劉濤 綜述 竇艷玲 審校

感音神經(jīng)性聽力損失主要源自耳蝸毛細胞和/或螺旋神經(jīng)元的損傷和退化，耳蝸螺旋神經(jīng)元(spiral ganglion neuron，SGN)是傳導聽覺信息的一級神經(jīng)元，噪聲、感染、耳毒性藥物和衰老等諸多因素直接或者間接使螺旋神經(jīng)元受損，可導致感音神經(jīng)性聽力損失，而哺乳動物螺旋神經(jīng)元的再生能力非常低，因此保護螺旋神經(jīng)元或者修復受損的螺旋神經(jīng)元對恢復聽力有關鍵性的作用。神經(jīng)營養(yǎng)因子是神經(jīng)細胞存活的依賴因子，是成熟神經(jīng)元功能的調控因子，也是神經(jīng)元受損和病變損傷時保護和促進其再生的必需因子。近年來，為了更好地提高人工耳蝸的效能、對神經(jīng)營養(yǎng)因子在螺旋神經(jīng)元生長和損傷修復過程中的作用研究不斷進展，神經(jīng)營養(yǎng)因子在螺旋神經(jīng)元發(fā)育、損傷修復、防止退化及維持其正常生理功能中的重要作用逐漸被揭示[1～3]。

與聽覺系統(tǒng)發(fā)育密切相關的神經(jīng)營養(yǎng)因子有神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(neurotrophin-3, NT-3)、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)、膠質細胞神經(jīng)營養(yǎng)因子(glial cell line- derived neurotrophic factor, GDNF)、白血病抑制因子(Leukaemia inhibitory factor, LIF)等[4]。目前大多學者認為，毛細胞可以合成和分泌多種營養(yǎng)因子支持和保護螺旋神經(jīng)元，且神經(jīng)營養(yǎng)因子在耳蝸內(nèi)保持較高表達水平是發(fā)揮其活性作用的關鍵，毛細胞受損后，螺旋神經(jīng)元失去神經(jīng)營養(yǎng)因子的保護作用發(fā)生退行性變。Lefebvre等(1994)體外研究表明，BDNF、NT-3、NT-4/5、GDNF、轉化生長因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)、纖毛神經(jīng)營養(yǎng)因子(ciliary neuroteophic factor, CNTF)等都能促進體外培養(yǎng)的新生大鼠SGN的存活[5]。在螺旋神經(jīng)元原代培養(yǎng)過程中適時適量地加入神經(jīng)營養(yǎng)因子已是提高螺旋神經(jīng)元的純度和活性的重要手段之一。

1 神經(jīng)營養(yǎng)因子對螺旋神經(jīng)元的作用

在體實驗證明了直接在耳蝸內(nèi)注入神經(jīng)營養(yǎng)因子特別是BDNF能提高耳聾后螺旋神經(jīng)元的存活率[6]。BDNF作為神經(jīng)營養(yǎng)因子中的一員，在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、正常生理功能維持和神經(jīng)受損修復過程中都發(fā)揮著重要作用，不僅調節(jié)著聽覺神經(jīng)元的成熟、增殖、分化，而且對前庭神經(jīng)元和部分聽覺神經(jīng)元的存活有促進作用[4]。BDNF可能通過維持細胞內(nèi)鈣離子濃度、減少自由基損傷、抑制細胞凋亡和(或)促進細胞功能恢復穩(wěn)定而起到保護作用。研究表明在螺旋神經(jīng)元上有BDNF高親和性受體，在螺旋神經(jīng)元神經(jīng)突起發(fā)育的過程中，BDNF在毛細胞內(nèi)高濃度表達，將BDNF注入耳蝸內(nèi)可阻止失去毛細胞支持后螺旋神經(jīng)元的變性退變[7]。Xie等[8，9]研究發(fā)現(xiàn)BDNF基因工程細胞具有很強的生物學活性，能夠促進螺旋神經(jīng)元的生長，在螺旋神經(jīng)元氧化損傷時具有明顯的保護作用。BDNF能減少聽覺神經(jīng)元的損失，而且促進軸突的再生，因而可能提高人工耳蝸植入的效果[10]。在體外螺旋神經(jīng)元培養(yǎng)過程中，BDNF能刺激單離培養(yǎng)的未成熟神經(jīng)元軸突的生長[10]。翟所強等[11]對噪聲損傷模型小鼠給予外源性的BDNF后，其較對照組螺旋神經(jīng)元的存活量有顯著改變，證明BDNF能保護螺旋神經(jīng)元。Darius等[12]研究發(fā)現(xiàn)BDNF體外基因治療對螺旋神經(jīng)元的保護作用耳蝸底回較蝸頂更明顯。Martijn等[13]的研究發(fā)現(xiàn)BDNF提高螺旋神經(jīng)元存活率的作用可持續(xù)到停止治療后2周，在BDNF治療后，治療組動物的閾上電誘發(fā)聽性腦干反應幅值顯著大于耳聾動物，與正常聽覺動物差異無統(tǒng)計學意義，在停止給予BDNF后，治療組的閾上電誘發(fā)聽性腦干反應幅值也不會顯著降低。應用神經(jīng)營養(yǎng)因子處理后的螺旋神經(jīng)元保存了電應激性，給予神經(jīng)營養(yǎng)因子動物的電誘發(fā)聽性腦干反應潛伏期較對照組(灌入人工外淋巴液的耳聾動物)明顯縮短[14～16]，這些均提示神經(jīng)營養(yǎng)因子的作用可持續(xù)。在人工耳蝸的實驗中，通過滲透泵給發(fā)育中動物的耳蝸內(nèi)注入BDNF，可觀察到在植入電極上有包繞髓鞘的神經(jīng)軸突向鼓階萌芽[17]。

