耳聾的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)

吳皓 陶永 趙幸樂(lè)

聾病是重大公共衛(wèi)生問(wèn)題，聽(tīng)力障礙人群人數(shù)達(dá)3.6億，我國(guó)現(xiàn)有聽(tīng)力言語(yǔ)殘疾者2 780萬(wàn)，占?xì)埣踩丝倲?shù)的三分之一[1]。耳聾不僅影響患者言語(yǔ)交流、增加老年癡呆的風(fēng)險(xiǎn)、危害人類健康，更帶來(lái)巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。聽(tīng)覺(jué)通路復(fù)雜，致病因素較多，耳聾個(gè)體差異大，且與遺傳、環(huán)境等因素關(guān)系密切。目前，我國(guó)已進(jìn)入老年化社會(huì)，耳聾的發(fā)生率和疾病譜都明顯改變，當(dāng)前的耳聾研究和診療模式已不能滿足耳聾預(yù)防和健康管理的需求。

健康中國(guó)概念的提出，標(biāo)志著以預(yù)防為主、關(guān)口前移的新醫(yī)療模式的推廣。在此背景下，結(jié)合個(gè)體信息開(kāi)展疾病治療的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)成為疾病診療新模式。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)是通過(guò)檢查患者的個(gè)體基因組、生理狀況和所處環(huán)境，同時(shí)根據(jù)患者的個(gè)體需求而量身定制診治方案[2]，是個(gè)體化醫(yī)療結(jié)合最新的遺傳檢測(cè)技術(shù)的產(chǎn)物，是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的新方向，相對(duì)于個(gè)性化治療十分困難且成本高昂，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)以精確的方式治療類似生物標(biāo)志物的患者群，更符合經(jīng)濟(jì)學(xué)的考量。精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)致病基因及潛在治療靶點(diǎn)，打造更加精準(zhǔn)的疾病診斷、治療、預(yù)防體系，有利于提升耳聾的整體診療水平，促進(jìn)耳聾防治步入新階段。

1 耳聾的精準(zhǔn)診斷

精準(zhǔn)醫(yī)療的核心要素是精準(zhǔn)、高效的診斷檢測(cè)。以大樣本研究獲得基本的分子機(jī)制體系，根據(jù)患者的基因型、表型等，結(jié)合現(xiàn)代遺傳學(xué)、分子影像學(xué)、生物信息學(xué)，可建立精準(zhǔn)診斷體系，這是耳聾精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的基石。借助于檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，臨床醫(yī)生能夠?qū)颊邅喨哼M(jìn)行分類，可以更準(zhǔn)確地判斷預(yù)后并對(duì)疾病進(jìn)展或療效進(jìn)行更精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)。

精準(zhǔn)診斷需要多學(xué)科的協(xié)作。傳統(tǒng)的耳聾診斷以聽(tīng)力學(xué)評(píng)估為主，操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，但是單純的聽(tīng)力學(xué)檢查只能進(jìn)行表型鑒定，無(wú)法預(yù)警危險(xiǎn)因素和評(píng)估預(yù)后，不能充分了解耳聾患者復(fù)雜的病理生理機(jī)制。近些年遺傳學(xué)在耳聾診斷中發(fā)揮著重要作用，基因組學(xué)在耳聾診斷中的應(yīng)用，尤其是高通量測(cè)序的應(yīng)用，使得耳聾的診斷可以從表型擴(kuò)展到遺傳機(jī)制。傳統(tǒng)影像學(xué)在耳聾診斷中多作為輔助方法，用來(lái)判斷內(nèi)耳、中耳是否有畸形；隨著分子影像學(xué)的發(fā)展和大數(shù)據(jù)的豐富，影像學(xué)在耳聾診斷的精細(xì)化和智能化上將有更大的突破。結(jié)合出生前檢測(cè)、新生兒聽(tīng)力篩查和耳聾基因檢測(cè)，可以對(duì)耳聾進(jìn)行精準(zhǔn)診斷、科學(xué)評(píng)估預(yù)后。通過(guò)多學(xué)科的共同努力，研發(fā)靈敏度更高、特異性更強(qiáng)和臨床實(shí)用性更好的耳聾檢測(cè)方法。

