巨噬細(xì)胞在正常及受損耳蝸中的表型研究綜述

王芹 趙芳芳 鄭體花 鄭慶印

濱州醫(yī)學(xué)院特殊教育學(xué)院（煙臺 264003）

耳蝸是感受聲音的感覺器官，負(fù)責(zé)將聲刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)系統(tǒng)的信號?？碌偈掀髯鳛槎佒械穆犛X感受器，由感覺細(xì)胞、支持細(xì)胞和蓋膜等組成[1]。當(dāng)耳蝸感覺細(xì)胞受到各種急性和慢性的損傷，如聽覺過度刺激、耳毒性藥物和年齡相關(guān)退化時，耳蝸會產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，而這種反應(yīng)是防御機(jī)制中不可或缺的組成部分[2]。

巨噬細(xì)胞作為耳蝸主要的免疫細(xì)胞，參與炎癥修復(fù)和穩(wěn)態(tài)維持，在局部耳蝸免疫中發(fā)揮重要作用。本文主要探討巨噬細(xì)胞與耳蝸的關(guān)系，為炎癥導(dǎo)致聽力損失的臨床治療提供一種新的思路。

1 巨噬細(xì)胞在耳蝸中的起源與分布

巨噬細(xì)胞是單核白細(xì)胞家族的一部分，包括單核細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和組織巨噬細(xì)胞。組織巨噬細(xì)胞包括常駐巨噬細(xì)胞和浸潤性巨噬細(xì)胞。耳蝸中的常駐巨噬細(xì)胞被認(rèn)為是內(nèi)耳最主要的免疫細(xì)胞，負(fù)責(zé)監(jiān)控局部微環(huán)境和修復(fù)受損組織[3]。炎癥刺激使循環(huán)單核細(xì)胞浸潤至耳蝸，并活化成巨噬細(xì)胞。

Takayuki等發(fā)現(xiàn)胚胎期耳蝸中存在兩種常駐巨噬細(xì)胞，一種是起源于卵黃囊的巨噬細(xì)胞，另一種是起源于胚胎肝臟體循環(huán)的巨噬細(xì)胞[4]。這些巨噬細(xì)胞群在出生前就駐留在耳蝸中，并在成熟耳蝸局部發(fā)揮免疫功能[5]。出生后發(fā)育過程中，在耳蝸基底膜檢測到具有巨噬細(xì)胞前體表型的免疫細(xì)胞，這些細(xì)胞可分化為巨噬細(xì)胞[6]。成熟耳蝸巨噬細(xì)胞是完全分化的細(xì)胞，沒有增殖潛能，可由循環(huán)單核細(xì)胞重新填充[7]。穩(wěn)定狀態(tài)下，成熟耳蝸巨噬細(xì)胞的主要來源包括卵黃囊巨噬細(xì)胞、胚胎肝臟單核細(xì)胞和骨髓單核細(xì)胞[4]。當(dāng)耳蝸受損時，不同來源的巨噬細(xì)胞發(fā)揮它們的功能。了解耳蝸巨噬細(xì)胞的來源有助于研究者探究巨噬細(xì)胞在耳蝸的具體分布及變化。

1.1 巨噬細(xì)胞在發(fā)育期耳蝸的分布及動態(tài)變化

巨噬細(xì)胞在發(fā)育期耳蝸中分布較廣，如基底膜、柯蒂氏器、螺旋韌帶，螺旋緣和螺旋神經(jīng)節(jié)區(qū)域。Hu等發(fā)現(xiàn)，在發(fā)育期耳蝸的柯蒂氏器和基底膜區(qū)域存在兩組巨噬細(xì)胞[6,8]。一組位于基底膜鼓階側(cè)，這些巨噬細(xì)胞在出生后第1天呈圓形，并在第4天開始發(fā)生特異性分化。頂回巨噬細(xì)胞呈樹突狀，中回巨噬細(xì)胞呈不規(guī)則形狀，突起短，底回巨噬細(xì)胞進(jìn)一步分化為變形蟲狀，如圖1所示。另一組巨噬細(xì)胞位于基底膜中階側(cè)支持細(xì)胞間隙[9]。隨著感覺上皮的成熟，巨噬細(xì)胞出現(xiàn)從底回到頂回的梯度退化，最終出現(xiàn)細(xì)胞凋亡。巨噬細(xì)胞在柯蒂氏器發(fā)育過程中的具體作用仍不是很清楚，但可以猜測，基底膜中階側(cè)巨噬細(xì)胞的退化參與了感覺上皮的成熟。

