頜骨發(fā)育畸形(半面短小)[1]。先天性外中耳畸形可以單獨(dú)發(fā)生，也可以作為某一綜合征的耳部癥狀出現(xiàn)，如：Treacher-Collins綜合征、Nager綜合征或眼-耳-脊柱發(fā)育不良等[2]。

Artunduaga等[3]分析了72對先天性外中耳畸形雙胞胎，其中同卵雙胞胎38對，10對均表現(xiàn)出耳廓畸形；雖然38對同卵雙胞胎共享基因型，但仍有28對雙胞胎并沒有表現(xiàn)為耳廓畸形，且表現(xiàn)為耳廓畸形的10對雙胞胎耳廓畸形程度不一。動物模型是研究先天性外中耳畸形發(fā)生機(jī)制的重要生物模式，各類基因敲除或突變動物模型大多表現(xiàn)為雙側(cè)耳廓畸形，且畸形程度相似[4～9]，這與患者流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果并不相符，本病以單側(cè)發(fā)病為主，且雙側(cè)發(fā)病患者耳廓畸形程度并非完全相同[10]。

胚胎時期第一、二鰓弓、第一鰓裂及第一咽囊發(fā)育異常可導(dǎo)致本病的發(fā)生[11]。發(fā)育生物學(xué)是理解先天性畸形的基礎(chǔ)之一，了解外中耳結(jié)構(gòu)的發(fā)育對理解先天性外中耳畸形的發(fā)生機(jī)制十分重要。

1 正常外中耳的發(fā)育

1.1耳廓的發(fā)育 外中耳是由內(nèi)胚層第一咽囊、外胚層第一鰓弓(下頜弓)、第二鰓弓(舌骨弓)、第一鰓裂及中胚層間充質(zhì)組織衍化而來。人類胚胎發(fā)育至第4周時出現(xiàn)鰓弓，為胚體頭部兩側(cè)的柱狀弓形隆起。顱神經(jīng)嵴細(xì)胞(cranial neural crest cell，CNCC)是一種多能干細(xì)胞，是第一、二鰓弓區(qū)域間充質(zhì)的主要細(xì)胞成分。CNCC的一個重要特征是其遷移性，不同部位CNCC各具特定的遷移路徑，來源于中腦區(qū)后份及菱腦r1、r2節(jié)段的CNCC參與形成第一鰓弓，r3、r4節(jié)段的CNCC 參與形成第二鰓弓[12]。

經(jīng)典的耳廓發(fā)育模式是His小丘模式，胚胎第5～6周，耳廓結(jié)構(gòu)開始發(fā)育，第一、二鰓弓背側(cè)端的間充質(zhì)增生隆起，形成6個結(jié)節(jié)狀小丘，其中3個出現(xiàn)在第一鰓弓尾部，3個出現(xiàn)在第二鰓弓頭部。隨著第一、二鰓弓及其之間的鰓裂發(fā)育，6個小丘逐漸融合，分化形成耳廓特定結(jié)構(gòu)；第一鰓弓的3個小丘分別發(fā)育為耳屏、耳輪根部和耳輪腳；第二鰓弓的3個小丘發(fā)育成對耳輪、對耳屏、耳輪下部及耳垂。第12周，小丘完成融合，形成外耳(圖1)。胚胎早期的耳廓發(fā)生于下頜骨尾部，接近頸根部，第20周時，隨著第一鰓弓的不斷發(fā)育，耳廓由頸后向正常耳區(qū)部位移行[13,14]。

第一鰓弓3個結(jié)節(jié)狀小丘鄰近的間充質(zhì)及其表面覆蓋的外胚層過度增生，可形成額外的耳結(jié)節(jié)而后發(fā)育形成副耳，副耳與正常耳廓的發(fā)育并無直接聯(lián)系。隨著第一、二鰓弓發(fā)育形成上頜骨、下頜骨及面部組織，位于第一、二鰓弓融合部位的副耳逐漸遷移，定位于耳前與口角之間的區(qū)域[15]。

