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        耳蝸血-迷路屏障與噪聲性聽力損傷*

        2015-02-11 09:22:28吳軍綜述韓維舉審校
        聽力學(xué)及言語疾病雜志 2015年4期
        關(guān)鍵詞:通透性內(nèi)耳迷路

        吳軍綜述 韓維舉審校

        ·綜述·

        耳蝸血-迷路屏障與噪聲性聽力損傷*

        吳軍1,2綜述 韓維舉1審校

        噪聲對(duì)聽力的損害已被人們廣泛認(rèn)識(shí),其對(duì)耳蝸的損傷程度取決于噪聲的強(qiáng)度和噪聲暴露持續(xù)時(shí)間,高強(qiáng)度的脈沖噪聲能夠直接導(dǎo)致耳蝸的機(jī)械性損傷,而較低強(qiáng)度的噪聲可引起內(nèi)耳感覺細(xì)胞的代謝變化并最終啟動(dòng)細(xì)胞凋亡[1,2]。噪聲性聾的代謝障礙學(xué)說認(rèn)為噪聲暴露后,體內(nèi)自由基產(chǎn)生過多、鈣超載、谷氨酸堆積和血-迷路屏障(blood-labyrinth barrier,BLB)通透性增加是噪聲性聽力損失的主要原因[3,4]。血迷路屏障位于耳蝸外側(cè)壁,對(duì)維持耳蝸內(nèi)電位(endocochlear potential,EP)、調(diào)控內(nèi)耳離子轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)節(jié)內(nèi)耳體液平衡具有重要的作用。自由基和谷氨酸過量、毛細(xì)胞鈣超載與血-迷路屏障破壞均可引起內(nèi)耳微環(huán)境改變,使內(nèi)耳缺血缺氧,加劇了毛細(xì)胞的損傷,導(dǎo)致噪聲性聾的產(chǎn)生。本文對(duì)耳蝸血-迷路屏障與噪聲性聽力損傷的研究進(jìn)展綜述如下。

        1 耳蝸外側(cè)壁結(jié)構(gòu)

        耳蝸外側(cè)壁結(jié)構(gòu)包括血管紋和螺旋韌帶,在耳蝸內(nèi)電位(endocochlear potential,EP)的形成中具有至關(guān)重要的作用。螺旋韌帶由結(jié)締組織細(xì)胞、上皮細(xì)胞、血管和細(xì)胞外基質(zhì)組成,外側(cè)鄰近耳囊,給血管紋提供機(jī)械支持[5]。螺旋韌帶的纖維細(xì)胞可分為四型:I型纖維細(xì)胞靠近血管紋,與血管紋的基底細(xì)胞有縫隙連接相連;II型纖維細(xì)胞聚集在螺旋突區(qū)域,其足突互相交錯(cuò)形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),富含線粒體,同樣可通過縫隙連接與I型纖維細(xì)胞及基底細(xì)胞相連,可能起到促進(jìn)K+循環(huán)的作用;III型纖維細(xì)胞排列于骨性耳囊,在切片上呈垂直狀;IV型纖維細(xì)胞為紡錘形,細(xì)胞器較少[6]。血管紋是血管化了的上皮組織,由邊緣細(xì)胞、中間細(xì)胞和基底細(xì)胞構(gòu)成[5]。邊緣細(xì)胞構(gòu)成內(nèi)淋巴管的上皮層,富含線粒體和電子致密顆粒,在內(nèi)淋巴和血管紋組織間形成一個(gè)緊密連接的屏障;中間細(xì)胞電子密度低,細(xì)胞器較邊緣細(xì)胞少,其足突與邊緣細(xì)胞廣泛接觸,使離子交換的表面積最大化;基底細(xì)胞沿血管紋的外側(cè)排列,在血管紋和螺旋韌帶之間形成緊密連接的屏障,與螺旋韌帶的I型和II型纖維細(xì)胞以縫隙連接相連[6]。血管紋和螺旋韌帶不僅在結(jié)構(gòu)、細(xì)胞類型和分布上不同,在功能上可能也有較大差異。螺旋韌帶上的毛細(xì)血管有平滑肌細(xì)胞,多被認(rèn)為是調(diào)節(jié)耳蝸外側(cè)壁血流的重要結(jié)構(gòu)。而血管紋上的邊緣細(xì)胞層、基底細(xì)胞層排列緊密,其毛細(xì)血管網(wǎng)形成多邊環(huán)形[7],研究提示血管紋缺乏或發(fā)育不完全的動(dòng)物耳蝸外側(cè)壁滲透性增加[8],因此血管紋可能是執(zhí)行血-迷路屏障功能的主要結(jié)構(gòu)。

