老年性聾病因及發(fā)病機理的認識進展

陳雪萌 宋琦

1 河北醫(yī)科大學研究生院（石家莊市 050017）

2 解放軍聯(lián)勤保障部隊第九八〇醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（石家莊市 050082）

老年性耳聾（presbycusis），又被稱為年齡相關性聽力損失（age-related hearing loss，ARHL）。根據美國資料，目前70 歲以上的美國人近2/3 受其影響，并且隨著老年人口持續(xù)增長，到2020年，預計一半以上的聽力喪失患者超過70 歲[1]。2006年第二次全國殘疾人抽樣調查顯示，我國聽力和言語殘疾總數為2780 萬，占中國殘疾人總數的34%，其中老年性聾患者占聽力障礙總人數34.1%[2]。世界衛(wèi)生組織估計，到2025年，在60 歲及以上的人群中，將有超過5億人患有與年齡相關的嚴重聽力損失[3]。

老年性聾已被證明與增加跌倒、抑郁、孤獨、癡呆和認知能力下降的風險獨立相關，并可產生巨大的經濟負擔，導致每年約30 億美元的醫(yī)療支出[4]。盡管人工助聽和人工耳蝸植入是有效的治療模式，但其治療效果仍不滿意。

目前認為，老年性聾的病因內包括內在因素與外在因素，是一個復雜的病理生理過程，與決定耳蝸退化速度和程度的遺傳風險因素相關；同時，其嚴重程度還受到既往耳科疾病、慢性疾病、累積噪聲暴露、耳毒性藥物使用和生活方式的影響，可能是遺傳和表觀遺傳因素和環(huán)境壓力因素的累積結果[5]。有學者推測免疫衰老和腸道菌群失調引起的慢性炎癥，加速與年齡相關的耳蝸退化，從而促進本病的發(fā)展[6]。人類老年性聾的病理研究僅限于尸檢。鑒于在人類隊列中研究老年性聾的困難，研究人員使用動物模型來幫助確定與ARHL相關的發(fā)病機制和遺傳學因素，并研究衰老同時控制環(huán)境暴露因素（如噪音或耳毒性藥物）的影響?，F有的動物模型包括龍貓、沙鼠、大鼠和小鼠在內的多個物種。如：老年蒙古沙鼠、近交大鼠Fischer 344(F344)白化品系中的兩個亞品系（DuCrl和NHsd）、小鼠近交系（老年時具有“良好”聽力的CAST、CBA/CaJ、CBA/J、C3H/HeH，聽覺功能進行性下降的BALB、C57BL/6、DBA/2J等）；也有學者使用基因缺陷（如：抗衰老Klotho基因[7]、γ-谷氨酰轉移酶1基因Ggt1dwg/dwg）的雜合子或純合子小鼠進行相關研究。其中，C57BL/6 小鼠已被標記為AHRL模型[8]。

1964年，Schuknecht[9]根據耳蝸組織病理學，將老年性耳聾定義為感音性、神經性、血管紋性和基底膜傳導（機械）性四種主要的分類。感音性老年性聾主要表現為耳蝸基部的毛細胞逐漸丟失，患者出現陡降型高頻聽力損失；神經性老年性聾可有聽覺神經纖維缺失，測聽結果多表現為與純音閾值不成比例的語言辨別能力減弱；血管紋性老年性聾主要表現為血管紋萎縮，患者呈現相對平坦的純音聽閾減弱；耳蝸傳導（機械性）老年性聾，通常耳蝸標本沒有光學顯微鏡下異常，推測其聽力損失與年齡相關的基底膜硬度變化有關。1993年，Schuknecht和Gacek 修訂了該分類方案，指出衰老出現神經元缺失是老年性聾可預見的結果，感音神經細胞的喪失可能是最不重要的類型，血管紋萎縮是老年性耳聾的主要病因[10]。但目前仍有爭議。本文主要關注老年性聾的病因及發(fā)病機理研究進展，分別從基因、細胞、組織等不同層面進行總結。

1 基因水平

主要包括基因改變和表觀遺傳學現象。

1.1 基因改變

目前已發(fā)現可能影響ARHL 和/或噪聲性聽力損失（Noise-induced hearing loss，NIHL）的約50 個小鼠和20 個人類候選基因，大約四分之一重疊[8]。其中研究較多的熱點基因有[11]：

1.1.1GRM7基因

編碼代謝性谷氨酸受體，主要位于內、外毛細胞和螺旋神經節(jié)細胞膜上，負反饋調節(jié)谷氨酸釋放，維持突觸間隙的谷氨酸濃度及傳遞。不同研究中，人種、地區(qū)和位點與老年性聾遺傳易感性關聯(lián)不盡相同。