NT-3是一種多功能的神經(jīng)營養(yǎng)因子，對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及維持其正常生理功能有重要意義，是迄今發(fā)現(xiàn)的維持螺旋神經(jīng)元存活的作用最顯著的神經(jīng)營養(yǎng)因子之一[18]。NT-3是Ⅰ型螺旋神經(jīng)元的主要生長因子，可作為小鼠螺旋神經(jīng)元離體細胞培養(yǎng)的生存因子。Zhou等[19]研究發(fā)現(xiàn)NT-3對常規(guī)神經(jīng)元有維持存活作用，對缺氧神經(jīng)元有明顯保護作用，能夠促進神經(jīng)元軸突生長，降低缺氧造成的損傷，促進神經(jīng)元的存活，其機制可能是通過上調c-jun基因的表達而促進神經(jīng)元的生長，提高其活力。耳蝸毛細胞能分泌NT-3，當毛細胞損傷后，NT-3分泌減少，可繼發(fā)引起神經(jīng)纖維和螺旋神經(jīng)元的變性死亡，而當耳毒性藥物、興奮性刺激等損傷后，給予大量外源性NT-3可明顯減少螺旋神經(jīng)元的變性死亡[20]。Bibel等[21]研究發(fā)現(xiàn)在先天性缺乏BDNF和NT-3或其受體的小鼠中，感覺神經(jīng)元嚴重缺失，NT-3基因敲除小鼠的螺旋神經(jīng)元嚴重缺失，細胞數(shù)量明顯低于正常水平，由于無NT-3表達，Ⅰ型螺旋神經(jīng)元缺失。Chen等[22]證實在體外培養(yǎng)中，NT-3的濃度與螺旋神經(jīng)元的生物活性正相關。研究證明，利用單純皰疹病毒介導產(chǎn)生神經(jīng)營養(yǎng)因子-3能減弱順鉑對成年老鼠外周聽覺系統(tǒng)的毒性，證明在活體內(nèi)通過神經(jīng)營養(yǎng)因子-3基因治療，有希望預防化學藥物導致的聽力損失，并可能預防老年聽覺退化[23]。

GDNF是迄今發(fā)現(xiàn)的活性最強的神經(jīng)元神經(jīng)營養(yǎng)因子之一，是轉化生長因子-β(TGF-β)超家族的一員，體內(nèi)很多細胞可以合成GDNF，影響神經(jīng)元的發(fā)育和存活，它可通過磷酸肌醇3激酶(PI3-K)、G蛋白、cAMP和MAP激酶等途徑介導GDNF信號轉導，維持未成熟神經(jīng)元的生存、分化和增殖，支持成熟神經(jīng)元的生存適應，介導神經(jīng)元的可塑性，能抑制凋亡而延長受損和退變的神經(jīng)元的生存時間，修復其功能。有研究表明，GDNF在新生大鼠內(nèi)耳的內(nèi)外毛細胞中表達，在成熟大鼠內(nèi)毛細胞中也有表達，GDNF的受體GFRα-1、酪氨酸激酶受體Ret在螺旋神經(jīng)元上也有表達[24]。Ylikoski等[25]向豚鼠鼓階內(nèi)緩慢注入GDNF后，觀察強噪聲下GDNF對聽神經(jīng)的保護作用，結果發(fā)現(xiàn)GDNF可以明顯提高噪聲損傷后螺旋神經(jīng)元的存活率。噪聲暴露后，耳蝸內(nèi)GDNF的mRNA表達水平明顯加強[26]，GDNF對噪聲、耳毒性藥物等引起的聽力損失具有明顯保護作用。Yagi等[27]利用腺病毒載體進行基因治療證明應用GDNF或其他因子進行基因治療后，內(nèi)耳毛細胞損失后螺旋神經(jīng)元的存活率顯著提高。Stover等[28]通過RT-PCR及Western blot免疫化學的方法在螺旋神經(jīng)元內(nèi)觀察到了GDNF、GFRal、Ret三種蛋白的分布。朱雅穎等[29]研究表明耳蝸內(nèi)長期灌注GDNF對耳毒性藥物損傷后殘余的螺旋神經(jīng)元有保護作用，可避免細胞進一步丟失，對損傷的細胞可能有修復作用。