        2 血-迷路屏障的構(gòu)成

        位于耳蝸外側(cè)壁上的血管紋的毛細(xì)血管網(wǎng)平行于邊緣細(xì)胞和基底細(xì)胞,穿行于中間細(xì)胞的間隙,毛細(xì)血管被邊緣細(xì)胞和基底細(xì)胞的突起所包圍并緊密連接,在血液循環(huán)和血管紋內(nèi)之間存在一個(gè)嚴(yán)格的、不允許部分物質(zhì)通過的屏障,類似于血-腦屏障,故稱血-迷路屏障[9]。研究顯示血管紋處的血-迷路屏障對(duì)液體通透的限制甚至比血-腦屏障作用更大,因?yàn)檠芗y內(nèi)的飲液小泡的密度更低一些[5],并且血-迷路屏障對(duì)Na+、Cl-和Ca2+的通透性較其他組織屏障更低。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為血-迷路屏障由內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cell,EC)和其下方的基底膜(basilar membrane,BM)組成,EC之間通過緊密連接彼此相連,形成了一個(gè)濾過屏障,該屏障能夠選擇性地阻止大部分血源性物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)耳,保護(hù)聽覺器官。近期研究發(fā)現(xiàn),血管紋中間細(xì)胞層還含有大量的周細(xì)胞(pericyte cell,PC)和血管周圍巨噬細(xì)胞(perivascular macrophages,PVMs),它們和EC相互靠近并互相作用,共同構(gòu)成了血-迷路屏障[10]。

        PC廣泛分布于微血管,是一類環(huán)繞在EC表面

        的可收縮細(xì)胞,它鑲嵌于血管基底膜上,PC與EC共同被基底膜包繞,一起構(gòu)成了微血管和組織間隙的屏障,是維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素[11]。PC和EC通過一系列信號(hào)通路互相作用,進(jìn)行信號(hào)整合,促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化、成熟[11、12]。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn)PC是神經(jīng)血管單元(neurovascular units,NVUs)的重要細(xì)胞成分,具有多種功能,在血-腦屏障的發(fā)育成熟和維持方面具有重要作用[13]。而近期在對(duì)內(nèi)耳的研究中同樣發(fā)現(xiàn)耳蝸外側(cè)壁毛細(xì)血管網(wǎng)含有數(shù)量眾多的PC。血管紋和螺旋韌帶微血管網(wǎng)中的PC存在形態(tài)學(xué)差異,螺旋韌帶上的PC表達(dá)相關(guān)蛋白標(biāo)志物,包括α-SMA、結(jié)蛋白Desmin、原肌球蛋白等,而血管紋上的PC中只顯示Desmin陽性,不含有收縮性蛋白α-SMA和原肌球蛋白[14]。研究者認(rèn)為PC在螺旋韌帶的微血管中可能有控制局部血流的作用,而血管紋處的PC對(duì)維持血-迷路屏障的結(jié)構(gòu)和功能具有重要作用[7,15]。但由于PC具有形態(tài)、生化和生理上的異質(zhì)性,對(duì)于耳蝸外側(cè)壁上PC的大部分生理功能及其在耳蝸損傷中的作用都有待進(jìn)一步研究。

