老年性聾發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展*

王青玲 郭向東

老年性聾(presbycusis)是指隨年齡增長(zhǎng)而出現(xiàn)的雙耳對(duì)稱、緩慢進(jìn)行的感音神經(jīng)性聽(tīng)力減退。隨著人口老齡化的趨勢(shì)不斷加劇，老年性聾的發(fā)病率逐年增高，WHO的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，65歲以上人群中老年性聾的發(fā)病率約為70%～80%[1]。Schuknecht等(1993)將老年性聾按組織病理學(xué)改變分為感音性、神經(jīng)性、代謝性(或血管紋性)、耳蝸傳導(dǎo)性(或機(jī)械性)、中樞性和混合性六種類型，病理類型多說(shuō)明了其發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜。既往研究發(fā)現(xiàn)老年性聾與耳蝸細(xì)胞的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)增強(qiáng)、耳蝸血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷有關(guān)，現(xiàn)階段對(duì)老年性聾發(fā)病機(jī)制的研究主要集中在微小核糖核酸(miRNA)介導(dǎo)的耳蝸細(xì)胞自噬與凋亡、線粒體DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)突變和離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)障礙等方面，本文就目前老年性聾發(fā)病機(jī)制的最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 自噬降低

自噬(autophagy)是細(xì)胞成分降解和循環(huán)再利用的過(guò)程，也是細(xì)胞清除自身垃圾以及有害物質(zhì)的有效途徑，在應(yīng)激條件下維持合成和降解之間的代謝平衡方面起著重要的穩(wěn)態(tài)作用。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在小鼠成年之前隨著年齡增長(zhǎng)而升高，在老年時(shí)顯著降低，表明自噬與老年性聾有關(guān)。自噬相關(guān)基因ATG5和ATG7的缺陷，會(huì)加速毛細(xì)胞(hair cell，HC)死亡[2]。老年SAMP8小鼠螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞(spiral ganglion cell，SGC)的自噬活性降低、自噬流阻滯，不能有效清除由氧化應(yīng)激和慢性炎癥所引起的受損線粒體和異常蛋白，從而誘發(fā)耳蝸毛細(xì)胞毒性反應(yīng)[3]。自噬通過(guò)以下途徑參與了老年性聾的發(fā)病機(jī)制。

1.1AMPK-mTOR-ULK1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異常 自噬受損是聽(tīng)皮層退化的主要原因，調(diào)控自噬的AMPK-mTOR-ULK1信號(hào)通路起到了抗聽(tīng)皮層衰老的作用。

Yuan等[4]通過(guò)對(duì)自然老化大鼠聽(tīng)皮層的研究發(fā)現(xiàn)，自噬在大鼠聽(tīng)皮層隨著年齡的增長(zhǎng)而改變，從青年到中年，自噬呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，自噬相關(guān)蛋白 LC3、Beclin1 的表達(dá)增加，到老年時(shí)下降。AMPK-mTOR-ULK1信號(hào)通路參與了大鼠聽(tīng)皮層自噬水平的調(diào)控，mTOR可磷酸化ULK1的絲氨酸757位點(diǎn)并降低其活性，從而抑制自噬的發(fā)生，而5’-單磷酸腺苷活動(dòng)蛋白激酶(AMPK)既可以直接激活自噬，也可以通過(guò)抑制mTORC1的活性來(lái)激活自噬。隨著年齡的增長(zhǎng)，AMPK活性的下降以及mTOR活性的增高導(dǎo)致了自噬受損，進(jìn)而誘發(fā)聽(tīng)皮層變性。Tsuchihashi等[5]發(fā)現(xiàn)AMPK和mTOR下游的重要因子4EBP1所調(diào)控的自噬異常是H2O2誘導(dǎo)的聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞老化的主要原因，并且與耳蝸的自噬和AMPK信號(hào)通路存在負(fù)反饋調(diào)控。

