李文妍 李華偉
(1復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻喉科,2耳鼻喉科研究院,上海 200031)
專家簡(jiǎn)介李華偉,教授,博士生導(dǎo)師,973項(xiàng)目首席科學(xué)家,長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授及國(guó)家杰出青年基金獲得者,教育部創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人,國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委突出貢獻(xiàn)中青年專家,上海市領(lǐng)軍人才和優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人。現(xiàn)任復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻喉科研究院院長(zhǎng),耳鼻喉科主任,上海市醫(yī)學(xué)會(huì)耳鼻咽喉頭頸外科分會(huì)副主任委員。致力于感音神經(jīng)性聾、周圍性眩暈發(fā)病機(jī)制和治療的研究。擅長(zhǎng)耳和側(cè)顱底顯微外科,將“精準(zhǔn)醫(yī)療”的理念引入人工耳蝸植入的圍手術(shù)期評(píng)估和手術(shù)治療中,在各型中耳炎、耳硬化癥、聽骨鏈畸形導(dǎo)致的傳導(dǎo)性聾的手術(shù)治療以及感音神經(jīng)性聾的人工耳蝸的植入手術(shù)方面均積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),開創(chuàng)了經(jīng)迷路上間隙保留聽骨鏈的面神經(jīng)全程減壓手術(shù)。
作為學(xué)科帶頭人,帶領(lǐng)復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院聽覺及言語疾病科的成員,每年完成耳顯微外科手術(shù)超過4 000例,已經(jīng)成為目前世界范圍內(nèi)業(yè)務(wù)量最大及設(shè)施最全的聽覺醫(yī)學(xué)???圍繞著聽覺損傷保護(hù)及再生、遺傳性聾診斷及發(fā)病機(jī)制、人工耳蝸優(yōu)化及臨床技術(shù)和耳顯微外科臨床技術(shù)研究等領(lǐng)域開展了一系列深入的研究工作,建立起了一支扎實(shí)的聽力學(xué)研究隊(duì)伍。聽覺醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)獲得了2011年復(fù)旦大學(xué)優(yōu)秀創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)稱號(hào)、上海市領(lǐng)先專業(yè)“重中之重”資助,培養(yǎng)出一批出色的青年研究人員。以第一作者或通信作者在NatMed、ProcNatlAcadSciUSA、EMBOMolMed以及JNeurosci等國(guó)際著名雜志上發(fā)表SCI收錄的論著80余篇,并獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng),教育部高等學(xué)校自然科學(xué)一等獎(jiǎng),上海市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng),中華醫(yī)學(xué)科技獎(jiǎng)等,先后主持國(guó)家杰青基金、國(guó)自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目、重大國(guó)際合作項(xiàng)目,以及科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、973項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家級(jí)和省部級(jí)課題。
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聽覺功能生物學(xué)修復(fù)和重建的研究進(jìn)展