        PVMs存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)及視網(wǎng)膜等多種組織中,表達(dá)多種巨噬細(xì)胞表面物質(zhì),如:白細(xì)胞分化抗原(cluster of differentiation)CD45、CD11b,巨噬細(xì)胞標(biāo)志2(macrophage marker 2,MOMA2),主要組織相容性抗原II(major histocompatibiligy antigen molecule II,MHC-II),嗜酸性粒細(xì)胞與巨噬細(xì)胞受體1(eosinophil and macrophage receptor 1,EMR1)即F4/80等,在體液平衡的維持、神經(jīng)炎性反應(yīng)、神經(jīng)退行性變和創(chuàng)傷應(yīng)激等方面均具有重要作用。近期的研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)耳的血-迷路屏障處也存在PVMs細(xì)胞,其胞體為樹突狀,數(shù)支分枝狀足突從胞體伸出,沿毛細(xì)血管分布,其足突含有豐富的線粒體和囊泡,與EC、PC交織在一起,并與毛細(xì)血管壁相接觸,是保持血-迷路屏障完整性的重要細(xì)胞成分[16]。不同于其他組織處的巨噬細(xì)胞,血-迷路屏障處的PVMs不僅具有巨噬細(xì)胞的特性,同時(shí)具有黑色素細(xì)胞的特性,其胞漿內(nèi)含有黑色素顆粒并表達(dá)黑色素細(xì)胞標(biāo)志物GSTα4、GST和Kir4.1,是一種兼具巨噬細(xì)胞和黑色素細(xì)胞特征的雜交細(xì)胞種類[16]。PVMs在血-迷路屏障的分布特點(diǎn)及細(xì)胞學(xué)特性提示它在維持血-迷路屏障正常結(jié)構(gòu)和功能方面可能發(fā)揮重要的作用。

        內(nèi)耳血-迷路屏障包含一系列酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,共同維持必要的內(nèi)耳細(xì)胞外環(huán)境。有研究者將毛細(xì)血管從耳蝸血管紋處分離出來,發(fā)現(xiàn)血管紋毛細(xì)血管處約有652種蛋白,其中大量與代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān),如Na+/K+ATP酶α1(ATP1A1)、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase,GST)、鞘脂激活蛋白原Prosaposin、白三烯A4水解酶(LTA4)等[17]。血-迷路屏障處大量轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和代謝酶的存在提示內(nèi)耳具有高代謝率和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。此外,血管紋處的毛細(xì)血管緊密連接蛋白和粘著連接蛋白含量豐富,提示血-迷路屏障具有不可通透性,充分體現(xiàn)了血-迷路屏障的功能[17]。

        3 血-迷路屏障通透性的調(diào)控

        血-迷路屏障具有維持EP、調(diào)控內(nèi)耳離子轉(zhuǎn)運(yùn)和調(diào)節(jié)內(nèi)耳體液平衡的作用,血-迷路屏障的破壞與多種聽覺障礙疾病相關(guān)。但目前對(duì)于調(diào)控血-迷路屏障通透性的機(jī)制仍所知不多。近年來發(fā)現(xiàn)蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)能與閉合蛋白Occludin的C端直接作用,導(dǎo)致其高度保守的T403/404區(qū)域磷酸化,使Occludin不能集中到細(xì)胞間的緊密連接處,從而影響內(nèi)皮屏障的通透性[18]。而通過雙重免疫組化染色發(fā)現(xiàn)ATP1A1與Occludin在血-迷路屏障上的位置相鄰,阻斷ATP1A1可使PKC活性增加,致Occludin高度磷酸化,從而顯著增加血-迷路屏障的通透性[17]。最近的研究發(fā)現(xiàn)PC、PVMs與EC之間的信號(hào)通路能夠增強(qiáng)內(nèi)皮屏障的完整性,而缺乏PVMs或PC的單層EC通透性較高,并且PVMs缺乏時(shí)緊密連接蛋白ZO-1、Occludin、VE-Cadherin的m RNA水平顯著降低,認(rèn)為PC和PVMs之間的信號(hào)通路能夠影響緊密連接蛋白的表達(dá)量,從而調(diào)控血-迷路屏障的通透性[10,16]。另一項(xiàng)研究[19]提示PVMs影響內(nèi)皮屏障的通透性是通過分泌色素上皮生長(zhǎng)因子(pigment epithelium-derived factor,PEDF)來實(shí)現(xiàn)的。

