張艷芳 郭玉芬 徐百成

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 (蘭州 730030)

在聽覺系統(tǒng)中，哺乳動(dòng)物的耳蝸毛細(xì)胞將機(jī)械聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，毛細(xì)胞去極化從而釋放神經(jīng)遞質(zhì)，通過聽神經(jīng)纖維將神經(jīng)沖動(dòng)傳入聽覺中樞。內(nèi)耳毛細(xì)胞（Inner Hair Cells,IHC）是真正編碼聲音信息的感覺細(xì)胞，聲音通過IHC與螺旋神經(jīng)節(jié)之間的帶狀突觸進(jìn)行編碼處理，該結(jié)構(gòu)在持續(xù)高精度編碼聲音信號(hào)中起著重要作用[1]。越來越多的證據(jù)表明噪聲、耳毒性藥物及年齡會(huì)導(dǎo)致帶狀突觸相關(guān)性耳聾，是感音神經(jīng)性聾的重要機(jī)制，本文就耳聾與相關(guān)帶狀突觸的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 耳蝸帶狀突觸的特征

耳蝸帶狀突觸具有獨(dú)特的形態(tài)和分子結(jié)構(gòu)，其形態(tài)和功能分化是保持聽覺沖動(dòng)神經(jīng)遞質(zhì)高效而精準(zhǔn)釋放的基礎(chǔ)，是聽功能成熟最關(guān)鍵的步驟之一。

1.1 帶狀突觸的微觀結(jié)構(gòu)

帶狀突觸存在于多種類型細(xì)胞中，如前庭毛細(xì)胞、視網(wǎng)膜感光細(xì)胞和雙極細(xì)胞以及松果體細(xì)胞。不同類型的細(xì)胞、同一細(xì)胞不同發(fā)育階段的帶狀突觸的形態(tài)和功能也因空間位置和生理狀態(tài)的不同而不同[2]。帶狀突觸組成突觸前膜，其直徑在100-200nm，呈球形或卵圓形。帶狀突觸有一個(gè)大的穩(wěn)定的囊泡池，先前研究證實(shí)其中大約包括280個(gè)囊泡，該結(jié)構(gòu)的存在使得可以在短時(shí)間內(nèi)釋放大量囊泡以進(jìn)行信息傳遞[3]。Liu對(duì)C57bl/6j小鼠采用免疫熒光標(biāo)記結(jié)合三維重建技術(shù)證實(shí)耳蝸中每個(gè)IHC帶狀突觸的平均數(shù)量為16.10±1.03個(gè)[4]，與先前研究人員發(fā)現(xiàn)的帶狀突觸的平均值近似。

1.2 帶狀突觸的分子組成及功能

突觸帶主要由細(xì)胞基質(zhì)Ribeye蛋白組成，Ribeye蛋白是轉(zhuǎn)錄輔抑制因子Ctbp2的剪接變體，有A、B兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，A結(jié)構(gòu)域位于帶狀突觸的內(nèi)部，形成突觸的支架，與Ctbp2結(jié)構(gòu)相同的B結(jié)構(gòu)域與其他蛋白質(zhì)結(jié)合以拴住囊泡[5]。楊樂等研究發(fā)現(xiàn)小鼠IHC突觸帶及Ctbp2信號(hào)在出生時(shí)即已存在，此后逐漸發(fā)育完善，據(jù)此作者認(rèn)為IHC帶狀突觸是聽覺發(fā)生的前提條件[6]。但是也有學(xué)者認(rèn)為Ribeye蛋白只是帶狀突觸功能形成的輔助成分，Becker[7]等觀察到敲除Ribeye蛋白的KO小鼠中帶狀突觸完全消失，聽力學(xué)上僅表現(xiàn)為輕微的聽力損失，進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)小鼠耳蝸中鈣通道數(shù)量變化很小，這可能也說明帶狀突觸的功能變化不依賴于該蛋白。

除了Ribeye蛋白之外，Bassoon和Piccolo蛋白對(duì)維持帶狀突觸的結(jié)構(gòu)一樣重要。帶狀突觸通過Bassoon蛋白固定在IHC上，它們?cè)谕挥|前結(jié)構(gòu)和功能的維持及帶狀突觸的組裝中起重要作用。研究表明，當(dāng)Bassoon蛋白被敲除后，小鼠對(duì)聽覺的敏感性無明顯變化，但對(duì)時(shí)間的分辨率下降[8]。