圖1 基底膜鼓階側(cè)巨噬細(xì)胞形態(tài)示意圖。BM:基底膜。Fig.1 Schematic representation of macrophage morphology in the scala tympanic side of the basilar membrane.BM:Basilar Membrane.

此外，他們還發(fā)現(xiàn)，位于螺旋韌帶、骨螺旋板以及靠近蝸軸的螺旋神經(jīng)節(jié)區(qū)域的巨噬細(xì)胞形態(tài)從最開始的膨大球體形狀變成更多的分支與突起，而細(xì)胞數(shù)量卻隨著耳蝸成熟而相對減少[6]?？梢?，發(fā)育期耳蝸巨噬細(xì)胞處于動態(tài)變化之中。

1.2 穩(wěn)定狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞在成熟耳蝸中的分布

與發(fā)育期耳蝸比較而言，巨噬細(xì)胞也存在于除柯蒂氏器以外的耳蝸大部分區(qū)域。

位于基底膜鼓階側(cè)的巨噬細(xì)胞，沿基底膜整個長軸分布。在穩(wěn)定狀態(tài)下，這些巨噬細(xì)胞的表型同發(fā)育期耳蝸基底膜鼓階側(cè)巨噬細(xì)胞的表型一致[10]。

耳蝸外側(cè)壁區(qū)域主要包括螺旋韌帶和血管紋。螺旋韌帶巨噬細(xì)胞在矢狀面分布并不均勻，螺旋韌帶外側(cè)緣可見密集的巨噬細(xì)胞，在前庭膜亦存在少量巨噬細(xì)胞[11]。最新研究顯示，Seong等證實血管紋附近的巨噬細(xì)胞較少，尤其是血管紋下方的巨噬細(xì)胞[11]。這種特異性分布對于其功能的影響并未見報道，有待進(jìn)一步驗證。

位于血管紋的巨噬細(xì)胞參與構(gòu)成耳蝸血-迷路屏障。血-迷路屏障主要由血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞、基底膜、血管周巨噬細(xì)胞通過細(xì)胞間緊密連接組成[12]，可將體循環(huán)和內(nèi)淋巴液隔開以選擇性阻擋生物大分子進(jìn)入內(nèi)耳，從而維持內(nèi)耳微環(huán)境穩(wěn)定。巨噬細(xì)胞不僅負(fù)責(zé)免疫功能，在調(diào)節(jié)血-迷路屏障的完整性和通透性方面也發(fā)揮重要作用[13,14]。血管周巨噬細(xì)胞存在于毛細(xì)血管周圍，是一種兼具巨噬細(xì)胞和黑色素細(xì)胞特征的細(xì)胞。血管周巨噬細(xì)胞胞體膨大，其長軸沿毛細(xì)血管分布，向四周突起細(xì)長分支，呈樹枝狀，其足突伸出與微血管壁緊密接觸，將毛細(xì)血管包裹起來，以選擇性阻止大分子物質(zhì)的通過。Zhang等[15]的研究也表明血管周巨噬細(xì)胞可以通過調(diào)節(jié)血-迷路屏障的通透性來建立和維持正常的耳蝸內(nèi)電位。