1.1.2GRHL2基因

編碼轉錄因子，主要位于人上皮組織細胞膜和細胞核，參與胚胎發(fā)育調節(jié)。在內耳主要表達于蝸管細胞，調節(jié)和維持上皮形態(tài)及細胞功能。臨床表現為雙側中度、進行性或遲發(fā)性聽力損失，高頻聽力明顯，具體機制不詳。

1.1.3TRIOBP基因

編碼肌動蛋白結合蛋白，主要位于內耳微管、中心體等，可通過結合纖絲狀肌動蛋白調節(jié)細胞骨架組織、細胞擴張和收縮。突變導致毛細胞缺失靜纖毛根，喪失功能引發(fā)聽力損失。

1.1.4CDH23基因

編碼鈣黏蛋白23，主要位于內耳細胞膜。突變可能會導致小鼠外毛細胞時序性凋亡，造成高頻區(qū)聽閾升高；甲基化增加引起老年性聾。

1.1.5 線粒體基因

包括13 個編碼多肽基因、22 個編碼tRNA 基因、2 個編碼rRNA 基因。突變或缺失影響氧化應激，增齡累積造成線粒體DNA 損傷，導致毛細胞退化、凋亡，引起ARHL。

1.2 表觀遺傳學現象

表觀遺傳現象包括DNA 甲基化、RNA 干擾、組蛋白修飾等。人類和小鼠甲基化模式的改變被認為在ARHL的發(fā)展中發(fā)揮作用。在老年女性ARHL患者中觀察到P2RX2、KCNQ5、ERBB3和SOCS3等基因的過甲基化和隨后表達下降[12]。SLC26A4和P2RX2的過甲基化增加了男性ARHL 的風險[13]。在動物模型中，觀察到ARHL大鼠Gjb2的過甲基化并導致連接蛋白26 功能下降[14]。在動物和人類研究中，鈣粘蛋白23（CDH23）基因的甲基化增加與ARHL 相關，可能是通過基因產物減少和內耳毛細胞功能障礙產生影響；老年女性ARHL 患者，外周血標本中CDH23CpG 位點甲基化程度與ARHL 呈正相關[15]。

2 細胞水平

2.1 氧化應激

在血管紋內，線粒體有氧代謝產生維持Na+K+ATP 酶活性所需的大量ATP 和活性氧簇（ROS）。血管紋遭受嚴重ROS負擔的病理效應，包括線粒體DNA 損傷，可能會對聽力產生負面影響。大鼠模型顯示了抗氧化酶表達降低與聽力喪失加速、紋狀體血管萎縮和螺旋神經節(jié)細胞變性之間的聯(lián)系[16]。有證據表明，線粒體DNA（mtDNA）突變通過提供能量以及誘導細胞凋亡發(fā)揮重要作用[17]。Fetoni等人建立的老年性耳聾動物模型，發(fā)現Gjb2變異包含大量與耳聾相關的突變，Gjb2±小鼠表現出ARHL 加速，出現明顯的耳蝸管凋亡和氧化損傷，連接蛋白通道中谷胱甘肽的釋放減少，其轉錄控制受核因子E2 相關因子2（Nrf2）調控的基因表達失調，是氧化還原反應細胞耐受性的關鍵決定因素[18]。異檸檬酸脫氫酶（IDH）被證明能提供對毛細胞和神經元的抗氧化保護。IDH 是有氧代謝的關鍵成分，促進NADPH 和NADH 的生成。后兩種分子由于其抗氧化性，在減少細胞氧化應激中發(fā)揮關鍵作用。編碼IDH2（內耳中IDH 的主要同工酶）基因敲除雄性老鼠顯示NADPH產生減少和內耳氧化應激負擔增加，毛細胞和螺旋神經節(jié)神經元加速損失，促進ARHL；小鼠體內凋亡標記物水平升高，證明氧化應激增加維持正常聽力的內耳細胞凋亡[19]。此外，人類研究表明，黑色素可能通過抗氧化機制提供對ARHL 的保護。不同程度的色素沉著會改變對噪音引起的聽力損失和老年性耳聾的易感性[20]。這些觀察結果在小鼠模型中也得到了證實，其耳保護機制被認為涉及氧化自由基和金屬離子的螯合，可能最大限度地減少氧化應激對ARHL 進展的影響[21]。

2.2 跨膜轉運通道

正常的基質和離子運輸對維持正常聽力至關重要。離子轉運是支持毛細胞發(fā)育、維持細胞器功能和內淋巴電位所必需的。在動物模型中的研究已經發(fā)現，膜轉運蛋白突變會導致年齡進展性聽力損失。

2.2.1 鈉鉀運輸

內淋巴相對于外淋巴的高鉀成份，產生“內淋巴電位”，對聲音傳導至關重要，它使鉀離子以流體波的形式進入毛細胞的機械感受器，振動基底膜，進而刺激毛細胞。耳蝸的血管紋通過大量的離子輸送通道和泵維持高鉀狀態(tài)，如Na+-K+ATP 酶，有助于維持內淋巴中低Na+、高K+濃度。血管紋萎縮在老年人耳內已被觀察到，并推測其導致Na+-K+ATP酶消耗和異常的內淋巴電位[10]。