李文妍1,2李華偉1,2△
(1復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院耳鼻喉科,2耳鼻喉科研究院,上海 200031)
感音神經(jīng)性耳聾是最常見的感官障礙疾病,在嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量的同時(shí)也帶來了沉重的家庭和社會(huì)負(fù)擔(dān)。盡管助聽器和人工耳蝸植入在一定程度幫助患者實(shí)現(xiàn)聽覺功能的部分恢復(fù),但是遠(yuǎn)未達(dá)到重建自然聽力的效果。因此通過生物學(xué)的方式修復(fù)耳蝸感覺上皮的遺傳缺陷以及促進(jìn)毛細(xì)胞損傷之后的功能再生是實(shí)現(xiàn)聽覺重建的理想途徑。本文從感音神經(jīng)性耳聾基因治療和毛細(xì)胞再生兩個(gè)方面綜述了聽覺功能生物學(xué)重建的研究進(jìn)展。
感音神經(jīng)性耳聾; 基因治療; 毛細(xì)胞再生; 聽力重建
耳蝸是我們能夠感知到自然界豐富美妙聲音的重要感知器官,精細(xì)復(fù)雜的耳蝸結(jié)構(gòu)為不同頻率和響度聲音的感知提供了解剖和生理基礎(chǔ)。在耳蝸的感覺上皮中,終末感受細(xì)胞毛細(xì)胞和支持細(xì)胞相間排列形成高度特化的耳蝸Corti器,也正是這種結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成異質(zhì)性和高耗能的特點(diǎn),耳蝸毛細(xì)胞極易受到遺傳缺陷、耳毒性藥物、噪音和外傷等因素的損害,導(dǎo)致感音神經(jīng)性耳聾[1]。
2013年WHO的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,全球聽力障礙的人數(shù)為3.6億人,在我國(guó)聽力殘疾是僅次于肢體殘疾的第二大致殘疾病。聽力障礙給患者在言語發(fā)育和社會(huì)交往方面帶來了極大的困難,同時(shí)也導(dǎo)致了嚴(yán)重的社會(huì)問題和經(jīng)濟(jì)問題。目前針對(duì)感音神經(jīng)性耳聾的治療依賴于能夠放大外界聲源的助聽器設(shè)備和植入電極直接刺激聽覺神經(jīng)的人工耳蝸設(shè)備,雖然這些治療措施能夠幫助患者實(shí)現(xiàn)部分聽覺功能的恢復(fù),但是遠(yuǎn)未達(dá)到重建自然聽力的效果。
相對(duì)于魚類、禽類等非哺乳動(dòng)物而言,哺乳動(dòng)物耳蝸毛細(xì)胞損傷之后不能夠再生,將導(dǎo)致不可逆的聽覺功能障礙。因此探索毛細(xì)胞損傷機(jī)制,修復(fù)耳蝸感覺上皮的功能缺陷以及促進(jìn)毛細(xì)胞損傷之后的功能再生是實(shí)現(xiàn)聽覺重建的理想途徑,也是耳科學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)生和研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。
感音神經(jīng)性耳聾的基因治療
感音神經(jīng)性耳聾的基因治療概況 感音神經(jīng)性耳聾是最常見的感官和功能缺陷性疾病,其中2/3的語前聾由遺傳因素引起,而95%以上的遺傳性耳聾是受一對(duì)等位基因控制的單基因遺傳病,一直是遺傳學(xué)研究和基因治療的重點(diǎn)。相對(duì)于其他組織器官而言,耳蝸感覺上皮位于堅(jiān)固的內(nèi)耳骨性結(jié)構(gòu)中,存在天然的血-迷路屏障,為基因治療提供了一個(gè)相對(duì)封閉的干預(yù)空間,能最大限度地減少基因治療載體向周圍的擴(kuò)散,降低對(duì)周圍組織和全身其他系統(tǒng)的影響,為感音神經(jīng)性耳聾的基因治療提供了便利。