1.2外耳道的發(fā)育 胚胎第6周，第一、二鰓弓之間的第一鰓裂向內(nèi)延伸形成外耳道。胚胎第9周，作為第一鰓弓的衍生物，鼓環(huán)開始發(fā)育，鼓環(huán)在發(fā)育過程中逐漸變寬，其控制并調(diào)節(jié)第一鰓裂的內(nèi)陷以形成耳道及鼓膜。第一鰓裂的中間部與鼓環(huán)緊密相連，其背側(cè)末端的外胚層細(xì)胞增殖并向內(nèi)生長，形成硬核被稱為外耳道栓，協(xié)助外耳道向內(nèi)擴(kuò)大[16,17]。第21周時，外耳道栓通過復(fù)層鱗狀上皮脫落逐漸形成外耳道的中空結(jié)構(gòu)，這一過程是由角化引起的非凋亡性細(xì)胞程序性死亡[18]。至第28周時，外耳道最內(nèi)側(cè)的外胚層和第一咽囊外側(cè)末端的內(nèi)胚層相連形成鼓膜，第一鰓弓的部分中胚層間充質(zhì)留在兩層之間，分化為鼓膜的纖維層，鼓膜是耳部唯一包含3個胚層的結(jié)構(gòu)。外耳道上皮分布著兩種腺體，耵聹腺和皮脂腺，它們首先出現(xiàn)于胚胎第13周，在胚胎第6月時發(fā)育成熟；這些腺體可產(chǎn)生粘稠的分泌物、油脂并與角蛋白混合形成耵聹，參與維持外耳道的自凈功能[19]。

圖1 胚胎第5～6周耳廓發(fā)育及第一、二鰓弓各小丘發(fā)育成耳廓示意圖 1～6分別為6個結(jié)節(jié)狀小丘;a.耳廓發(fā)育示意圖;b.各小丘發(fā)育成耳廓對應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖

1.3中耳的發(fā)育 胚胎第3周出現(xiàn)第一咽囊，第6周時咽囊開始延長，第8周時形成早期中耳腔；早期中耳腔只有中耳的下一半，其余仍由結(jié)締組織充填。隨著第二鰓弓間充質(zhì)將其收窄, 第一咽囊的近心部分延長變細(xì)形成咽鼓管，連接中耳腔和咽腔。

胚胎第6周，人耳聽骨開始發(fā)育，第一、二鰓弓的間充質(zhì)內(nèi)形成3個聽骨的軟骨原基；Meckel軟骨起源于第一鰓弓，第16周時形成鼓室支和下頜支，鼓室支最終分化為錘骨頭、砧骨體和砧骨短腳，如發(fā)育時其原基未分離，則可形成錘砧融合畸形，先天性外中耳畸形患者中此類中耳畸形最為常見[20]。而下頜支與下頜骨的發(fā)育相關(guān)，因此，先天性外中耳畸形常合并下頜骨畸形，如：半面短小。Reichert軟骨起源于第二鰓弓，分化為鐙骨板上結(jié)構(gòu)、錘骨柄和砧骨長腳；鐙骨足板及環(huán)韌帶是由耳囊和內(nèi)耳原基發(fā)育而來。隨著第一咽囊的不斷擴(kuò)展, 包繞3個逐漸成熟的聽骨并形成中耳腔，所有外中耳結(jié)構(gòu)在第30周發(fā)育完成[11]。

2 畸形外中耳的發(fā)育

先天性外中耳畸形是第一、二鰓弓綜合征的特征性表現(xiàn)之一，第一、二鰓弓綜合征是指源于胚胎期第一、二鰓弓、第一咽囊、第一鰓裂和顳骨原基的顱面結(jié)構(gòu)發(fā)育不良而表現(xiàn)出的一組先天性畸形。第一、二鰓弓除發(fā)育成耳部外，還將發(fā)育成上頜骨、下頜骨、肌肉、顱神經(jīng)，且心臟的脈管系統(tǒng)同樣是由第一、二鰓弓包裹發(fā)育而成，因此，外中耳畸形常伴有下頜骨畸形和心臟畸形[21]。內(nèi)耳由菱腦r5、r6節(jié)段的外胚層組織獨(dú)立發(fā)育而成，因此，先天性外中耳畸形患者內(nèi)耳大多正常。凡是能夠影響第一、二鰓弓及CNCC遷移及分化的因素都可能導(dǎo)致先天性外中耳畸形的發(fā)生。