2 神經(jīng)營養(yǎng)因子之間的相互影響

在活體外實驗中，BNDF和CNTF協(xié)同作用較各自作用能更有效提高螺旋神經(jīng)元的存活率[30]。聯(lián)合應用BDNF和成纖維生長因子-1能更有效提高螺旋神經(jīng)元存活和促進神經(jīng)元周圍突的生長。

研究發(fā)現(xiàn)神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF和NT-3在活體和離體培養(yǎng)中都是維持聽覺上皮和聽覺神經(jīng)元生存的重要物質。內(nèi)耳毛細胞釋放神經(jīng)營養(yǎng)因子-3和腦源性神經(jīng)生長因子對螺旋神經(jīng)元存活是基本必須的[31]，并且BDNF和NT-3對螺旋神經(jīng)元的存活、生長和功能有調節(jié)作用，并相互協(xié)調相互影響[32，33]。BDNF和NT-3可通過結合其高親和力受體影響螺旋神經(jīng)元生長和發(fā)育過程，均能促進神經(jīng)元的存活，其中BDNF效果更明顯。近年來發(fā)現(xiàn)BDNF在螺旋神經(jīng)元生長和發(fā)育過程中主要促進胞體發(fā)育，而NT-3主要促進軸突分化和生長，并且發(fā)現(xiàn)BDNF、NT-3均能刺激分離培養(yǎng)的未成熟螺旋神經(jīng)元的軸突生長，但對成熟的螺旋神經(jīng)元，無論是BDNF還是NT-3均不能促進軸突生長，可能在發(fā)育成熟的神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)營養(yǎng)因子的作用發(fā)生了改變。

在GDNF對內(nèi)耳保護作用的研究中發(fā)現(xiàn)NT3對GDNF的增強作用具有特異性[36]，聯(lián)合應用GDNF和NT-3能夠顯著提高SGN體外培養(yǎng)的存活率，NT-3能增強GDNF誘導的Ret酪氨酸磷酸化，因而使螺旋神經(jīng)元發(fā)育存活所需的Akt磷酸化反應大大增強。有研究表明在耳毒性藥物制造的耳聾動物模型中，應用NT-3和GDNF在耳蝸共同轉導，不僅能夠增強神經(jīng)營養(yǎng)因子對耳蝸的保護，而且能降低耳毒性藥物對聽力的損傷[34]。GDNF和NT-3的聯(lián)合作用是協(xié)同效應，可顯著提高螺旋神經(jīng)元的存活率[35]。

CNTF和LIF也具有促進螺旋神經(jīng)元的軸突生長的作用，而同時應用LIF與BDNF時，兩者具有協(xié)同作用，可促進神經(jīng)元軸突的生長[37]。在螺旋神經(jīng)元培養(yǎng)過程中，LIF與NT-3因子也相互影響其作用的發(fā)揮，LIF能間接增強NT-3的誘導效應，促進神經(jīng)元的存活[11]。

3 展望

進行性的SGN變性部分原因是因為失去毛細胞支持后缺少神經(jīng)營養(yǎng)因子，因此，神經(jīng)營養(yǎng)因子被認為可以阻止和延緩SGN的變性。噪聲損傷后，內(nèi)耳內(nèi)BDNF、GDNF、NT-3等神經(jīng)因子mRNA表達均有增強，內(nèi)耳毛細胞及螺旋神經(jīng)元損傷時，各種神經(jīng)營養(yǎng)因子可能協(xié)同作用，而非一種因子的作用。近年來，對神經(jīng)營養(yǎng)因子在內(nèi)耳的研究已廣泛開展，但仍然處于初步階段，對內(nèi)耳興奮性刺激、耳毒性藥物、缺血性損傷后螺旋神經(jīng)元的保護和損傷的研究尚有待進一步發(fā)展。利用耳蝸內(nèi)持續(xù)灌注、通過病毒載體的基因治療等方法，均在動物實驗中證明了神經(jīng)營養(yǎng)因子能保護感音神經(jīng)性聾殘余神經(jīng)細胞，可避免更多的細胞丟失，也能提高靶神經(jīng)元的存活。螺旋神經(jīng)元的存活數(shù)量和生物活性尤為重要，利用神經(jīng)營養(yǎng)因子的治療，很可能使人工耳蝸植入更有效發(fā)揮作用[9]。研究神經(jīng)營養(yǎng)因子對螺旋神經(jīng)元的保護與細胞修復、分子機制以及將來可行的治療方法將為治療感音神經(jīng)性聾開辟新途徑。

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