1.2沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIRT1)降低 沉默信息調(diào)節(jié)因子(SIRT1)是一種高度保守的NAD依賴性蛋白脫乙?；?，通過(guò)對(duì)多種非蛋白和組蛋白的去乙?；饔茫瑓⑴c多種細(xì)胞生物學(xué)功能。作為一種重要的自噬調(diào)節(jié)因子，可以延緩老年性聾。Pang[6]發(fā)現(xiàn)12月齡C57BL/6小鼠Corti器中的SIRT1 mRNA較2月齡顯著降低，SIRT1的降低使LC3-I向LC3-II的轉(zhuǎn)化降低，而p62顯著增加。這些結(jié)果表明，在老年性聾小鼠Corti器中，隨著HC的丟失，SIRT1的表達(dá)降低，自噬流減少。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)老年C57BL/6小鼠用不同濃度的白藜蘆醇處理后，SIRT1的表達(dá)增加，自噬活性增強(qiáng)，SGC的退變顯著減輕，HC的丟失減少，血管紋(SV)的厚度降低，證實(shí)白藜蘆醇可通過(guò)SIRT1通路激活自噬來(lái)延緩老年性聾[7]。

2 耳蝸細(xì)胞凋亡增加

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞在應(yīng)激條件下，由基因調(diào)控的主動(dòng)且有序的自我消亡過(guò)程，是維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要機(jī)制之一。Xuan等[8]研究表明老化小鼠SV動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致耳蝸血流量減少，抑制線粒體的氧化磷酸化，耳蝸內(nèi)大量活性氧(ROS)累積誘發(fā)氧化應(yīng)激，氧化應(yīng)激又進(jìn)一步加重線粒體的損傷，通過(guò)釋放細(xì)胞色素C來(lái)激活Caspase-3進(jìn)而誘發(fā)耳蝸細(xì)胞凋亡。Frisina等[9]發(fā)現(xiàn)在老化CBA小鼠耳蝸中，凋亡相關(guān)基因的表達(dá)隨年齡的增長(zhǎng)而改變，表明細(xì)胞凋亡與老年性聾和耳蝸組織變性有關(guān)。衰老耳蝸SGC中的Caspase-3、Bax表達(dá)增加，而Bcl-2表達(dá)降低，表明SGC的凋亡可能加速老年性聾的進(jìn)程。

Bcl-2家族在老年性聾中起著重要作用。Yang等[10]發(fā)現(xiàn)，正常情況下，Bax位于HC的胞漿內(nèi)，隨著年齡的增長(zhǎng)，HC中Bcl-2的低表達(dá)會(huì)導(dǎo)致Bax表達(dá)增加，Bax可以寡聚化并插入線粒體外膜中，調(diào)控線粒體外膜的通透性，釋放細(xì)胞色素C而誘導(dǎo)HC凋亡；同時(shí)，Bcl-2的低表達(dá)也可使p53釋放促凋亡調(diào)控因子Bax和Bid，進(jìn)一步加速HC的凋亡。老年性聾患者的外周血樣本中，促凋亡基因Bak1/抗凋亡基因Bcl-2的表達(dá)比例顯著上調(diào)，并且與聽(tīng)閾呈正相關(guān)。

Caspase-3是細(xì)胞凋亡的執(zhí)行者，是凋亡過(guò)程中最重要的酶。Guo等[11]發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，D-半乳糖誘導(dǎo)老化小鼠HC中的Caspase-3表達(dá)增加，表明 Caspase-3參與了小鼠耳蝸HC的凋亡過(guò)程。葛珊珊等[12]發(fā)現(xiàn)Caspase-3可誘導(dǎo)衰老C57BL/6J小鼠HC的凋亡，而神經(jīng)生長(zhǎng)因子可通過(guò)逆轉(zhuǎn)老齡小鼠HC的凋亡發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

3 miRNA表達(dá)改變

miRNA是一類高度保守的內(nèi)源性非編碼小RNA，它通過(guò)抑制mRNA轉(zhuǎn)錄、負(fù)調(diào)控靶基因的表達(dá)，對(duì)內(nèi)耳生長(zhǎng)發(fā)育起著重要作用。Chen等[13]認(rèn)為促凋亡和抑制自噬途徑中的miRNA表達(dá)上調(diào)、促增殖和分化途徑中的miRNA表達(dá)下調(diào)參與了老年性聾的進(jìn)展。