在感音神經(jīng)性耳聾基因治療策略的制定過程中,需要考慮到突變基因致病機(jī)制、靶細(xì)胞以及基因載體等多方面的因素[2]。特定的突變基因?qū)⒂绊憙?nèi)耳特定的細(xì)胞類型,在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能層面上影響正常的感音功能,因此充分研究耳蝸感覺上皮中各細(xì)胞成分的生物學(xué)特點(diǎn),目標(biāo)基因在耳蝸中的時(shí)空表達(dá)特點(diǎn)和致病機(jī)制,對(duì)于基因治療策略的選擇(基因替代、基因沉默和基因編輯),基因治療靶細(xì)胞的確定,基因治療載體、內(nèi)耳徑路以及治療時(shí)間窗的選擇都具有重要意義。
感音神經(jīng)性耳聾基因治療靶細(xì)胞 目前的研究表明50%的遺傳性感音神經(jīng)性耳聾是由于毛細(xì)胞表達(dá)基因的突變所導(dǎo)致[3],在毛細(xì)胞頂端成簇狀排列的纖毛結(jié)構(gòu)中存在機(jī)械傳導(dǎo)通道,該通道能夠?qū)C(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成電化學(xué)活動(dòng),是毛細(xì)胞實(shí)現(xiàn)感音功能的重要組成部分,當(dāng)編碼機(jī)械傳導(dǎo)通道結(jié)構(gòu)蛋白基因發(fā)生突變,將干擾機(jī)械信號(hào)向電信號(hào)的傳導(dǎo)過程,導(dǎo)致感音神經(jīng)性耳聾,是耳蝸感覺上皮中最脆弱、最容易受到遺傳因素影響的部分[3]。支持細(xì)胞是內(nèi)耳感覺上皮中另外一個(gè)重要的組成成分,為毛細(xì)胞提供機(jī)械支撐,同時(shí)發(fā)揮穩(wěn)定內(nèi)耳微環(huán)境的重要作用,支持細(xì)胞和支持細(xì)胞之間形成縫隙鏈接,這種縫隙鏈接通道主要由Connexin蛋白家族成員Connexin26和Connexin 30所組成,其中編碼Connexin26的Gjb2基因突變是導(dǎo)致人類感音神經(jīng)性耳聾的最常見的遺傳突變[4]。此外,血管紋是位于耳蝸中階外側(cè)的結(jié)構(gòu)成分,主要由邊緣細(xì)胞、中間細(xì)胞、基底細(xì)胞和毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成,對(duì)于產(chǎn)生和維持耳蝸中階的高鉀環(huán)境和內(nèi)淋巴電位具有重要的作用[5]。因此毛細(xì)胞、支持細(xì)胞和血管紋細(xì)胞都可能成為基因治療的靶標(biāo),在基因治療策略的制定過程中,需要針對(duì)不同的靶細(xì)胞選擇相應(yīng)的內(nèi)耳徑路和基因載體。
感音神經(jīng)性耳聾基因治療徑路與載體 內(nèi)耳徑路主要包括經(jīng)圓窗或卵圓窗注射的外淋巴徑路,以及經(jīng)耳蝸打孔或內(nèi)淋巴囊注射的內(nèi)淋巴徑路兩種,具體徑路的選擇依賴于靶細(xì)胞的類型和載體的特點(diǎn)?;蛑委熭d體包括病毒載體和非病毒載體,其中病毒載體包括慢病毒、腺病毒和腺相關(guān)病毒載體,由于不同的病毒載體轉(zhuǎn)染的細(xì)胞類型、效率以及表達(dá)的時(shí)間窗有很大的差別,病毒載體的選擇對(duì)于治療效果有很大的影響。我們?cè)谇捌诘难芯窟^程中分別比較了新生小鼠和成年鼠中階內(nèi)淋巴徑路注射12種不同血清型的腺相關(guān)病毒和慢性毒對(duì)耳蝸感覺上皮不同細(xì)胞亞群的感染效率和外源性基因的表達(dá)水平,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在新生鼠階段經(jīng)耳蝸中階注射病毒能夠有效地感染耳蝸感覺上皮的各型細(xì)胞(不同的血清型感染的細(xì)胞類型有差異)而不會(huì)影響其正常的聽覺功能[6-7]。在成年鼠階段中階注射各型腺相關(guān)病毒感染的細(xì)胞類型與新生鼠階段類似,感染的部位與注射的部位有關(guān),同時(shí)注射會(huì)導(dǎo)致注射耳外毛細(xì)胞的死亡和聽覺功能的喪失[6]。Luk H.Vandenberghe課題組將最新合成的AAV載體Anc80L65通過圓窗膜注射入內(nèi)耳,獲得了極高的內(nèi)外毛細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率(達(dá)90%),同時(shí)不會(huì)損傷毛細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能,為以毛細(xì)胞修復(fù)為目的的基因治療提供了良好的載體[8]。此外還有非病毒載體如陽離子脂質(zhì)體等,盡管目前相關(guān)的研究應(yīng)用仍然不多,但鑒于這些合成材料的生物安全性和缺乏免疫原性的特點(diǎn),在某些特定的情況下仍有可能被廣泛應(yīng)用,產(chǎn)生優(yōu)于病毒載體的效果[2]。
