隱性聽力損失的發(fā)生與內耳GLAST相關性的研究進展

馬科鋒 佘曉俊 崔博

軍事科學院軍事醫(yī)學研究院環(huán)境醫(yī)學與作業(yè)醫(yī)學研究所（天津 300050）

HHL是由噪聲、耳毒性藥物或老齡化等因素引起的聽覺傳入突觸病變的聽覺系統障礙[1]。HHL的臨床診斷不能單純以閾值變化衡量，如聽性腦干反應（Auditory Brainstem Response,ABR）、畸變產物耳聲發(fā)射（Distortion Product of Otoacoustic Emissions，DPOAEs）等在發(fā)生HHL后只暫時性上移，隨后恢復到正常值。近年一些研究報道認為，高頻純音誘導的ABR波I閾上振幅變化可以有效檢驗HHL的發(fā)生[2-4]。

Glu作為重要的神經遞質廣泛分布于神經系統中，其快速興奮性有助于聽覺系統對聲音信號的敏感性，但是聽覺系統過度暴露于Glu下會產生興奮性毒性，引起HHL。中樞神經系統中GLAST可以攝取細胞外Glu，防止興奮性毒性[5]，內耳中也存在該蛋白。本文從Glu對內耳的毒性效應、內耳中GLAST的分布和功能、以及內耳GLAST與HHL發(fā)生的關系進行簡要綜述。

1 HHL與Glu興奮性毒性

內耳介導聲信號傳遞的神經遞質是Glu，病理條件下內毛細胞（Inner Hair Cells,IHCs）過度釋放的Glu持續(xù)激活突觸后膜上Glu受體，造成興奮性毒性，最終引起HHL發(fā)生。

1.1 HHL

最近幾年，幾項噪聲干預的研究表明：中等強度的噪聲短時暴露（98/100/106 dB SPL，2h）導致聽覺閾值出現急性且短暫的變化，如ABR、DPOAEs，暫時性閾移在數天或數周內恢復到正常水平，且外毛細胞和IHCs沒有明顯損傷，然而IHCs和傳入神經形成的帶狀突觸發(fā)生缺陷，即HHL[2-4,6-8]。

發(fā)生HHL后，雖然ABR閾值不發(fā)生改變，但是ABR的閾上I波振幅永久性降低[2,4,7,8]。ABR的I波指示聽覺傳入纖維的總活動，以此可以檢測HHL[9]。聽覺傳入纖維中I型纖維的比例達到90%-95%，與IHCs連接，按自發(fā)放電率，I型纖維分為低自發(fā)放電率纖維和高自發(fā)放電率纖維[10]。噪聲暴露選擇性損傷低自發(fā)放電率的神經纖維，此類神經纖維與高自發(fā)放電率纖維相比具有高閾值特性，這可能是傳入突觸病變發(fā)生而閾值不發(fā)生改變的主要原因[11,12]。因此，HHL的本質是I型螺旋神經節(jié)神經元中低自發(fā)放電率纖維的損傷，傳入突觸損傷可能只作為起始階段，未來螺旋神經節(jié)神經元漸進性死亡以及IHCs去支配可能引發(fā)更嚴重的聽力損失。

1.2 Glu興奮性毒性

Glu作為傳遞聽覺信號的主要神經遞質，低濃度時起生理作用，而濃度過高時會引起病理變化。噪聲暴露導致突觸減少可能是因為噪聲引起內耳Glu水平達到病理濃度。J?ger W等[13]對比了噪聲暴露前后內耳Glu的變化，發(fā)現噪聲暴露20min后Glu水平增加了一倍多，電鏡結果顯示IHCs區(qū)域底部嚴重空泡化。Han B R等[14]用紅藻氨酸（谷氨酸類似物）和N-甲基-D-天冬氨酸受體激動劑聯合干預體外培養(yǎng)耳蝸基底膜組織，結果顯示螺旋神經節(jié)神經元存活數量和傳入突觸數量顯著減少。藥理學研究和噪聲暴露研究得到的結果相同，且與HHL的特征一致。目前，Glu興奮性毒性作為HHL的機制之一已經得到普遍認可。

2 內耳GLAST的分布和功能

神經系統為了信號的快速傳遞，Glu必須維持生理濃度才能確保具有足夠的信噪比進行信號傳遞。一旦胞外Glu水平超過限值，就會引起興奮性毒性。無論是中樞神經系統還是外周神經系統，如腦[15]、視網膜[16]、耳蝸[17]等中都存在 GLAST，攝取胞外Glu，防止興奮性損傷。

Ahmed等[18]對人類耳蝸組織的研究發(fā)現，螺旋韌帶區(qū)有較強的免疫陽性，柯蒂氏器和螺旋神經節(jié)神經元中未檢測到免疫陽性。Mclean W J等[19]在大鼠耳蝸中發(fā)現GLAST的熒光信號包圍IHCs，推測GLAST可能表達于IHCs周圍的支持細胞，但是該研究沒有對IHCs進行標記，難以說明IHCs是否表達GLAST。Sundaresan S等[20]用雙標法同時對GLAST和毛細胞標記物Myosin VIIA進行免疫熒光染色，他們發(fā)現GLAST熒光圍繞IHCs胞體周圍，證明了GLAST表達于支持細胞的觀點。除了螺旋韌帶和IHCs周圍的支持細胞，前庭器官毛細胞周圍的支持細胞也表達GLAST[21]。GLAST的功能是從突觸間隙攝取胞外Glu，而聽覺傳入纖維主要與IHCs形成突觸，或許正是這樣才決定了GLAST主要表達于IHCs周圍的支持細胞。