穩(wěn)定狀態(tài)下，巨噬細(xì)胞也存在于骨螺旋板、螺旋神經(jīng)節(jié)和靠近蝸軸的神經(jīng)纖維區(qū)域。螺旋神經(jīng)節(jié)的遷移、成熟和存活在很大程度上依賴于周圍的膠質(zhì)細(xì)胞[16]。膠質(zhì)細(xì)胞在聽力起始和聽神經(jīng)成熟中至關(guān)重要。Brown等[17]發(fā)現(xiàn)在早期聽神經(jīng)發(fā)育過程中，巨噬細(xì)胞減少會使膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量增多，導(dǎo)致髓鞘形成異常和血管紋的短暫水腫，從而影響聽力。因此，這些區(qū)域的巨噬細(xì)胞很可能與聽神經(jīng)的成熟和聽力損失發(fā)生有關(guān)。

成熟的柯蒂氏器缺乏組織巨噬細(xì)胞[6,18-20]。缺少這種免疫細(xì)胞可能是有益的，因為柯蒂氏器是由規(guī)則排列的感覺細(xì)胞和支持細(xì)胞組成的完整結(jié)構(gòu)，任何免疫細(xì)胞的入侵都可能改變其力學(xué)結(jié)構(gòu)和微環(huán)境，從而破壞其功能完整性。

2 耳蝸急性炎癥中的巨噬細(xì)胞

有文獻(xiàn)報道，噪音暴露、耳毒性藥物和人工耳蝸植入等因素會引起耳蝸急性損傷。耳蝸炎癥被認(rèn)為是導(dǎo)致感音神經(jīng)性聽力損失的重要致病因素[21]。通過構(gòu)建耳蝸炎癥模型，Seong等[11]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞和單核細(xì)胞在炎癥耳蝸中的數(shù)量增多。在炎癥信號的作用下，單核細(xì)胞遷移到耳蝸并參與組織免疫反應(yīng)[22,23]。

2.1 巨噬細(xì)胞在耳蝸急性炎癥中的分布變化

如前所述，成熟耳蝸巨噬細(xì)胞是完全分化的免疫細(xì)胞。聽覺損傷后，不發(fā)生增殖[22]。單核細(xì)胞主要是通過哺乳動物耳蝸側(cè)壁、蝸軸和神經(jīng)節(jié)區(qū)域的血管系統(tǒng)遷移到耳蝸大部分區(qū)域[7,20]，特別是螺旋韌帶和螺旋緣發(fā)現(xiàn)大量巨噬細(xì)胞[22-26]。然而柯蒂氏器沒有炎性細(xì)胞的浸潤[20]。并且，Seong等[11]也發(fā)現(xiàn)血管紋附近及下方的區(qū)域幾乎沒有巨噬細(xì)胞的遷移。如圖2所示。

圖2 正常和受損耳蝸橫截面上的巨噬細(xì)胞。A:正常耳蝸中含有常駐巨噬細(xì)胞，它們分布在非感覺支持組織中。B:耳蝸受損之后巨噬細(xì)胞數(shù)量增加，并且出現(xiàn)在耳蝸的大部分區(qū)域：血管紋（SV），螺旋韌帶（SL），螺旋器（OC）,基底膜（BM），骨螺旋板（OSL），螺旋神經(jīng)（SG）。點狀區(qū)域表示缺乏耳蝸巨噬細(xì)胞。Fig.2 Macrophages on normal and damaged cochlear crosssections.A:the normal cochlea contains resident macrophages,which are distributed in non-sensory supporting tissues.B:stria vascularis(SV),spiral ligament(SL),the Organ of Corti(OC),Basilar Membrane(BM),Osseous Spiral Lamina(OSL),Spiral Ganglion(SG).Punctate areas indicate a lack of macrophages.

2.2 巨噬細(xì)胞在耳蝸炎癥中的分子調(diào)控

炎癥刺激耳蝸內(nèi)皮細(xì)胞分泌細(xì)胞間粘附分子，募集單核細(xì)胞到受損耳蝸中。單核細(xì)胞分化成巨噬細(xì)胞后，能夠吞噬和分泌更多的分子，進(jìn)一步激活免疫反應(yīng)。