在沙鼠模型中，已經發(fā)現血管紋中Na+-K+ATP酶的密度隨著年齡的增長而下降，這種下降與EP的大小有很好的相關性[22]，為老年性聾表型提供了支持。在年輕的成年小鼠中，血管紋側壁中存在特定的功能選擇和Na+-K+ATP 酶亞基的不同類型組裝，隨著年齡的增長受到破壞，出現失調[23]。在老年性耳聾的小鼠模型中，α2-Na+/K+-ATPase 的減少可能在年齡相關性聽力損失的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用[24]。

2.2.2 粘脂素離子通道

粘脂素，也被稱為瞬時受體電位通道，是一類不同類型的陽離子轉運體。該家族中，粘脂蛋白1和粘脂蛋白3 都存在于內耳毛細胞溶酶體，協(xié)助鈣調節(jié)，缺乏的小鼠表現為早發(fā)老年性聾，且伴有相關毛細胞丟失；在Varitint-Waddler（Va）小鼠中，粘脂蛋白3 突變導致其通道組成性激活，過度開放形成的陽離子電流導致溶酶體分解，引起嚴重的耳聾和毛細胞死亡[25]。

2.2.3 Wolframin

Wolframin 由WFS1 編碼，有9-10 個跨膜片段，是一個大型的陽離子選擇性離子通道。Wolfram 綜合征（WS[MIM:222300]）是一種罕見的常染色體隱性遺傳疾病，由WFS1基因突變引起，其中一些突變會導致非綜合征常染色體顯性低頻感音神經性聽力損失[26]。Wolframin 功能障礙引起錯誤折疊蛋白質積累，導致內質網應激水平超過未折疊蛋白反應（包括轉錄和翻譯修飾）的補償能力，隨年齡增長，在慢性持續(xù)性壓力情況下，誘導細胞凋亡[27]。

2.2.4 中性氨基酸載體

氨基酸轉運在ARHL發(fā)展和遺傳中的潛在作用主要集中在SLC7A8 的研究。SLC7A8 是一種鈉獨立的氨基酸轉運體，以1:1的比例交換中性氨基酸。在內耳，SLC7A8定位于螺旋神經節(jié)和螺旋韌帶，其功能喪失與高頻聽力損失相關。在年輕純合子敲除小鼠模型（Slc7a8-/-）中，可出現包括毛細胞丟失、上皮扁平、螺旋神經節(jié)細胞丟失、螺旋韌帶和神經節(jié)纖維細胞密度下降等組織學改變，與Schuknecht[9]描述的混合型老年性耳聾一致，但未出現聽力損傷。隨著年齡增長，Slc7a8-/-小鼠出現漸進性聽力下降，并延伸至低頻；而Slc7a8±小鼠比野生型小鼠在更年輕時出現高頻聽力損失；野生型小鼠Slc7a8的表達隨著年齡增長而增加。研究人員推測，預防早期發(fā)病的ARHL 需要完整的SLC7A8 功能，Slc7a8-/-小鼠的遺傳模式為不完全外顯；作者在ARHL 患者中篩選出四種變異（p.Val302Ile，p.Arg418His，p.Thr402Met和p.Val460Glu），均與顯著降低氨基酸轉運活性有關，進一步支持其致病作用[28]。

2.3 微小核糖核酸和細胞凋亡

MicroRNAs（miRNA）是一種小的、非編碼的RNA產物，通過與特定的mRNA序列互補結合來調節(jié)mRNA 靶標的轉錄，阻止mRNA 的翻譯。眾所周知，老齡化與全部miRNA 產量的整體下降有關。在患有ARHL 的小鼠內耳觀察到促凋亡的miRNA表達增加，抗凋亡的miRNA 表達減少，這種變化發(fā)生在解剖變化或聽力損失之前，說明其表達模式的改變可能會增加ARHL 聽覺細胞凋亡[29]。已知大多數下調的miRNA，如：miR-183 和miR-181 家族，調節(jié)細胞增殖和分化的途徑，而所有上調的miRNA，如：miR-29和miR-34家族，都是促凋亡途徑中的已知調節(jié)劑，可能激活或增強細胞凋亡通路，如p53、p27和Bcl2等[30]。