精準(zhǔn)診斷需要多領(lǐng)域的融合。在當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)的模式中，臨床醫(yī)生掌握患者的主訴、癥狀和檢查結(jié)果，但生理、生化、免疫和影像學(xué)檢查僅是冰山一角，超出醫(yī)生理解和能力的致病機(jī)制依然不明。只有在分子水平上認(rèn)識(shí)疾病的致病機(jī)制，明確有效的分子生物標(biāo)志物，才能精準(zhǔn)地將疾病分類，從而尋找治療靶點(diǎn)。轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)測(cè)試因其準(zhǔn)確性和易用性的提高，也逐漸發(fā)揮出它們的作用。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)平臺(tái)建設(shè)的推廣，超靈敏、高覆蓋代謝組原位分析技術(shù)研發(fā)的發(fā)展、液體活檢、分子影像學(xué)等精準(zhǔn)診斷技術(shù)的快速進(jìn)步，使耳聾的診斷將越來(lái)越靈敏和精準(zhǔn)。

精準(zhǔn)診斷需要多技術(shù)的集成。遺傳性聾是耳聾的主導(dǎo)因素，基因檢測(cè)在耳聾精準(zhǔn)診斷中發(fā)揮重要作用；目前應(yīng)用于遺傳性疾病基因鑒定的技術(shù)主要包括基因芯片、二代測(cè)序、三代測(cè)序等?；蛐酒菍⒋罅緿NA探針或基因片段按特定的排列方式固定在載體上，形成有序的DNA分子點(diǎn)陣，基因芯片可以同時(shí)檢測(cè)多個(gè)樣品、多個(gè)基因的近百個(gè)突變位點(diǎn)，具有操作簡(jiǎn)便、結(jié)果準(zhǔn)確、通量高、價(jià)格低廉的特點(diǎn)；第二代測(cè)序技術(shù)是通過(guò)捕捉新合成的末端標(biāo)記來(lái)確定DNA的序列，性價(jià)比高，是目前主流的耳聾基因測(cè)序方法；第三代測(cè)序技術(shù)不需要經(jīng)過(guò)PCR擴(kuò)增；結(jié)合最新數(shù)字PCR的第三代測(cè)序可能是未來(lái)耳聾精準(zhǔn)基因檢測(cè)的方向[3]。基因診斷對(duì)遲發(fā)性耳聾亦有診斷價(jià)值，遲發(fā)性耳聾約占兒童期耳聾發(fā)病率的四分之一，與GJB2基因p.V37I突變密切相關(guān)[4]，基因篩查可以發(fā)現(xiàn)遲發(fā)性耳聾易感人群。目前耳聾的基因診斷基于全外顯子測(cè)序等基因組分析技術(shù)，但編碼區(qū)變異僅占所有致病變異的一部分?；蚪Y(jié)構(gòu)變體、拷貝數(shù)變異都可以導(dǎo)致遺傳性耳聾，全外顯子測(cè)序并不能完全識(shí)別。全基因組測(cè)序(WGS)不僅可以提供全外顯子組測(cè)序靶向區(qū)域變異，還可以識(shí)別非編碼區(qū)的遺傳變異、拷貝數(shù)變異和結(jié)構(gòu)變體；隨著測(cè)序和計(jì)算成本的不斷降低，全基因組測(cè)序?qū)⒏鼮槠占?，從而可以更精?zhǔn)地實(shí)現(xiàn)耳聾診斷[5]。

精準(zhǔn)診斷需要多隊(duì)列的數(shù)據(jù)。全球精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)整體仍處于起步階段，技術(shù)和平臺(tái)發(fā)展迅速，但仍面臨發(fā)展瓶頸，缺少大規(guī)模的人群隊(duì)列的數(shù)據(jù)是原因之一。精準(zhǔn)診斷需要分析個(gè)體變異和疾病的關(guān)系，分析變異需要健康人群的數(shù)據(jù)、患病人群的數(shù)據(jù)的比較，健康人群和患病人群的數(shù)據(jù)主要來(lái)自于隊(duì)列的研究。全球已建設(shè)多個(gè)大型隊(duì)列，如美國(guó)百萬(wàn)人群隊(duì)列、英國(guó)生物銀行和歐盟的泛歐生物庫(kù)計(jì)劃等規(guī)模達(dá)數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)，但是符合精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)要求的隊(duì)列剛剛起步。全國(guó)各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)大多建有疾病數(shù)據(jù)庫(kù)，由于涉及數(shù)據(jù)安全、隱私保護(hù)、成果分配、數(shù)據(jù)共享等難題，不同機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)分析技術(shù)。我國(guó)有雄厚的人群資源基礎(chǔ)，豐富的基線數(shù)據(jù)及疾病譜調(diào)查資料，通過(guò)先天性耳聾、老年性耳聾隊(duì)列的前瞻性研究，可了解我國(guó)人口聽(tīng)力下降的現(xiàn)患情況和高危因素，尋找耳聾診斷重要指標(biāo)，為精準(zhǔn)診斷提供依據(jù)。