ICAM-1是一種細(xì)胞粘附分子，主要介導(dǎo)單核細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的粘附，幫助其遷移至耳蝸。據(jù)報道，ICAM-1的表達(dá)在噪聲暴露后1天呈上升趨勢，在2～4天達(dá)到最大值，在噪聲暴露后14天恢復(fù)到耳蝸噪聲暴露前的水平，阻斷ICAM-1可以防止因噪聲暴露引起的聽力損失[23,27]。

巨噬細(xì)胞是內(nèi)耳唯一表達(dá)CX3CR1的細(xì)胞。CX3CR1也是一種粘附分子，其配體Fractalkine是一種表達(dá)在神經(jīng)元和內(nèi)皮細(xì)胞上的膜結(jié)合糖蛋白[28]。噪音創(chuàng)傷后，在Fractalkine信號的參與下巨噬細(xì)胞可以促進(jìn)受損突觸的修復(fù)[29]。Kaur等[30]發(fā)現(xiàn)Fractalkine介導(dǎo)了巨噬細(xì)胞和耳蝸神經(jīng)元之間的相互作用。Fractalkine信號通路的中斷減少了巨噬細(xì)胞向感覺上皮和螺旋神經(jīng)節(jié)募集，也導(dǎo)致了毛細(xì)胞死亡后螺旋神經(jīng)元的丟失。

Tlr4是一種模式識別受體[18,21]，它可以識別病原體或損傷相關(guān)的分子如TNF-α,IL-1β和IL-6，有助于免疫應(yīng)答啟動。Toll樣受體通路基因能夠?qū)β犛X創(chuàng)傷做出反應(yīng)，但Tlr4基因敲除不影響耳蝸的聽力功能[19,31]。Tlr4的缺失抑制巨噬細(xì)胞表達(dá)MHC-II，從而降低巨噬細(xì)胞抗原呈遞的活性[20]。

除此之外，在Wakabayashi等的研究中，發(fā)現(xiàn)使用IL-6R的中和抗體可以阻斷噪聲損傷后釋放的IL-6的影響，使噪音損傷后第3天巨噬細(xì)胞的浸潤明顯減少，螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞死亡減少[24]。

這些結(jié)果表明單核細(xì)胞的浸潤是多種分子共同作用的結(jié)果。噪音暴露6小時后，細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β、IL-6等表達(dá)上調(diào)[24]，這可能是常駐巨噬細(xì)胞和纖維細(xì)胞活化的結(jié)果。噪音暴露后3-7天，耳蝸巨噬細(xì)胞數(shù)量達(dá)到峰值，暴露后第7天和第14天逐漸減少。這種差異表明早期產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)很少來自浸潤的巨噬細(xì)胞[32]。相反，耳蝸纖維細(xì)胞和常駐巨噬細(xì)胞可能通過釋放細(xì)胞因子和趨化因子參與耳蝸早期免疫應(yīng)答。這些細(xì)胞因子、趨化因子和細(xì)胞粘附分子最初表達(dá)水平的升高可能介導(dǎo)了炎癥細(xì)胞的募集。它們表達(dá)后一個高峰的出現(xiàn)尚不清楚，但我們推測可能與耳蝸炎癥修復(fù)過程有關(guān)。

2.3 耳蝸急性炎癥時，巨噬細(xì)胞和支持細(xì)胞的協(xié)同作用

多項研究表明，巨噬細(xì)胞并不是內(nèi)耳唯一的吞噬細(xì)胞，支持細(xì)胞也在清除毛細(xì)胞死亡或凋亡碎片中發(fā)揮重要作用。支持細(xì)胞為柱狀，位于基底膜上，并到達(dá)感覺上皮的表面，以填充毛細(xì)胞之間的空隙。毛細(xì)胞不與基底膜接觸，但位于支持細(xì)胞的胞體上，構(gòu)成雙層上皮的上層[1]。從腔面?zhèn)扔^察，毛細(xì)胞被支持細(xì)胞包圍，形成特有的鑲嵌式花紋[33]。Liu等[34]提出了柯蒂氏器中巨噬細(xì)胞處理死亡毛細(xì)胞的假設(shè)表現(xiàn)：當(dāng)毛細(xì)胞受損或死亡時，毛細(xì)胞殘體縮回到網(wǎng)狀板下，并被活化的巨噬細(xì)胞吞噬和清除。此時，構(gòu)成網(wǎng)狀板的支持細(xì)胞更像是一種動態(tài)吞噬體[35,36]。當(dāng)原本位于支持細(xì)胞之間的毛細(xì)胞出現(xiàn)損傷，變性甚至死亡時，毛細(xì)胞的位置被支持細(xì)胞占據(jù)，并融合在一起，形成一種“吞噬體”，配合活化的巨噬細(xì)胞執(zhí)行功能。