感音神經(jīng)性耳聾的基因治療進(jìn)展 目前盡管感音神經(jīng)性耳聾的基因治療仍未進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,但是在實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)產(chǎn)生了一些令人振奮的研究成果:2012年Lawrence R.Lustig課題組利用AAV1-Vglut3轉(zhuǎn)染耳蝸毛細(xì)胞實(shí)現(xiàn)了Vglut3基因缺陷性小鼠的聽覺功能恢復(fù),是哺乳動(dòng)物毛細(xì)胞基因治療的第一個(gè)成功案例[9]。我們課題組與美國(guó)埃默瑞大學(xué)合作研究項(xiàng)目中,利用編碼鉀離子通道亞基KCNQ1基因敲除小鼠模擬人類重度先天性耳聾的Jervell and Lange-Nielsen (JLN)綜合征,并在P0-P2小鼠的耳蝸中階注射AAV-Kcnq1載體,成功挽救了轉(zhuǎn)基因小鼠耳蝸的結(jié)構(gòu)和聽覺功能,是第一個(gè)針對(duì)耳蝸血管紋基因治療的成功案例[9]。2015年Jeffery Holt的課題組利用跨膜通道蛋白1(TMC1)基因敲除小鼠和點(diǎn)突變小鼠(Beethoven小鼠)模型模擬人類的DFNB7/11和DFNA36遺傳性耳聾,并利用AAV2/1-Cba-TMC1成功感染耳蝸內(nèi)毛細(xì)胞并有效表達(dá)TMC1,改善了小鼠的聽覺功能[10]。此外最新的研究表明,利用Anc80L65合成的AAV病毒載體,能夠顯著提高Usher綜合征1C型模型小鼠的聽力和前庭功能狀態(tài),甚至達(dá)到野生小鼠的水平[11]。
上述成功的基因治療案例主要是針對(duì)突變基因功能的缺失或者不足而采取的基因替代治療策略,而在遺傳性聾的發(fā)病機(jī)制中,90%以上的遲發(fā)型聾是顯性遺傳的單基因突變導(dǎo)致的,其中約一半以上突變的致病機(jī)制是突變等位基因表達(dá)產(chǎn)物的顯性負(fù)效應(yīng)。因此,通過減少突變等位基因表達(dá)量的基因治療策略,有可能減少異常的表達(dá)產(chǎn)物的累積,從而促進(jìn)聽覺功能的恢復(fù)。
基于CRISPR/Cas9的人工核酸酶基因組定點(diǎn)編輯技術(shù),為基因治療過程中特定的基因組序列的敲除或堿基的改變提供了理想的工具。我們課題組成員前期參與的研究工作中,利用陽離子脂質(zhì)體成功地將Cas9-sgRNA復(fù)合物導(dǎo)入小鼠內(nèi)耳中,在20%的毛細(xì)胞中實(shí)現(xiàn)了Cas介導(dǎo)的基因修飾,對(duì)該系統(tǒng)的深入研究將為基因治療提供新的方法和工具[12]。
目前的研究成果顯著推進(jìn)了本領(lǐng)域基因治療的研究,并為進(jìn)一步的臨床研究奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上利用大型哺乳動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)研究,將為臨床治療的安全性和有效性提供良好的參考標(biāo)準(zhǔn)。