2 耳聾的精準(zhǔn)治療

目前，助聽(tīng)器或人工耳蝸植入是耳聾患者聽(tīng)覺(jué)補(bǔ)償?shù)闹饕椒āｋS著電極工藝的提升和基因測(cè)序等精準(zhǔn)醫(yī)療工具的發(fā)展，伴隨基因治療基礎(chǔ)研究的進(jìn)步，以及影像技術(shù)的提升、機(jī)器人技術(shù)的推廣、組織工程水平的提高，耳聾治療的個(gè)體化、精準(zhǔn)化逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

病毒載體可高效實(shí)現(xiàn)遺傳性聾的基因治療。高效轉(zhuǎn)染的腺相關(guān)病毒推動(dòng)了基因治療的快速發(fā)展，新的腺相關(guān)病毒可以高效轉(zhuǎn)染耳蝸毛細(xì)胞，攜帶目的基因經(jīng)內(nèi)耳注射后可以感染小鼠所有的內(nèi)毛細(xì)胞[6]。Ush1c綜合征小鼠表現(xiàn)為先天性耳聾、前庭障礙和色素性視網(wǎng)膜炎的癥狀，經(jīng)腺相關(guān)病毒介導(dǎo)的基因治療可以恢復(fù)Ush1c綜合征小鼠聽(tīng)力和前庭功能[7]。后半規(guī)管注射腺相關(guān)病毒可以部分恢復(fù)Whrn敲除小鼠的聽(tīng)力和前庭功能[8]。針對(duì)其它常染色體遺傳性耳聾，如UGLUT3，均有建立小鼠模型并成功進(jìn)行基因治療的文獻(xiàn)報(bào)道[9]。

干擾轉(zhuǎn)錄也可以精準(zhǔn)治療遺傳性耳聾。RNA干擾(RNAi)技術(shù)通過(guò)小干擾RNA片段阻遏基因的轉(zhuǎn)錄，增加對(duì)目標(biāo)mRNA的表達(dá)抑制。Tmc1突變耳聾小鼠耳蝸?zhàn)⑸淙斯ず铣傻母蓴_RNA，可以結(jié)合于Tmc1突變基因，抑制其轉(zhuǎn)錄，從而治療小鼠顯性遺傳性耳聾[10]。

毛細(xì)胞再生可有效實(shí)現(xiàn)聽(tīng)力的恢復(fù)。Atoh1是毛細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的關(guān)鍵基因，在 E13.5開(kāi)始表達(dá)后，誘導(dǎo)支持細(xì)胞向毛細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。最近證實(shí)Atoh1激活形成毛細(xì)胞必需依賴于Sox2的下調(diào)，故Atoh1的表達(dá)和轉(zhuǎn)分化從耳蝸底回開(kāi)始[11]。調(diào)控耳蝸毛細(xì)胞Wnt、Notch信號(hào)通路可以實(shí)現(xiàn)小鼠毛細(xì)胞再生，有望成為耳聾精準(zhǔn)治療的新靶點(diǎn)[12]。