2.1耳廓、中耳畸形 先天性外中耳畸形的分級常采用Marx分類方法，Marx分類共有3級：Ⅰ°畸形，可見正常耳部解剖標(biāo)志但較正常耳??；Ⅱ°畸形，患耳可見部分解剖標(biāo)志；Ⅲ°畸形最為常見，耳廓為類似于花生樣的未發(fā)育軟組織[22]。在臨床工作中，同一畸形程度的患者耳部表現(xiàn)仍具有一定差異。雖然本病的發(fā)生機(jī)制至今仍未明確，但多認(rèn)為第一、二鰓弓的發(fā)育及CNCC遷移及分化過程中的影響因素與本病的發(fā)生密切相關(guān)。

目前已知的一個涉及耳廓發(fā)育的重要基因是同源盒轉(zhuǎn)錄因子Hoxa2，其在脊椎動物前后軸發(fā)育模式中起到重要作用。Hoxa2基因是第二鰓弓內(nèi)唯一表達(dá)的Hox基因，Hoxa2缺失小鼠會使第二鰓弓轉(zhuǎn)化成第一鰓弓的組織。若第一鰓弓CNCC中的Hoxa2基因表達(dá)異常，可誘導(dǎo)出現(xiàn)重復(fù)耳廓，原因是當(dāng)某一體節(jié)Hox基因缺失，可導(dǎo)致其支配區(qū)域的組織分化成為其前一體節(jié)的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。Minoux等研究發(fā)現(xiàn)，Hoxa2基因突變小鼠除了表現(xiàn)為無耳畸形，還出現(xiàn)了外耳道、鼓環(huán)、錘骨及砧骨的重復(fù)，而這些結(jié)構(gòu)均來源于第一鰓弓[14,23,24]。敲除小鼠的Hoxa1和Hoxb1基因后，第二鰓弓CNCC 數(shù)量明顯減少，表現(xiàn)為源于第二鰓弓的結(jié)構(gòu)發(fā)育畸形及面神經(jīng)發(fā)育異常[25]。

Treacher Collins綜合征中Tcof1基因突變，造成Treacle蛋白單倍劑量不足，減少了核蛋白體和神經(jīng)上皮細(xì)胞的生殖，使得移行到第一、二鰓弓的CNCC亦相應(yīng)不足，最終導(dǎo)致了包括耳畸形在內(nèi)的顱面畸形[26]。Tbx1基因突變可導(dǎo)致小耳畸形，但其并非直接作用于CNCC，而是通過引導(dǎo)來源于不同部位的CNCC以發(fā)揮作用，這種間接作用也會影響到CNCC的正常遷移與分化[27]。Wnt基因家族與CNCC的形成和發(fā)育相關(guān)，Wnt5a基因可在耳廓間充質(zhì)中表達(dá)，且Wnt5a敲除小鼠表現(xiàn)為外耳發(fā)育不良[28]。內(nèi)皮素通路在調(diào)節(jié)CNCC的增殖和遷移方面至關(guān)重要，內(nèi)皮素及其受體突變的小鼠會表現(xiàn)出不同類型的耳畸形。轉(zhuǎn)錄因子Gsc作為內(nèi)皮素通路的下游靶點(diǎn)，其在第一鰓裂周圍的間充質(zhì)中表達(dá)，與外耳、中耳的發(fā)育相關(guān)[25]。Msx2突變可引起偶數(shù)節(jié)段的菱腦原節(jié)CNCC凋亡增加，突變小鼠出現(xiàn)砧骨變形、鐙骨未分化及上下頜骨發(fā)育不良等顱面部畸形[29]。