耳蝸毛細(xì)胞的功能再生包括遺傳缺陷在內(nèi)的各種損傷因素終將導(dǎo)致耳蝸毛細(xì)胞不可逆的損傷和缺失,是感音神經(jīng)性耳聾的主要因素,因此促進(jìn)毛細(xì)胞再生,重建耳蝸感覺上皮結(jié)構(gòu)和功能的完整性,被認(rèn)為是聽覺功能恢復(fù)的理想途徑[1]。研究認(rèn)為在胚胎發(fā)育的過程中,支持細(xì)胞和毛細(xì)胞來源于相同的前體細(xì)胞亞群,新生鼠耳蝸中純化的支持細(xì)胞在體外培養(yǎng)的過程中能夠增殖并分化為毛細(xì)胞,因此支持細(xì)胞被認(rèn)為是毛細(xì)胞再生的理想細(xì)胞來源[13]。毛細(xì)胞再生的方式主要有兩種,一種是受損細(xì)胞周圍的支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化,但這種再生方式必然伴隨著支持細(xì)胞數(shù)目的減少和耳蝸Corti器結(jié)構(gòu)的改變;另一種是支持細(xì)胞重新進(jìn)入細(xì)胞周期,增殖后部分轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞,在再生毛細(xì)胞的同時(shí)能夠維持支持細(xì)胞數(shù)目的穩(wěn)定,對(duì)于聽覺功能的恢復(fù)具有重要的意義。
支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化 Atoh1是決定毛細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子[14],在小鼠胚胎發(fā)育過程中以及新生鼠階段的支持細(xì)胞中高表達(dá)Atoh1能夠促進(jìn)支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化[15]。盡管有研究表明在成年豚鼠的耳蝸中高表達(dá)Atoh1能夠促進(jìn)耳蝸毛細(xì)胞的再生和聽覺功能的恢復(fù)[16],但隨后大量的研究表明無法重復(fù)出類似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[17-18],認(rèn)為該過程僅僅涉及受損毛細(xì)胞的修復(fù),并不存在功能意義上的毛細(xì)胞再生[19]。最新的研究表明,聯(lián)合P27Kip1基因敲除和高表達(dá)Atoh1,以及同時(shí)上調(diào)Gata1/Pou4f3與Atoh1,均能夠促使成年小鼠耳蝸支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化,為利用Atoh1激活成年鼠毛細(xì)胞再生提供了新的研究思路[20]。
Notch信號(hào)通路在內(nèi)耳的發(fā)育過程中發(fā)揮著重要的作用,在內(nèi)耳發(fā)育的早期,Notch信號(hào)的持續(xù)活化對(duì)于前感覺上皮的決定具有重要的作用,在耳囊中高表達(dá)NICD能夠促使異位感覺上皮的形成[21]。在內(nèi)耳發(fā)育的后期——毛細(xì)胞分化的過程中,Notch信號(hào)通路的活化能夠抑制毛細(xì)胞周圍細(xì)胞向毛細(xì)胞的分化,從而形成耳蝸感覺上皮中毛細(xì)胞和支持細(xì)胞相間排列的獨(dú)特的馬賽克樣結(jié)構(gòu),被稱之為“側(cè)向抑制作用”[22]。大量的研究表明,在內(nèi)耳的發(fā)育過程中通過小分子藥物(DAPT)或者敲除Notch信號(hào)通路的關(guān)鍵基因來抑制Notch信號(hào)通路,能夠促進(jìn)支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化,產(chǎn)生大量的異位毛細(xì)胞[23]。在成年鼠噪音性耳聾模型中也發(fā)現(xiàn),利用Notch信號(hào)通路的小分子抑制劑,能夠促進(jìn)支持細(xì)胞向毛細(xì)胞的直接轉(zhuǎn)分化,促進(jìn)聽覺功能的部分恢復(fù)[24]。
毛細(xì)胞的增殖再生 2003年我們?cè)趪?guó)際上首次報(bào)道了成年鼠內(nèi)耳感覺上皮中存在干細(xì)胞,在體外培養(yǎng)的過程中能夠增殖,并定向誘導(dǎo)為內(nèi)耳的功能細(xì)胞。這一發(fā)現(xiàn)為激活內(nèi)耳細(xì)胞增殖和促進(jìn)毛細(xì)胞再生提供了嶄新的研究方向和視角[25]。隨后大量的研究試圖揭示內(nèi)耳干細(xì)胞的生物學(xué)特性和調(diào)控機(jī)制。