基因編輯工具可精準(zhǔn)開(kāi)展基因治療。CRISPR/Cas9基因編輯工具效率的提升，使得基因編輯工具在體內(nèi)的應(yīng)用得到推廣。核糖核酸蛋白介導(dǎo)的基因編輯能高效并安全地進(jìn)行基因編輯，Cas9蛋白在基因編輯后即降解，避免了反復(fù)基因編輯導(dǎo)致的脫靶效應(yīng)。基因編輯工具治療Tmc1基因突變導(dǎo)致的遺傳性耳聾，實(shí)現(xiàn)毛細(xì)胞功能的恢復(fù)并極大改善了耳聾小鼠的聽(tīng)力?；驕y(cè)序結(jié)果表明基因編輯脫靶率極低，證實(shí)了內(nèi)耳基因編輯的安全性[13]，對(duì)致聾基因進(jìn)行精準(zhǔn)修改實(shí)現(xiàn)耳聾的治療已成為可能。單堿基編輯工具是一種新的基因編輯工具，不依賴于同源重組修復(fù)，直接將一種堿基對(duì)永久轉(zhuǎn)變成另一種堿基對(duì)，不會(huì)誘導(dǎo)DNA雙鏈結(jié)構(gòu)斷裂，可以高效地進(jìn)行基因編輯[14]。單堿基編輯工具已經(jīng)在生命科學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，包括小鼠內(nèi)耳的基因編輯。將混合有BE3-guideRNA的脂質(zhì)體注射至新生小鼠內(nèi)耳，可以修改內(nèi)耳細(xì)胞的Vegfa基因；雖然體內(nèi)的堿基轉(zhuǎn)化效率較低，但內(nèi)耳局部注射可以靶向多種細(xì)胞，為內(nèi)耳基因治療提供了新的工具[15]。單堿基編輯工具可能是未來(lái)開(kāi)展耳聾基因治療的有效工具。

組織工程技術(shù)推動(dòng)外耳畸形精準(zhǔn)治療。先天性小耳畸形是整形外科修復(fù)重建領(lǐng)域中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是耳科學(xué)的常見(jiàn)問(wèn)題。傳統(tǒng)的修復(fù)重建方法目前主要為自體肋軟骨移植和人工支架植入，自體肋軟骨移植可能會(huì)造成胸部手術(shù)切口感染和胸廓畸形，而且對(duì)醫(yī)師的雕刻技藝要求較高，難以保證重建耳廓外形的美觀；而人工支架植入有可能存在感染、移植物排斥和組織外露等風(fēng)險(xiǎn)。組織工程技術(shù)將具有分化成軟骨能力的種子細(xì)胞種植于支架材料，構(gòu)建具有耳廓形態(tài)與功能的組織工程耳，為先天性小耳畸形的治療提供了新的方案[16]，這是中國(guó)人開(kāi)展的國(guó)際上首例組織工程耳的臨床試驗(yàn)。

3 耳聾的精準(zhǔn)預(yù)防

分子流行病調(diào)查結(jié)果顯示，GJB2、SLC26A4、mtRNA突變是中國(guó)人最常見(jiàn)的耳聾致病原因，對(duì)以上基因進(jìn)行篩查可以為我國(guó)部分耳聾患者明確致病原因。利用耳聾基因檢測(cè)技術(shù)建立耳聾三級(jí)預(yù)防，可以降低耳聾的發(fā)病率。一級(jí)預(yù)防主要目標(biāo)人群是有耳聾家族史或已育聾兒的夫婦等高危人群，婚育前行耳聾基因篩查，對(duì)篩查未通過(guò)者，進(jìn)行婚育指導(dǎo)；二級(jí)預(yù)防主要是指產(chǎn)前咨詢?cè)\斷，通過(guò)對(duì)有耳聾家族史或已育聾兒孕婦羊水或絨毛膜穿刺，運(yùn)用基因芯片判斷胎兒是否存在致聾基因突變并告知家庭；三級(jí)預(yù)防目標(biāo)是對(duì)耳聾患兒早發(fā)現(xiàn)、早診斷和早干預(yù)，開(kāi)展新生兒或廣泛人群普遍聽(tīng)力篩查及耳聾基因篩查，早期了解新生兒是否攜帶耳聾基因及新生兒的聽(tīng)力情況[17]。

目前我國(guó)主要實(shí)施新生兒耳聾基因篩查結(jié)合聽(tīng)力篩查模式，產(chǎn)前篩查及產(chǎn)前診斷的覆蓋率較低。三級(jí)防控體系的建立、精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃的推進(jìn)，耳聾出生缺陷預(yù)防勢(shì)必會(huì)更上一個(gè)臺(tái)階；這需要政府投入，完善相關(guān)醫(yī)療設(shè)施；需要科學(xué)普及，使民眾充分意識(shí)到婚前基因篩查和產(chǎn)檢診斷的必要性；對(duì)檢測(cè)到致聾基因的新生兒應(yīng)密切隨訪，及早發(fā)現(xiàn)可能的聽(tīng)力障礙；對(duì)于發(fā)現(xiàn)的耳聾患兒及早干預(yù)，制定合適的治療方案，防止因聾致啞，避免更大的損失。

