自噬在感音神經性耳聾中的研究進展

程 楠,張玉花,閆 琳,朱永軍,楊見明

(安徽醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科,安徽 合肥 230601)

由于人口老齡化、噪聲、環(huán)境污染和耳毒性藥物的濫用,患有聽力損失的人數(shù)逐年增加,耳聾已成為常見的健康缺陷疾病。2021年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《世界聽力報告》指出,到2050年全球將有近25億人患有不同程度的聽力損失。據(jù)我國第二次抽樣調查統(tǒng)計,2021年,我國患有聽力損失的人數(shù)為2054萬人,約占我國殘疾人總數(shù)的四分之一[1]。聽力損失會對患者的健康、社會心理和經濟產生影響,并導致社會孤立和生活質量下降[2]。此外,嚴重的聽力損失還會增加癡呆和抑郁的發(fā)病率[3]。因此,尋找聽力損失的發(fā)病原因及致病機制對于改善聽力損失、提高生活質量非常重要。

聽覺的產生是一個復雜而精細的過程,聽覺傳導途徑的任何一個結構的損傷都可能導致聽力損失的發(fā)生。哺乳動物的耳蝸毛細胞不可自發(fā)再生,其不可逆損傷是導致耳聾的主要原因。感音神經性耳聾是發(fā)病率最高的一種聽力損失,是因聽神經、螺旋器的毛細胞或者各級核團對聲音的感受以及對神經沖動的傳導發(fā)生障礙而引起的聽力下降[4]。其病變部位在內耳,主要由耳蝸感覺毛細胞和神經細胞死亡造成。目前,臨床上治療耳聾的方法主要是佩戴助聽器和植入人工耳蝸,這兩種方法雖然可以提高聽力并在一定程度上減輕聽力損失帶來的影響,但是效果并不顯著,并且其有效性依賴于耳蝸中存活的毛細胞以及螺旋神經元的數(shù)量[5]。因此,探索毛細胞損傷的機制,尋找如何減少毛細胞損傷的方法仍是感音神經性耳聾防治的重中之重。

1 自噬的機制及研究現(xiàn)狀

自噬是程序性死亡的一種,是細胞依賴溶酶體途徑對錯誤折疊或者聚集的蛋白質、受損的細胞器以及細胞內病原體進行清除的過程,是所有真核細胞中存在的一種防御和自我保護的動態(tài)機制[6, 7]。

哺乳動物細胞中的自噬主要有三種類型:微自噬、巨自噬和分子伴侶介導的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。雖然在過程上有所不同,但最終都是將內容物運送到溶酶體進行降解和回收[8]。在巨自噬過程中,這種動態(tài)過程通常包括以下四個步驟:首先通過自噬泡包裹細胞內的胞質內容物來啟動自噬;二是自噬體的形成,完整的細胞器(如線粒體)和部分細胞質被自噬泡隔離形成雙膜囊泡,稱為自噬體;三是自噬體通過與溶酶體融合而成熟,形成自噬溶酶體;第四是自噬溶酶體內容物降解,將內容物暴露于溶酶體水解酶中使其分解,并且產生的大分子通過膜滲透回細胞質中以供重復使用[9]。微自噬是指溶酶體主動、直接吞噬胞漿成分的一種方式,涉及溶酶體表面細胞質的直接吞噬。CMA具有高度選擇性,常借助伴侶蛋白 Hsc70,特異性降解帶有獨特識別五肽基序 (KFERQ 樣) 的靶蛋白,溶酶體膜上的受體蛋白 LAMP2A 識別結合蛋白暴露的 KFERQ 基團,“引導”目的蛋白進入溶酶體降解[10]。在三種自噬中,巨自噬研究的最為廣泛,通常說的自噬就是巨自噬。

許多疾病的發(fā)生發(fā)展與自噬紊亂密切相關。當細胞應激時,如營養(yǎng)匱乏、缺氧、氧化應激、病原體感染、輻射或抗癌藥物治療,作為細胞保護反應自噬顯著增強從而促進細胞的存活[11]。研究發(fā)現(xiàn),在I型糖尿病中,自噬通過補償能量缺失來維持糖尿病患者的心臟功能[12]。在退行性疾病中,自噬受損可能是導致阿爾茲海默癥突觸功能障礙和神經元死亡的重要原因[13]。在早期腫瘤發(fā)生中,自噬作為一種生存途徑和質量控制機制,可防止腫瘤發(fā)生并抑制癌癥進展。一旦腫瘤進展到晚期,自噬作為一種動態(tài)降解和循環(huán)系統(tǒng),有助于腫瘤的存活和生長,并通過促進轉移來增加癌癥的侵襲性[14]。

2 自噬與老年性耳聾

老年性耳聾也稱為年齡相關性聽力損失,是一種進行性、不可逆的雙側感音神經性聽力損失,由耳蝸變性引起。聽力損失始于聽頻譜的高頻區(qū)域,并隨著年齡的增長向低頻區(qū)域擴散[15]。隨著我國人口老齡化的持續(xù)增長,老年性耳聾的發(fā)病率也在日益增加[16]。老年性耳聾的病因尚不清楚,其發(fā)病機制可能與噪聲暴露、耳毒性藥物使用、遺傳因素以及其他綜合因素有關[17],一般分為3種類型:感覺性聽力損失(感覺毛細胞喪失)、神經元聽力損失(SGN缺失)和代謝性聽力損失(血管紋萎縮)[18]。