        此外,血-迷路屏障的通透性也受到炎性介質(zhì)的影響。研究者通過圓窗膜向內(nèi)耳注入炎性因子和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS),觀察到血-迷路屏障通透性增高、K+重吸收受阻、內(nèi)淋巴平衡被破壞[20]。在鼓室注射細(xì)菌LPS后前庭處的血管滲漏同樣明顯增加,同時(shí)PVMs活化、數(shù)量顯著上升[21],說明炎性反應(yīng)能夠增加內(nèi)耳血管紋和前庭處組織屏障的滲透性,而PVMs的趨化游走可能是局部炎性反應(yīng)的重要因素?;|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteins,MMPs)廣泛表達(dá)于耳蝸的Corti器、血管紋和螺旋神經(jīng)節(jié)[22],通過鼓室向內(nèi)耳注入MMPs抑制劑可以減輕炎性介質(zhì)導(dǎo)致的耳蝸外側(cè)壁血-迷路屏障的損傷[23],說明MMPs可能在血-迷路屏障完整性的維持和損傷應(yīng)激方面具有重要作用。

        4 噪聲暴露后血-迷路屏障的改變

        血-迷路屏障的破壞是噪聲性聽力損傷早期的

        特征之一,可導(dǎo)致耳蝸組織水腫、血漿蛋白和炎性細(xì)胞進(jìn)入內(nèi)耳,進(jìn)而引起EP變化,導(dǎo)致聽力障礙[4,17]。光鏡觀察發(fā)現(xiàn),噪聲暴露24小時(shí)內(nèi)急性期耳蝸外側(cè)壁細(xì)胞胞體腫脹、空泡形成;噪聲暴露2周后表現(xiàn)為血管紋皺縮、螺旋韌帶上II型和IV型纖維細(xì)胞退化[6]。電鏡下觀察發(fā)現(xiàn),噪聲暴露后急性期血管紋腫脹,主要是邊緣細(xì)胞和中間細(xì)胞之間的細(xì)胞外間隙增加,且伴隨著中間細(xì)胞不可逆的衰退過程;而暴露2周后,邊緣細(xì)胞足突消失,中間細(xì)胞被聚集的巨噬細(xì)胞吞噬,基底細(xì)胞屏障破壞,形成空隙;2~8周后血管紋持續(xù)變薄,細(xì)胞間接觸面積減少[6]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),噪聲暴露后血管紋上的EC、PC和中間細(xì)胞之間的間隙擴(kuò)大、毛細(xì)血管壁破壞、血清IgG滲出血管外;噪聲介導(dǎo)的缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α,HIF-1α)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)上調(diào),誘導(dǎo)血管紋處的PC發(fā)生增殖,PC數(shù)量顯著增加而形態(tài)異常,與EC之間的連接異常松散,細(xì)胞間隙增大;包繞PC和EC的BM電子密度減少,PC的足突較正常增大且伸入基底膜,使其呈多層結(jié)構(gòu),BM連續(xù)性被破壞[15]。PVMs在噪聲暴露后發(fā)生形態(tài)變化,部分PVMs細(xì)胞胞體變小、足突變短,與毛細(xì)血管接觸面積減少;而噪聲暴露后PVMs分泌的PEDF在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平均明顯下調(diào),使EC細(xì)胞間的緊密連接相關(guān)蛋白(如ZO-1、VE-Vadherin)合成減少,進(jìn)而破壞血-迷路屏障的完整性,導(dǎo)致其通透性增加[19]。