3 組織水平

3.1 耳蝸突觸病

一般認為，噪音誘發(fā)耳聾和ARHL 都與毛細胞密度減少、螺旋神經節(jié)細胞和神經纖維變性有關。聽力損失也可發(fā)生在毛細胞：通過“耳蝸突觸病”（cochlear synaptopathy，CS）機制，即耳蝸內毛細胞和聽覺神經纖維之間的神經元突觸減少，而毛細胞數量不變[31]。動物模型耳蝸免疫染色顯示突觸數量減少與延遲的螺旋神經節(jié)細胞變性和正常的毛細胞計數有關，與Schuknecht 描述的神經性老年性耳聾類型一致[32]。人類顳骨切片顯示，隨著年齡增長，盡管毛細胞數量正常，但螺旋神經節(jié)細胞數量減少[33]。人群小樣本研究推測耳蝸突觸病可能是人類老年性聾的重要組成部分，也是老年性聾患者在嘈雜環(huán)境中聽覺性能下降的主導因素[34]。CS 的病理生理學仍不完全清楚。有研究假設興奮性神經遞質谷氨酸可能發(fā)揮作用。在多種哺乳動物模型中，谷氨酸興奮性毒性已被證明是通過神經末梢腫脹和損傷，使突觸永久失能[33]。人類研究也提示谷氨酸在ARHL 中的潛在作用：存在于螺旋神經節(jié)細胞以及內毛和外毛細胞突觸上的谷氨酸受體GRM7，調節(jié)谷氨酸濃度和傳遞。有研究顯示，在中國漢族人中，GRM7 中rs1485175 的突變等位基因C可能降低噪音誘發(fā)聽力損失的易感性[35]。

3.2 激素因素

3.2.1 胰島素樣生長因子-1

胰島素樣生長因子-1(IGF-1)由肝臟受生長激素刺激產生。IGF-1 可通過限制耳蝸炎癥和氧化應激的程度以及下調促凋亡基因表達來促進耳蝸毛細胞存活；其在耳蝸發(fā)育晚期表達最高，在出生后顯著下降；隨著年齡增長，循環(huán)中具有生物活性的IGF-1 水平下降，導致炎癥增加和細胞內更新機制的失敗[36]。IGF-1 在小鼠的內耳中被檢測到，包括螺旋神經節(jié)、螺旋韌帶、血管紋、毛細胞和前庭組織。許多導致感音神經性聽力損失的突變基因均涉及IGF-1 通路，生長激素釋放激素受體(GHRHR)、生長激素受體(GHR)、胰島素樣生長因子-1 受體(IGFR-1)和IGF-1 本身功能突變都與人感音神經性聽力損失相關[37]?；加蠰arson's 綜合征(IGF-1 通路突變引起IGF-1 缺乏)的個體，早期出現ARHL；小鼠模型和人類研究均顯示IGF-1 水平與聽力損失密切相關，IGF-1 可能是內耳的潛在保護者[38]。

3.2.2 雌激素（ER）

在人類ARHL 中，男性比女性明顯更常見和嚴重，男性發(fā)病早于女性，因此認為雌激素可能具有耳保護作用[39]。雌激素受體在耳蝸中以不同的水平表達，ERβ在衰老或聽損傷后的耳蝸功能維持中起主要作用。在毛細胞、螺旋神經節(jié)神經元和血管紋部位，雌激素信號通過ERβ 增強抗氧化、抗細胞凋亡和抗炎反應，有助于聽力保護。這些作用除通過雌激素經典途徑介導外，也可能涉及MAPK、PKA和PI3K信號通路[40]。

3.3 血管損傷因素

同型半胱氨酸具有誘導血管內皮損傷的能力，尤其在內耳密集的毛細血管網情況下容易發(fā)生積累效應。一項基于美國的大型橫斷面研究回顧了血清葉酸、維生素B12 和同型半胱氨酸水平與ARHL 之間可能存在的相關性。研究結果表明，患者血清同型半胱氨酸水平升高，血清葉酸水平降低，ARHL 風險增高。維生素B12 水平與ARHL 無關[41]。小鼠模型證實同型半胱氨酸水平升高和飲食葉酸缺乏，導致細胞損傷和Corti 器上皮變平，尤其是耳蝸基底部；螺旋神經節(jié)、血管紋和螺旋韌帶也顯示出損傷的跡象，包括氧化負荷增加、毛細胞凋亡和聽力損害[42]。

ARHL 的發(fā)生、發(fā)展涉及基因、分子、細胞等多水平，與遺傳和環(huán)境因素均有關。隨著現代基因組測序技術的普及，可以廣泛發(fā)掘與ARHL 相關的易感遺傳因子。對參與ARHL 的主要通路如IGF-1和同型半胱氨酸的研究提示我們激素和飲食因素的可能作用。ARHL 和其他與年齡相關的疾病有共同的機制，可能集中在由于衰老、免疫缺陷導致體內炎癥過程積累而出現的低度慢性炎癥上，包括病原體、細胞碎片、營養(yǎng)物質和腸道微生物群等。未來研究的方向應是將不斷增加的ARHL 知識應用于早期檢測、預防和管理。