雖然各類基因敲除或突變動物模型大多表現(xiàn)為雙側(cè)耳廓畸形，且畸形程度相似，但Frem2基因缺陷小鼠表現(xiàn)為單側(cè)耳廓畸形，且出生時常伴有患耳周圍組織血腫，雖然該基因并不在血管中表達(dá)，但Frem2的相關(guān)蛋白涉及細(xì)胞外基質(zhì)的調(diào)控，一旦缺乏此類蛋白，不僅會對形態(tài)造成影響，而且還會增加組織脆性；可能的作用機(jī)制是誘發(fā)了過多間充質(zhì)細(xì)胞死亡，使得CNCC過分遷移及過早分化，進(jìn)而引起外中耳畸形的發(fā)生[30]。

2.2外耳道畸形 外耳道是在耳廓基本形成之后才開始發(fā)育的，所以可以表現(xiàn)為單獨(dú)的外耳道畸形而不伴有耳廓畸形。對于外耳道發(fā)育畸形的分類，國內(nèi)外大多采用Schuknecht的分類方法，即根據(jù)外耳道畸形的程度大致分為4類，其中typeA和B為外耳道狹窄(有鼓膜)，type C和D為外耳道閉鎖(無鼓膜)[31]。如外耳道最內(nèi)側(cè)的外胚層和第一咽囊外側(cè)末端的內(nèi)胚層未相連，則不會形成鼓膜，錘骨柄結(jié)構(gòu)也將缺如；Ishimoto總結(jié)了50例先天性外耳道閉鎖患者術(shù)中情況，發(fā)現(xiàn)所有耳道閉鎖患者錘骨柄均缺如[32]，與我們的臨床觀察結(jié)果高度吻合。從發(fā)育生物學(xué)角度看，我們認(rèn)為外耳道畸形可分為兩類，即有鼓膜的外耳道狹窄和無鼓膜的外耳道閉鎖更為合適[33]，這一分類有助于指導(dǎo)臨床手術(shù)決策的選擇。

外耳道在發(fā)育過程中是朝向鼓室定向生長的，該區(qū)域可能存在引導(dǎo)外耳道生長的信號。在Gsc和Prx突變的小鼠中，由于沒有鼓環(huán)，外耳道并沒有向鼓室的方向生長。Hoxa2基因突變小鼠出現(xiàn)了外耳道、鼓環(huán)的重復(fù)，且這兩個外耳道分別向兩個鼓環(huán)的方向生長[16,34]。先天性外耳道狹窄患者的外耳道與正常人相比，不僅存在口徑上的區(qū)別，而且在形態(tài)、長度、位置、傾斜度及方向等方面均存在不同程度的差異，這種差異也使得先天性外耳道狹窄患者易形成外耳道膽脂瘤[35]。

外中耳的發(fā)育起源于內(nèi)胚層第一咽囊, 外胚層第一、二鰓弓及其所包含的第一鰓裂, 以及其間的中胚層間充質(zhì)。耳廓、鼓環(huán)和聽骨均來自第一、二鰓弓，第一咽囊形成咽鼓管和中耳, 第一鰓裂構(gòu)成原始外耳道。鼓膜是耳部唯一包含3個胚層的結(jié)構(gòu)。近年來，隨著二代測序等技術(shù)的推廣，基因組數(shù)據(jù)庫的不斷完善，各個國家和地區(qū)的學(xué)者針對本病的家系及綜合征開展了大量研究工作，超過18種小耳畸形相關(guān)綜合征的致病基因已經(jīng)逐漸明確。但本病以散發(fā)為主，非綜合征型多見，其發(fā)病機(jī)制并未明確。深入了解外中耳的發(fā)育生物學(xué)基礎(chǔ)，未來可以從表型-基因型入手，明確本病的遺傳學(xué)病因和發(fā)病機(jī)制；還可以圍繞胚胎-胎兒個體發(fā)育分化的重要階段，研究發(fā)育的時程性調(diào)控機(jī)制，個體發(fā)育過程中的細(xì)胞遷移、凋亡等生命現(xiàn)象的機(jī)制。

1 中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志編輯委員會耳科組，中華醫(yī)學(xué)會耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)分會耳科學(xué)組，中華醫(yī)學(xué)會整形外科學(xué)分會耳再造學(xué)組. 先天性外中耳畸形臨床處理策略專家共識[J]. 中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志,2015,50:182.

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