自噬在老年性耳聾中擔任重要角色。最新研究表明,FOXG1通過調節(jié)自噬在聽覺退化過程中起重要作用,抑制FOXG1能夠降低自噬水平,導致活性氧的積累加劇耳蝸毛細胞凋亡,而使用阿司匹林治療可以激活FOXG1表達增加自噬,從而減少ROS積累并抑制細胞凋亡,保護小鼠聽力[19]。此外在衰老耳蝸中miR-34a的表達明顯增加,并伴隨自噬通量下降。在內耳HEI-OC1細胞系中,miR-34a過表達導致自噬體-溶酶體融合受損,隨后導致細胞死亡[20, 21]。線粒體自噬蛋白(PINK1/Parkin 和 BNIP3)的表達隨著年齡的增長在小鼠聽覺皮層和下丘區(qū)下調[12]。

3 自噬與噪聲性聽力損失(noise-induced hearing loss, NIHL)

NIHL是全世界最常見的職業(yè)病之一。噪聲通過強烈聲壓的直接機械應力和應激誘導的分子途徑的激活(包括活性氧的產生和鈣過載)損害內耳的感覺毛細胞[22]。NIHL可以分為兩種亞型,暫時性閾值偏移和永久性閾值偏移。如果噪聲引起的閾值升高在數(shù)小時或數(shù)天內可以完全恢復到暴露前的水平就稱為暫時的閾值偏移(temporary threshold shift,TTS),如果不能恢復,就稱為永久性閾值偏移(permanent threshold shift, PTS)[23]。TTS伴有突觸丟失,但突觸數(shù)量冗余,因此不會導致聽覺閾值偏移,PTS與毛細胞的丟失和帶狀突觸丟失有關。短暫的噪聲暴露會增加毛細胞中的ROS,激活自噬,這是一種細胞穩(wěn)態(tài)反應[24]。實驗表明,TTS噪聲暴露產生的較低水平的氧化應激誘導自噬,而在PTS噪聲條件下過度氧化應激抑制了毛細胞中的自噬,并導致毛細胞死亡繼而導致噪聲性聽力損失[25]。FK506是一種臨床上用作免疫抑制劑的鈣調磷酸酶,它可通過抑制ROS和激活自噬來減少噪聲誘導的毛細胞丟失和NIHL[26]。ITGA1、KNG1、CFI、FGF1、AKT2和ATG5是與自噬和炎癥相關的因子,噪聲暴露后,這些蛋白的異常表達揭示NIHL的發(fā)生可能與自噬和炎癥相關[27]。

4 自噬與藥物性聽力損失

耳毒性藥物是指毒副作用主要損害第八對腦神經,中毒癥狀為眩暈、平衡失調和耳鳴、耳聾等的一類藥物,包括抗生素類藥物、非甾體抗炎藥、抗腫瘤藥物和髓袢利尿劑等。目前的研究主要集中在抗生素類和抗腫瘤類藥物,其致聾機制復雜,仍需繼續(xù)研究闡明[28]。

氨基糖苷類藥物是常用的抗生素之一,具有耳毒性,主要影響內耳的聽覺和前庭系統(tǒng),引起嚴重的聽力損失[29, 30]。氨基糖苷類藥物可以通過機械轉導通道進入毛細胞,隨后積聚在溶酶體內,掃描電子顯微鏡可以觀察到,隨劑量的變化毛細胞先出現(xiàn)紊亂到最后完全丟失[31]。研究發(fā)現(xiàn),新霉素或慶大霉素損傷后耳蝸毛細胞自噬水平顯著增加,使用自噬激動劑能夠減少新霉素或慶大霉素導致的毛細胞死亡,表明自噬與氨基糖苷類誘導的細胞死亡有關[32]。慶大霉素處理HEI-OC1細胞后,PINK1的表達水平明顯降低,且細胞死亡數(shù)明顯增多,說明PINK1參與慶大霉素引起的毛細胞凋亡過程[33]。也有研究發(fā)現(xiàn),新霉素通過抑制PINK1的表達來抑制線粒體自噬,使用線粒體自噬激動劑可以增加線粒體自噬從而減少新霉素誘導的毛細胞死亡,這為藥物誘導的聽力損失提供了新的治療思路[34]。

對乙酰氨基酚是一種廣泛使用的鎮(zhèn)痛藥和退燒藥,但是最近的臨床使用表明,對乙酰氨基酚具有一定的耳毒性,可導致聽力損失[35]。在HEI-OC1細胞和耳蝸毛細胞中對乙酰氨基酚可能通過溶酶體功能障礙損害自噬體內容物的降解,從而抑制自噬導致毛細胞損傷[36]。

順鉑主要損害耳蝸的外毛細胞,引起耳聾和耳鳴;卡鉑可影響耳蝸和前庭;長春新堿直接損害耳蝸螺旋器;氮芥血藥濃度較高時可損壞內耳毛細胞[37]。在HEI-OC1中,順鉑處理能夠誘導細胞死亡,用線粒體自噬抑制劑處理后,發(fā)現(xiàn)增加順鉑誘導的細胞死亡,這就表明線粒體自噬受損加劇了順鉑誘導的耳毒性,使用二甲雙胍或者抑制GSK-3β能夠促進自噬從而保護順鉑引起的聽力損失,但是其中的機制并不清楚[38]。

綜上所述,聽力損失是常見的致殘因素,目前的治療方法(植入人工耳蝸和佩戴助聽器)存在價格昂貴、舒適性差等缺陷,且治療效果依賴于存活的毛細胞和聽覺神經元的數(shù)量和質量。因此探索發(fā)病機制,尋找新的治療方法,從根源降低聽力損失的發(fā)生是目前耳聾防治的重點。自噬參與因內耳發(fā)育異常、衰老、耳毒性藥物、噪聲暴露等引起聽力損失過程,有望成為感音神經性耳聾治療的靶點。