3.1促凋亡miRNA上調(diào) 促凋亡miRNA(miR-34a/b/c和miR-29a/b/c家族等)在衰老小鼠耳蝸、聽(tīng)皮層和血漿中表達(dá)明顯升高，可通過(guò)不同途徑誘導(dǎo)HC凋亡。在老年性聾中，miR-34a/SIRT1/p53、miR-34a/Bcl-2和miR-29b/SIRT1/PGC-1a信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路與耳蝸HC凋亡密切相關(guān)[14～16]。Xiong等[16]發(fā)現(xiàn)miR-34a的表達(dá)的上調(diào)會(huì)導(dǎo)致耳蝸細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯，其機(jī)制是通過(guò)miR-34a的靶基因SIRT1及Bcl-2實(shí)現(xiàn)的。隨著年齡的增長(zhǎng)，小鼠HC miR-34a過(guò)表達(dá)，miR-34a與SIRT1相結(jié)合，抑制SIRT1的表達(dá)，增加p53的乙?；种苝53靶基因的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)HC的凋亡；敲除miR-34a使SIRT1的表達(dá)增加，降低P53的乙酰化和HC的凋亡，證明miR-34a通過(guò)抑制p53依賴途徑中SIRT1的表達(dá)而導(dǎo)致HC凋亡[16]。Bcl-2具有抗細(xì)胞凋亡的作用，miR-34a過(guò)表達(dá)，miR-34a與Bcl-2基因3'-UTR結(jié)合使其轉(zhuǎn)錄終止，從而使Bcl-2的抗凋亡作用減弱，進(jìn)而促進(jìn)HC凋亡[14]。Xue等[15]研究發(fā)現(xiàn)，miR-29b過(guò)表達(dá)可降低SIRT1和PGC-1a而誘發(fā)耳蝸線粒體功能障礙和HC的凋亡,證明miR-29b/SIRT1/PGC-1a信號(hào)通路參與了老年性聾的發(fā)生發(fā)展。

3.2抑制自噬的miRNA上調(diào) miR-34a過(guò)表達(dá)對(duì)自噬具有抑制作用。Xiong等[7]研究表明，抑制miR-34a可促進(jìn)SIRT1的表達(dá)而改善線粒體功能，保護(hù)耳蝸HC，并通過(guò)協(xié)同調(diào)節(jié)線粒體自噬和線粒體生物合成來(lái)延緩老年性聾。Pang等[17]研究發(fā)現(xiàn)C57BL/6小鼠隨著年齡的增長(zhǎng)，聽(tīng)皮層退變，原因可能是miR-34a的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致了Atg9A的表達(dá)顯著下降，p62表達(dá)增加，噬菌體聚集，自噬小體-溶酶體融合受損，進(jìn)而導(dǎo)致HEI-OC1細(xì)胞死亡。

3.3促增殖分化的miRNA下調(diào) miR-181、183家族是細(xì)胞增殖和分化途徑的重要中間介質(zhì)，miR-181、183家族的下調(diào)與耳蝸細(xì)胞的衰老有關(guān)。Frucht等(2011)觀察到miR-181a能加速耳蝸支持細(xì)胞的增殖，促進(jìn)HC的生長(zhǎng)，而抑制miR-181a后則使耳蝸細(xì)胞再生能力降低，表明miR-181a參與了細(xì)胞增殖分化的調(diào)控，在聽(tīng)覺(jué)細(xì)胞再生中起著重要作用。miR-183家族由miR-183、96、182組成，它們?cè)趦?nèi)耳中的表達(dá)具有時(shí)空性，參與調(diào)控內(nèi)耳的發(fā)育，并且在衰老C57小鼠耳蝸中表達(dá)水平降低。miR-182過(guò)表達(dá)可促進(jìn)耳蝸前體細(xì)胞向HC方向分化，而miR-182表達(dá)下降可造成耳蝸細(xì)胞損傷[18]。此外，miR-15a、miR-18a、miR-124、miR-210和miR-376在保持成人耳蝸的正常功能中也發(fā)揮作用，它們的表達(dá)缺陷會(huì)造成聽(tīng)功能及內(nèi)耳發(fā)育異常，加速老年性聾的進(jìn)程[19]。

4 mtDNA突變

Kim等[20]用mtDNA突變小鼠與CBA/CAJ小鼠回交育種后，發(fā)現(xiàn)小鼠內(nèi)耳mtDNA缺失率隨著年齡的增長(zhǎng)而顯著增加，表明mtDNA突變?cè)诶夏晷悦@的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。大鼠、小鼠和人體內(nèi)耳組織與年齡相關(guān)的最普遍的mtDNA缺失片段分別為mtDNA 4 834 bp、mtDNA 3 860 bp和mtDNA 4 977 bp，隨著年齡的增長(zhǎng)，突變率逐漸增高。Li等[21]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠內(nèi)耳mtDNA 4 834 bp缺失與耳蝸老化有密切關(guān)系。Du等[22]發(fā)現(xiàn)C57BL/6J小鼠聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中mtDNA 3 860 bp缺失隨著衰老而增加。王致等[23]發(fā)現(xiàn)老年性聾患者耳蝸中mtDNA 4 977 bp的缺失較聽(tīng)力正常的受試者增多，從而增加老年性聾的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