        在能量代謝方面,噪聲暴露之后耳蝸外側(cè)壁處的Na+/K+ATP酶和Ca2+-ATP酶活性顯著降低,使內(nèi)耳離子轉(zhuǎn)運(yùn)發(fā)生障礙[24],Na+/K+ATP酶活性降低可進(jìn)一步激活PKC,使Occludin高度磷酸化,導(dǎo)致血管通透性增加,破壞血-迷路屏障[17]。

        在血管紋受到噪聲損傷的同時(shí),其修復(fù)過程也同樣展開。血液循環(huán)中的骨髓細(xì)胞能夠通過分化形成新生血管,對(duì)組織缺血造成的損傷進(jìn)行修復(fù)[25]。同樣,噪聲暴露后,誘生型一氧化氮合酶(induced nitric oxide synthase,iNOS)表達(dá),產(chǎn)生大量一氧化氮(NO),介導(dǎo)骨髓細(xì)胞趨化聚集到損傷的血管紋處參與血管修復(fù),噪聲暴露4周后,趨化到血管紋處的骨髓細(xì)胞逐漸分化為血管周圍細(xì)胞成分,大部分分化為PVMs細(xì)胞,其他分化為PC和EC[4]。噪聲暴露8周后螺旋韌帶上II型纖維細(xì)胞有明顯再生,但血管紋更新現(xiàn)象在不同研究者的觀察中并不一致[6,26]。

        噪聲損傷后的恢復(fù)期,耳蝸外側(cè)壁逐漸開始修復(fù)過程,而強(qiáng)噪聲暴露遺留的永久性聽閾閾移(permanent threshold shift,PTS)仍廣泛存在[6]。目前研究者多認(rèn)為PTS與噪聲造成的靜纖毛丟失、毛細(xì)胞凋亡、內(nèi)耳感覺細(xì)胞不可再生有關(guān)[6,27]。而在噪聲暴露早期,由于內(nèi)耳血流動(dòng)力學(xué)改變和血-迷路屏障的破壞而帶來的內(nèi)耳微環(huán)境的改變?nèi)绻軌蚣皶r(shí)得到糾正,則有可能逆轉(zhuǎn)噪聲對(duì)耳蝸感覺細(xì)胞的損傷,使噪聲暴露后形成的暫時(shí)性聽閾閾移(temporary threshold shift,TTS)恢復(fù)。因此,通過保護(hù)血-迷路屏障的完整性來保持內(nèi)耳微環(huán)境穩(wěn)態(tài)、維持正常離子轉(zhuǎn)運(yùn)和必要的內(nèi)耳高K+環(huán)境,對(duì)于保護(hù)毛細(xì)胞功能、減少噪聲性聽力損傷的程度具有重要意義。

        隨著耳蝸組織學(xué)和病理生理學(xué)研究的深入,血-迷路屏障在耳蝸噪聲和炎性損傷中的作用正引起耳科學(xué)者越來越多的關(guān)注。對(duì)血-迷路屏障的進(jìn)一步研究將有助于進(jìn)一步明確噪聲致聽覺損傷的病理生理機(jī)制,以便更有效地進(jìn)行聽覺防護(hù)和噪聲性聽力損失的治療。

        1 韓維舉,史曉瑞,Nuttall A.噪聲刺激致豚鼠外毛細(xì)胞凋亡時(shí)半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3激活和凋亡誘導(dǎo)因子轉(zhuǎn)移[J].中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志,2007,42:515.

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        (2014-07-18收稿)

        (本文編輯 雷培香)

        10.3969/j.issn.1006-7299.2015.04.026

        時(shí)間:2015-6-17 9:56

        R764.43+3

        A

        1006-7299(2015)04-0427-04

        * 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.81170908)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.81470683)資助

        1 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科(北京 100853); 2 總政治部機(jī)關(guān)門診部

        韓維舉(Email:hanweiju@aliyun.com)

        網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20150617.0956.024.html

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