4 耳聾精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)展望

對(duì)微觀、介觀結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)認(rèn)知是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的基石。結(jié)合前沿顯微成像技術(shù)，可以繪制內(nèi)耳細(xì)胞類型及神經(jīng)連接圖譜；結(jié)合雙光子鈣成像等技術(shù)可以探索毛細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞的相互作用；結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組學(xué)確定毛細(xì)胞基因調(diào)控圖譜，揭示毛細(xì)胞突觸傳遞調(diào)控機(jī)制，從而全面揭示耳聾發(fā)生的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制，為精準(zhǔn)診斷提供更明確證據(jù)。

2017年12月全球第一個(gè)基因治療藥物L(fēng)uxturna的問(wèn)世，為遺傳性疾病的精準(zhǔn)治療展示了樂(lè)觀的前景。在耳聾動(dòng)物模型成功實(shí)現(xiàn)基因治療的基礎(chǔ)上，探索各種遺傳性耳聾動(dòng)物模型的基因治療，可以為臨床試驗(yàn)的安全性和有效性提供更多參考。非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物解剖結(jié)構(gòu)和生理狀況更接近于人體，積極開(kāi)展非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物的內(nèi)耳基因治療探索，可以突破嚙齒類動(dòng)物模型基因治療研究和人類臨床治療之間的解剖壁壘和技術(shù)瓶頸。通過(guò)推動(dòng)耳聾基因治療的臨床轉(zhuǎn)化，可以早日實(shí)現(xiàn)耳聾的精準(zhǔn)治療。

人工智能技術(shù)的發(fā)展將加速耳聾精準(zhǔn)治療在臨床的應(yīng)用。耳科機(jī)器人、耳科導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)將使耳聾患者的手術(shù)越來(lái)越精細(xì)化。3D打印技術(shù)是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展的又一推動(dòng)力，3D打印的顳骨模型能提高耳科醫(yī)生的解剖技術(shù)和手術(shù)技巧，利用計(jì)算機(jī)模擬智能打印缺損組織，可促進(jìn)耳外科治療更加智能化[18]。

隨著醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展和患者的需求提升，精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)逐漸得到世界各國(guó)的認(rèn)可和重視，在我國(guó)更上升為國(guó)家戰(zhàn)略。在此背景下，需要廣大耳科學(xué)同仁們共同努力，首先推動(dòng)耳聾精準(zhǔn)防治的技術(shù)和模式研究，通過(guò)預(yù)防來(lái)控制疾病應(yīng)該是精準(zhǔn)醫(yī)療的最終目標(biāo)，需要建立正常人群和耳聾易感人群隊(duì)列，開(kāi)展前瞻性研究和隨訪研究，以提供耳聾與群體特征相匹配的個(gè)體化疾病預(yù)防模式，推動(dòng)遺傳性聾、老年性聾、噪聲性聾的精準(zhǔn)防治。其次推動(dòng)耳聾精準(zhǔn)診斷手段的多樣化，通過(guò)基因組學(xué)、表觀基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)研究來(lái)鑒定耳聾特異性生物標(biāo)志物，結(jié)合影像學(xué)、分子診斷等技術(shù)，開(kāi)發(fā)早期發(fā)現(xiàn)、篩查和診斷耳聾的方法。最后推動(dòng)耳聾的精準(zhǔn)治療的臨床轉(zhuǎn)化，精準(zhǔn)治療是精準(zhǔn)醫(yī)療的重要環(huán)節(jié)，需兼顧患者的分子特征、健康檔案、各類組學(xué)、影像學(xué)結(jié)果，采用高度個(gè)體化和疾病特異性的方案，通過(guò)靶向分子治療、靶向抗體治療和個(gè)體化細(xì)胞治療，并結(jié)合智能手術(shù)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)耳聾的治療。希望通過(guò)我們的銳意進(jìn)取，早日將全新的疾病認(rèn)知、現(xiàn)代化的診療體系和創(chuàng)新性的健康管理整合到聾病的診治中，推動(dòng)耳聾精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的跨越式發(fā)展。