5 鈉鉀跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)障礙

耳蝸SV是高度血管化的組織，由邊緣細(xì)胞、基底細(xì)胞、中間細(xì)胞和毛細(xì)血管網(wǎng)等組成。SV中K+通過(guò)一系列離子通道及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(如各種K+離子通道、Na+-K+-ATP 酶、Na+-K+-2Cl-等)進(jìn)入內(nèi)淋巴，使內(nèi)淋巴液維持低Na+高K+狀態(tài)，從而維持正常的聽(tīng)力。當(dāng)上述K+離子的循環(huán)代謝發(fā)生障礙時(shí)，會(huì)使耳蝸內(nèi)電位(endocochlear potential，EP)改變，最終誘發(fā)老年性聾。

膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白異常、縫隙連接蛋白缺陷和EP生成障礙等都可能導(dǎo)致聽(tīng)力下降。Ding等[24]發(fā)現(xiàn)小鼠耳蝸SV側(cè)壁中Na+-K+-ATP酶的活性隨著年齡的增長(zhǎng)而下降，且下降程度與EP的大小密切相關(guān)，這為代謝性或血管紋性老年性聾提供了強(qiáng)有力的證據(jù)支持。同時(shí)，張志堅(jiān)等[25]發(fā)現(xiàn)老年雌性CBA/J小鼠接受哇巴因(耳蝸SGC的Na+-K+-ATP 酶選擇性抑制劑)圓窗滲透給藥后, SGC內(nèi)的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞受到損傷。Liu等[26]的研究表明，衰老C57小鼠耳蝸的Na+-K+-2Cl-蛋白含量逐漸降低，推測(cè)Na+-K+-2Cl-異常可能在老年性聾的發(fā)病機(jī)理中起著重要作用。Zong等[27]認(rèn)為縫隙連接蛋白26(connexin26，Cx26)缺陷可破壞K+循環(huán)，導(dǎo)致K+在HC周圍間隙積累并產(chǎn)生毒性，最終損害HC。Fetoni等[28]認(rèn)為Cx26基因缺陷可加速老年性聾的進(jìn)展。

6 谷氨酸釋放增加與耳蝸突觸病變

谷氨酸作為耳蝸內(nèi)毛細(xì)胞(inner hair cell，IHC)與I型SGC之間主要的傳入神經(jīng)遞質(zhì)，對(duì)聽(tīng)覺(jué)有重要作用。隨著年齡的增長(zhǎng)，谷氨酸釋放水平增加，引起大量Na+流入，少量K+流出，同時(shí)伴有Cl-和水分子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，導(dǎo)致樹(shù)突急性水腫，從而引起內(nèi)耳細(xì)胞損傷和功能障礙。

代謝型谷氨酸受體7(metabotropic glutamate receptors 7，GRM7)是存在于SGC、IHC和外毛細(xì)胞(outer hair cell，OHC)中的谷氨酸受體基因單核苷酸，在HC和聽(tīng)神經(jīng)傳入樹(shù)突之間的突觸中，GRM7具有調(diào)節(jié)谷氨酸濃度和傳遞信息的作用，其多態(tài)性與老年性聾關(guān)系密切。王文濤等[29]研究了感音神經(jīng)性聾患者GRM7基因位點(diǎn)的多態(tài)性與年齡的相關(guān)性，結(jié)果顯示GRM7rs11928865位點(diǎn)與51～70歲年齡段感音神經(jīng)性聾易感性相關(guān)，而GRM7rs11920109位點(diǎn)無(wú)相關(guān)性。然而，Chang等[30]發(fā)現(xiàn)GRM7rs11928865位點(diǎn)與臺(tái)灣地區(qū)老年性聾無(wú)相關(guān)性，但與歐洲老年性聾具有顯著相關(guān)性。