通過巨噬細(xì)胞和支持細(xì)胞的協(xié)同作用，死亡毛細(xì)胞被迅速降解和移除。這種從耳蝸中快速清除受損細(xì)胞的過程，對于保護(hù)存活的細(xì)胞免受受損或死亡細(xì)胞釋放的有毒分子的傷害至關(guān)重要。

3 衰老耳蝸中的巨噬細(xì)胞

衰老是一種慢性炎癥，所有內(nèi)耳結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)相應(yīng)退化，特別是毛細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)的丟失。Verschuur等[37]分析360人的聽力閾值,發(fā)現(xiàn)與炎癥水平之間存在關(guān)聯(lián)，即炎癥水平較高的聽力閾值比炎癥水平較低的閾值約高17dB HL，此相關(guān)性隨著年齡的增大而增強(qiáng)。說明老年性聽力損失與炎癥顯著相關(guān)。這種慢性炎癥激活了耳蝸巨噬細(xì)胞[38]。Hu等[10]對年齡相關(guān)性聽力損失小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，對慢性毛細(xì)胞丟失產(chǎn)生免疫反應(yīng)的主要巨噬細(xì)胞群體是成熟的、完全分化的常駐巨噬細(xì)胞，而不是最近浸潤的單核細(xì)胞。這一特點與急性耳蝸損傷參與免疫反應(yīng)的巨噬細(xì)胞類型不一樣。

隨著年齡的增長，感覺上皮巨噬細(xì)胞的數(shù)量和形態(tài)呈現(xiàn)動態(tài)變化[10]，頂回巨噬細(xì)胞總數(shù)逐漸增多，底回巨噬細(xì)胞總數(shù)逐漸減少，且減少趨勢較增多趨勢明顯，10～12月齡和3～5月齡的巨噬細(xì)胞平均大小明顯比1月齡的更大一些。感覺上皮的巨噬細(xì)胞活性也隨著毛細(xì)胞的丟失而逐漸降低。這一變化與毛細(xì)胞退化的階段有關(guān)，表明巨噬細(xì)胞的活動可能與毛細(xì)胞狀態(tài)有關(guān)。巨噬細(xì)胞的數(shù)量和形態(tài)變化與毛細(xì)胞退化的相互作用，也是值得進(jìn)一步探討的內(nèi)容。

在慢性衰老的條件下，耳蝸內(nèi)的巨噬細(xì)胞數(shù)量減少可能是先于毛細(xì)胞的丟失?？梢酝茰y，巨噬細(xì)胞的活化可能也是導(dǎo)致年齡性聽力損失的一種促進(jìn)因素。耳蝸的急性損傷是否也表現(xiàn)出這樣一種現(xiàn)象還需要進(jìn)一步的實驗驗證。

4 總結(jié)

結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，對巨噬細(xì)胞在耳蝸不同部位不同發(fā)育階段的表型研究，有助于進(jìn)一步探究巨噬細(xì)胞和耳蝸的關(guān)系。在研究新生小鼠發(fā)育到成熟的過程，發(fā)現(xiàn)耳蝸巨噬細(xì)胞在耳蝸中的分布、數(shù)量都發(fā)生了動態(tài)的變化，這種變化是否受到局部微環(huán)境的調(diào)控以及怎樣調(diào)控還有待研究。對耳蝸局部微環(huán)境與耳蝸巨噬細(xì)胞的關(guān)系研究也可以為炎癥相關(guān)聽力損失提供一種新的研究思路。