2012年來自美國(guó)兩個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的研究者分別證實(shí)具有Wnt活性的Lgr5+支持細(xì)胞具有強(qiáng)的增殖和分化潛能,Lgr5被認(rèn)為是內(nèi)耳干細(xì)胞的特異性標(biāo)記[26-28]。利用轉(zhuǎn)基因小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示,在Lgr5+的內(nèi)耳干細(xì)胞中上調(diào)Wnt 信號(hào)通路的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子β-catenin能夠促進(jìn)Lgr5+內(nèi)耳干細(xì)胞的增殖,小部分增殖細(xì)胞能夠進(jìn)一步轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)毛細(xì)胞的增殖再生[29]。
我們近期的研究結(jié)果表明,抑制Notch信號(hào)通路在促進(jìn)支持細(xì)胞向毛細(xì)胞直接轉(zhuǎn)分化的同時(shí),會(huì)激活Lgr5+細(xì)胞的增殖并轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞,實(shí)現(xiàn)毛細(xì)胞的增殖再生,在這個(gè)過程中伴隨著Wnt信號(hào)通路的活化。我們的研究結(jié)果表明 Notch信號(hào)通路位于Wnt信號(hào)通路的上游,對(duì)Wnt信號(hào)通路活化所介導(dǎo)的支持細(xì)胞增殖具有抑制作用,在國(guó)際上首次提出Notch信號(hào)通路在維持內(nèi)耳感覺上皮細(xì)胞數(shù)目中的重要作用[30]。
此外我們還發(fā)現(xiàn)無論是上調(diào)Wnt信號(hào)通路還是抑制Notch信號(hào)通路,所產(chǎn)生的毛細(xì)胞增殖再生的區(qū)域主要位于耳蝸的頂圈,此外增殖支持細(xì)胞向毛細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的比率仍然很低。但耳蝸的底圈——對(duì)應(yīng)高頻感音區(qū)域是最容易受到各種因素?fù)p傷的部位,因此促進(jìn)耳蝸中、底圈的毛細(xì)胞增殖再生,同時(shí)提高增殖支持細(xì)胞向毛細(xì)胞分化的比率對(duì)于臨床上促進(jìn)聽覺功能的恢復(fù)具有重要的意義。
我們?cè)谥把芯康幕A(chǔ)上采用了多基因聯(lián)合調(diào)控細(xì)胞重編程的技術(shù),利用轉(zhuǎn)基因小鼠在上調(diào)Wnt信號(hào)通路的同時(shí)抑制Notch信號(hào)通路,同時(shí)高表達(dá)毛細(xì)胞命運(yùn)決定的重要轉(zhuǎn)錄因子Atoh1,顯著提高了支持細(xì)胞增殖的程度和范圍,同時(shí)增殖支持細(xì)胞向毛細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的比率也有了大幅度提高[31]。
但是同時(shí)我們也注意到,上述調(diào)控措施均不能促進(jìn)成年鼠耳蝸毛細(xì)胞的增殖再生,而促進(jìn)成年毛細(xì)胞的再生才是感音神經(jīng)性耳聾治療的核心。因此利用成年哺乳動(dòng)物研究促進(jìn)毛細(xì)胞增殖再生的生物學(xué)策略,探索成年毛細(xì)胞再生的調(diào)控措施,研發(fā)相應(yīng)的治療措施,是未來毛細(xì)胞再生研究的熱點(diǎn),同時(shí)也是難點(diǎn)問題。
綜上所述,基于基因治療的聽覺功能修復(fù)和激活毛細(xì)胞再生的聽覺功能重建都是目前促進(jìn)聽覺康復(fù)的研究熱點(diǎn),研究的不斷深入將加深我們對(duì)于感音神經(jīng)性耳聾發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí),促進(jìn)我們探索更加安全有效的聽覺功能生物學(xué)重建策略。
[1] BRIGANDE JV,HELLER S.Quo vadis,hair cell regeneration?[J].NatNeurosci,2009,12(6):679-685.