正是基于GLAST的空間表達性，應用D-天冬氨酸時只從支持細胞記錄到內流電位[22]。卡那霉素屬于氨基糖苷類抗生素，可以導致高頻聽力損傷，是引起興奮性毒性的因素之一，大鼠連續(xù)皮下注射20天卡那霉素，第20天GLAST mRNA達到最高水平，此后逐漸恢復到正常[23]。該研究表明耳毒性藥物引起內耳Glu水平升高，為了防止Glu興奮性毒性，GLAST表達同步升高。Hakuba等[24]研究了聲壓級為105dB、頻率為4kHz的噪聲對GLAST缺陷小鼠的影響，結果顯示從暴露開始到暴露結束后幾小時內耳Glu濃度始終處于高水平狀態(tài)，同樣暴露后的野生型小鼠內耳Glu濃度處于低水平狀態(tài)。Chen等[5]用低濃度外源性Glu干預實驗動物，結果顯示復合動作電位和DPOAEs沒有變化，但是用GLAST抑制劑和低濃度Glu聯合干預明顯提高了復合動作電位閾值，大約提高了15～25 dB。視網膜中帶狀突觸結構與內耳類似，基于視網膜的研究表明增強GLAST的表達促進了突觸間隙內Glu的清除，減輕了視網膜神經節(jié)細胞死亡[16]。以此可以看出：GLAST攝取胞外Glu，保護內耳免受Glu的損傷。

3 GLAST功能缺陷誘導HHL

GLAST目前作為內耳支持細胞唯一已知的清除Glu的細胞器，與HHL的發(fā)生具有潛在聯系。Tserga及其同事比較了GLAST敲除型和野生型的ABR、DPOAE閾值、I波振幅、毛細胞存活和帶狀突觸等指標，結果表明純音刺激時GLAST敲除型的ABR閾上I波振幅明顯比野生型低兩倍，同時高頻區(qū)域的突觸對明顯減少，而ABR閾值、DPOAEs和毛細胞存活率沒有變化，該結果與HHL的特征一致[25]。Hakuba等[24]發(fā)現GLAST敲除型小鼠耳蝸淋巴管周圍Glu水平幾乎是野生型的2倍，這可能是敲除GLAST后表現為HHL的關鍵。與野生型相比，未處理的GLAST敲除型的ABR波I振幅降低近50%和成對的突觸減少，而且噪聲或耳毒性藥物更容易引起GLAST敲除型內耳的興奮性毒性，這些證據都在表明GLAST與HHL的發(fā)生具有緊密聯系[25,26]?；贕LAST清除胞外Glu的考慮，敲除GLAST后內耳缺乏有效清除Glu的細胞器，傳入突觸間隙內積累Glu的速度和程度高于野生型，Glu的累積加重了突觸對的丟失。

GLAST缺失引起的HHL似乎又與噪聲引起的HHL不同。GLAST敲除模型突觸的丟失主要以GluR2亞基為主，突觸前帶存活率與野生型基本一致[25,26]。然而，噪聲暴露引起的HHL中，突觸前帶和GluR2的丟失具有一致性[8]。以此可以推斷GLAST敲除模型中突觸的損傷主要為Glu興奮性毒性，而噪聲致HHL模型除了Glu興奮性毒性，可能還存在損傷突觸前帶的機制。

基于中樞神經系統的研究發(fā)現，GLAST并不是單獨攝取胞外Glu，而是與能量代謝相關的酶和細胞器耦聯起作用，如鈉鉀泵、糖原磷酸化酶、糖酵解相關酶和線粒體[27]。同樣的，在大鼠耳蝸支持細胞中已經發(fā)現GLAST和鈉鉀泵α1亞基共定位[19]。GLAST攝取Glu的過程依賴于Na+濃度梯度，每攝取一個Glu，伴隨3個Na+和1個H+的內流，以及1個K+的外流[27]。然而，正常的生理過程需要細胞保持穩(wěn)態(tài)，此時由GLAST攝取Glu造成的離子梯度差就需要鈉鉀泵進行彌補，以此來維持GLAST的正常功能。有研究表明，噪聲暴露會降低鈉鉀泵的活性[28]，即使隨后的一段時間恢復到暴露前水平，但短時間內形成的Glu攝取障礙已經對突觸造成損傷。噪聲致HHL的過程可能正是如此。

4 小結與展望

總的來說，HHL具有幾個特點：1）損傷以聽覺傳入突觸為主，隨著時間推移可能涉及螺旋神經節(jié)神經元病變；2）ABR閾值只暫時性改變，但是ABR波I閾上振幅永久下降，近年動物模型中普遍以其作為檢查標準，其根本原因是ABR波I指示聽覺傳入纖維的總活動，而HHL的發(fā)生損害了I型神經元中低自發(fā)放電率的神經纖維；3）內、外毛細胞不發(fā)生病理學改變。目前對HHL的研究還處于早期階段，分子及信號通路層面的報道較少。Glu興奮性毒性導致HHL已廣為人知，但是對內耳支持細胞中防止Glu興奮性毒性的蛋白—GLAST的研究還不夠深入?，F有研究普遍圍繞GLAST敲除模型展開，野生型動物在發(fā)生HHL后，GLAST以及與之耦聯的細胞器表現如何還有待探索。未來很長一段時間，HHL的研究可能會集中在有關Glu興奮性毒性的信號通路方面，將為HHL的預防和治療奠定一定基礎。