耳蝸突觸病變(cochlear synaptopathy，CS)是指IHC和聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)纖維之間突觸的喪失，可不伴HC數(shù)量減少。 Parthasarathy等[31]研究了CBA/Ca小鼠耳蝸神經(jīng)突觸的退化與年齡的關(guān)系，通過(guò)DPOAEs和ABR評(píng)估耳蝸HC和神經(jīng)元的功能，發(fā)現(xiàn)從青年到老年CS逐漸加劇，CS在聽(tīng)閾值或毛細(xì)胞計(jì)數(shù)變化之前很早就出現(xiàn)在整個(gè)耳蝸中，表明老年性聾與CS相關(guān)。杜政德等[32]用D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老模型，探討CS與老年性聾之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)衰老組小鼠耳蝸帶狀突觸數(shù)量明顯減少，耳蝸IHC線粒體DNA氧化損傷明顯加重、線粒體功能下降，ATP產(chǎn)生減少，最終突觸前膜囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)所需能量不足，導(dǎo)致耳蝸突觸功能障礙和聽(tīng)力損失。

7 胰島素樣生長(zhǎng)因子-1與雌激素減少

7.1胰島素樣生長(zhǎng)因子-1(IGF-1)減少 IGF-1是一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，主要由肝細(xì)胞合成和分泌，具有促進(jìn)細(xì)胞合成代謝，激活細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖和分化等類胰島素樣作用。IGF-1可通過(guò)抑制促凋亡基因的表達(dá)并調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而使HC凋亡減弱。老年人內(nèi)耳IGF-1的表達(dá)量逐漸下降，從而誘發(fā)炎癥反應(yīng)并使細(xì)胞更新機(jī)制失效，加速了老年性聾的發(fā)生。Lassale等[33]研究表明，IGF-1的高表達(dá)可預(yù)防老年人的聽(tīng)力損失。陳冬等(2013)發(fā)現(xiàn)小鼠HC、SGC中IGF-1的表達(dá)隨年齡的增長(zhǎng)逐漸減少。IGF-1基因敲除小鼠的壽命明顯縮短，并表現(xiàn)出嚴(yán)重的聽(tīng)力障礙、SGC變性和SV損傷[34]。

7.2雌激素減少 雌激素及其相關(guān)受體對(duì)內(nèi)耳發(fā)育和維持正常聽(tīng)力至關(guān)重要。美國(guó)一項(xiàng)報(bào)道稱，老年男性聽(tīng)力障礙的患病率為7.3%，女性為4.8%，女性的聽(tīng)功能好于同齡男性，且聽(tīng)力損失的發(fā)生晚于男性[35]。在老年性聾小鼠模型中，雄性的ABR潛伏期較雌性延長(zhǎng)[36]。Balogová等[37]發(fā)現(xiàn)雌激素受體α和β具有維持內(nèi)耳穩(wěn)態(tài)的作用，與老年雌性Fischer344大鼠相比，雄性大鼠耳蝸SV的邊緣細(xì)胞明顯退化，聽(tīng)功能障礙加重。Williamson等[38]研究表明雌激素替代療法可明顯改善聽(tīng)力，保護(hù)聽(tīng)皮層。雌激素是通過(guò)增強(qiáng)抗氧化、抗凋亡和抗炎等作用來(lái)延緩老年性聾的進(jìn)程。一方面雌激素可抑制JNK通路、上調(diào)SOD的表達(dá)，減少HC中ROS的累積，降低氧化應(yīng)激對(duì)HC的損害，并且可以上調(diào)抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xL，使HC免于凋亡。另一方面雌激素可促進(jìn)HC中腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子的表達(dá)，進(jìn)而通過(guò)特異性TrkB受體使SGC的凋亡下調(diào)，對(duì)SGC產(chǎn)生保護(hù)作用。最近有研究表明，雌激素可通過(guò)抑制NOD樣受體蛋白3炎性小體(NLRP3)減少耳蝸神經(jīng)的炎癥反應(yīng)[39]。

綜上所述， 老年性聾的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，到目前為止還未能有一種學(xué)說(shuō)能夠比較合理、全面地解釋老年性聾的發(fā)病過(guò)程。相信在分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、免疫學(xué)等多學(xué)科知識(shí)的支持下，對(duì)老年性聾發(fā)病機(jī)制的研究一定會(huì)取得更大的突破和進(jìn)展，從而為老年性聾的預(yù)防和治療提供幫助，給廣大老年性聾患者帶來(lái)福音。