[2] AHMED H,SHUBINA-OLEINIK O,HOLT JR.Emerging gene therapies for genetic hearing loss[J].JAssocResOtolaryngol,2017.doi:10.1007/s10162-017-0634-8.
[3] SCHEFFER DI,SHEN J,COREY DP,etal.Gene expression by mouse inner ear hair cells during development[J].JNeurosci,2015,35(16):6366-6380.
[4] RABIONET R,GASPARINI P,ESTIVILL X.Molecular genetics of hearing impairment due to mutations in gap junction genes encoding beta connexins[J].HumMutat,2000,16(3):190-202.
[5] CHANG Q,WANG J,LI Q,etal. Virally mediated Kcnq1 gene replacement therapy in the immature scala media restores hearing in a mouse model of human Jervell and Lange-Nielsen deafness syndrome[J].EMBOMolMed,2015,7(8):1077-1086.
[6] SHU Y,TAO Y,LI W,SHEN J,etal.Adenovirus vectors target several cell subtypes of mammalian inner earinvivo[J].NeuralPlast,2016,2016:9409846.
[7] WANG Y,SUN Y,CHANG Q,etal.Early postnatal virus inoculation into the scala media achieved extensive expression of exogenous green fluorescent protein in the inner ear and preserved auditory brainstem response thresholds[J].JGeneMed,2013,15(3-4):123-133.
[8] LANDEGGER LD,PAN B,ASKEW C,etal. A synthetic AAV vector enables safe and efficient gene transfer to the mammalian inner ear[J].NatBiotechnol,2017,35(3):280-284.
[9] AKIL O,SEAL RP,BURKE K,etal. Restoration of hearing in the VGLUT3 knockout mouse using virally mediated gene therapy[J].Neuron,2012,75(2):283-293.
[10] ASKEW C,ROCHAT C,PAN B,etal.Tmc gene therapy restores auditory function in deaf mice[J].SciTranslMed, 2015,7(295):295ra108.
[11] PAN B,ASKEW C,GALVIN A,etal. Gene therapy restores auditory and vestibular function in a mouse model of Usher syndrome type 1c[J].NatBiotechnol,2017,35(3):264-272.
[12] ZURIS JA,THOMPSON DB,SHU Y,etal.Cationic lipid-mediated delivery of proteins enables efficient protein-based genome editinginvitroandinvivo[J].NatBiotechnol,2015,33(1):73-80.
[13] WHITE PM,DOETZLHOFER A,LEE YS,etal.Mammalian cochlear supporting cells can divide and trans-differentiate into hair cells[J].Nature,2006,441(7096):984-987.
[14] BERMINGHAM NA,HASSAN BA,PRICE SD,etal. Math1:an essential gene for the generation of inner ear hair cells[J].Science,1999,284(5421):1837-1841.
[15] ZHENG JL,GAO WQ.Overexpression of Math1 induces robust production of extra hair cells in postnatal rat inner ears[J].NatNeurosci, 2000,3(6):580-586.
[16] IZUMIKAWA M,MINODA R,KAWAMOTO K,etal.Auditory hair cell replacement and hearing improvement by Atoh1 gene therapy in deaf mammals[J].NatMed,2005,11(3):271-276.
[17] LIU Z,DEARMAN JA,COX BC,etal.Age-dependent in vivo conversion of mouse cochlear pillar and Deiters’ cells to immature hair cells by Atoh1 ectopic expression[J].JNeurosci,2012,32(19):6600-6610.
[18] KELLY MC,CHANG Q,PAN A,etal. Atoh1 directs the formation of sensory mosaics and induces cell proliferation in the postnatal mammalian cochleainvivo[J].JNeurosci,2012,32(19):6699-6710.
[19] YANG SM,CHEN W,GUO WW,etal.Regeneration of stereocilia of hair cells by forced Atoh1 expression in the adult mammalian cochlea[J].PLoSOne,2012,7(9):e46355.
[20] WALTERS BJ,COAK E,DEARMAN J,etal.Invivointerplay between p27Kip1,GATA3,ATOH1,and POU4F3 converts non-sensory cells to hair cells in adult mice[J].CellRep,2017,19(2):307-320.
[21] PAN W,JIN Y,STANGER B,KIERNAN AE.Notch signaling is required for the generation of hair cells and supporting cells in the mammalian inner ear[J].ProcNatlAcadSciUSA,2010,107(36):15798-15803.
[22] LANFORD PJ,LAN Y,JIANG R,etal.Notch signalling pathway mediates hair cell development in mammalian cochlea[J].NatGenet,1999,21(3):289-292.
[23] YAMAMOTO N,TANIGAKI K,TSUJI M,etal.Inhibition of Notch/RBP-J signaling induces hair cell formation in neonate mouse cochleas[J].JMolMed,2006,84(1):37-45.
[24] MIZUTARI K,FUJIOKA M,HOSOYA M,etal.Notch inhibition induces cochlear hair cell regeneration and recovery of hearing after acoustic trauma[J].Neuron,2015,86(1):341.
[25] LI H,LIU H,HELLER S.Pluripotent stem cells from the adult mouse inner ear[J].NatMed,2003,9(10):1293-1299.
[26] CHAI R,KUO B,WANG T,etal. Wnt signaling induces proliferation of sensory precursors in the postnatal mouse cochlea[J].ProcNatlAcadSciUSA,2012,109(21):8167-8172.
[27] CHAI R,XIA A,WANG T,etal.Dynamic expression of Lgr5,a Wnt target gene,in the developing and mature mouse cochlea[J].JAssocResOtolaryngol,2011,12(4):455-469.
[28] SHI F,KEMPFLE JS,EDGE ASB.Wnt-responsive Lgr5-expressing stem cells are hair cell progenitors in the cochlea[J].JNeurosci,2012,32(28):9639-9648.
[29] SHI F,HU L,EDGE ASB.Generation of hair cells in neonatal mice by β-catenin overexpression in Lgr5-positive cochlear progenitors[J].ProcNatlAcadSciUSA,2013,110(34):13851-13856.
[30] LI W,WU J,YANG J,etal.Notch inhibition induces mitotically generated hair cells in mammalian cochleae via activating the Wnt pathway[J].ProcNatlAcadSciUSA,2015,112(1):166-171.
[31] NI W,LIN C,GUO L,et al.Extensive supporting cell proliferation and mitotic hair cell generation byinvivogenetic reprogramming in the neonatal mouse cochlea[J].JNeurosci,2016,36(33):8734-8745.
Advancesinthebiologicalrestorationofthehearing
LI Wen-yan1,2, LI Hua-wei1,2△
(1DepartmentofOtolaryngology,2InstituteofOtolaryngology,Eyeamp;ENTHospital,FudanUniversity,Shanghai200031,China)
Sensorineural deafness is the most common disorders of senses,which severely impact the life quality and bring heavy burden to the family as well as the society.Current state-of-art treatments focus on sound amplification and implanted electrodes that stimulate the auditory nerve.These strategies offer partial recovery of function for a limited patient population but do not come close to restoring natural hearing.Clearly,there is strong need for development of biological treatments for the hearing restoration through correcting the genetic defects or regenerating the new hair cells on the damaged cochlear sensory epithelium.We reviewed the advances in the biological restoration of the hearing,including the gene therapy and the hair cell regeneration aspects.
sensorineural deafness; gene therapy; hair cell regeneration; hearing restoration
R764.43
A
10.3969/j.issn.1672-8467.2017.06.011
△Corresponding author E-mail:hwli@shmu.edu.cn
2017-10-01;編輯:張秀峰)