IHC通過帶狀突觸的Ca2+依賴性胞吐作用將聲音編碼為神經(jīng)沖動(dòng)，此前類似的研究表明[9]，耳蝸中的CaV1.3通道可以被較低的電壓激活、緊密聚集在活躍區(qū)域，是介導(dǎo)快速、持續(xù)胞吐作用的理想鈣通道。在IHC中，瞬時(shí)和持續(xù)的胞吐機(jī)制由不同的CaV1.3通道亞型完成，Vincent[10]等研究發(fā)現(xiàn)IHC通過CaV1.3的長短來精細(xì)控制突觸傳遞，短C末端同工型主要編碼瞬時(shí)的胞吐成分，長的同工型主要維持持續(xù)的胞吐作用。此外在發(fā)育過程中Ca2+內(nèi)流的變化可以調(diào)節(jié)Ribeye蛋白的組裝，共同調(diào)節(jié)帶狀突觸的大小，從而發(fā)揮作用。但是目前為止，關(guān)于CaV1.3通道如何調(diào)節(jié)帶狀突觸的大小及毛細(xì)胞中Ca2+儲(chǔ)存是否在這一過程中發(fā)揮作用尚需進(jìn)一步研究。圖1是內(nèi)毛細(xì)胞帶狀突觸相關(guān)模式圖。

圖1 內(nèi)毛細(xì)胞帶狀突觸模式圖Fig.1 Ribbon synaptic pattern of inner hair cells

1.3 帶狀突觸的可塑性

Ribeye蛋白是帶狀突觸的動(dòng)態(tài)支架，在進(jìn)行物質(zhì)交換過程中表現(xiàn)出高度的流動(dòng)性以適應(yīng)突觸的變化。Bassoon和Piccolo蛋白可以誘導(dǎo)神經(jīng)元活性調(diào)節(jié)基因表達(dá)，誘導(dǎo)突觸前分子的重新排列[2]。多數(shù)研究認(rèn)為Ca2+水平在突觸可塑性中發(fā)揮重要的作用，通過電鏡發(fā)現(xiàn)，由Ca2+內(nèi)流引起的自發(fā)放電率的增加/減少可以引起突觸小泡的大小和數(shù)量的變化[11]。先前研究發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜中帶狀突觸可以根據(jù)光線的強(qiáng)弱調(diào)整突觸的大小，Wong等對(duì)斑馬魚的體外研究也發(fā)現(xiàn)了耳蝸中帶狀突觸存在類似的調(diào)節(jié)，通過Ribeye蛋白與NAD+/NADH的相互作用共同調(diào)節(jié)帶狀突觸的大小[12]。噪聲及耳毒性藥物對(duì)聽力損傷可逆性的研究報(bào)道也進(jìn)一步說明帶狀突觸存在一定的可塑性。

2 耳蝸帶狀突觸與耳聾的相關(guān)性

2.1 噪聲引起的突觸病變

噪聲性聽覺損傷被認(rèn)為涉及多種病理生理機(jī)制，包括缺血、代謝障礙、氧化應(yīng)激導(dǎo)致的耳蝸細(xì)胞凋亡。噪聲性聽力損失導(dǎo)致的內(nèi)毛細(xì)胞突觸減少是聽覺突觸病變的一種形式。噪聲暴露后突觸間隙積累過量谷氨酸，被認(rèn)為是噪聲性耳聾最主要的機(jī)制[13]。多數(shù)研究通過共聚焦顯微鏡證實(shí)了噪聲暴露后耳蝸中帶狀突觸的數(shù)量減少、體積逐漸增大，并出現(xiàn)色帶的空洞化，此外還發(fā)現(xiàn)一部分突觸向細(xì)胞核周圍移動(dòng)，不再與IHC膜并列，導(dǎo)致突觸帶遠(yuǎn)離聽神經(jīng)纖維，不再與聽神經(jīng)末梢緊密連接參與突觸傳遞，從而導(dǎo)致耳聾的發(fā)生[14,15]。近年來，通過對(duì)內(nèi)毛細(xì)胞帶狀突觸的電生理研究發(fā)現(xiàn)噪聲誘導(dǎo)的突觸病變對(duì)高閾值、低自發(fā)放電率（SR）神經(jīng)纖維具有選擇性，低SR突觸的突觸前帶往往比高SR突觸的突觸前帶體積更大，結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，低SR神經(jīng)纖維對(duì)噪聲環(huán)境下的聽力尤為重要，噪聲暴露后會(huì)優(yōu)先損傷低SR神經(jīng)纖維，低SR減少，使突觸囊泡釋放減少，導(dǎo)致耳聾[16]。噪聲損傷會(huì)導(dǎo)致聽力閾值的提高，多數(shù)研究證實(shí)其閾值是否可逆主要取決于噪聲暴露的時(shí)間及強(qiáng)度[17-19]。

噪聲暴露會(huì)導(dǎo)致聽覺過敏，是耳鳴的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，噪聲性聾表現(xiàn)為在相同噪聲環(huán)境下主要對(duì)耳蝸的高頻聽力損傷，通常伴有耳鳴，隨著噪聲的暴露，逐漸累及聽神經(jīng)及耳蝸全長，出現(xiàn)漸進(jìn)性的不可逆性聽力損傷。目前體內(nèi)外的研究證實(shí)神經(jīng)營養(yǎng)因子（NT-3）及BDNF可以促進(jìn)噪聲損傷下帶狀突觸的再生，增加突觸密度、降低聽覺閾值，是目前治療噪聲導(dǎo)致的耳聾最有效的手段。Zhao[20]等發(fā)現(xiàn)噪聲暴露下細(xì)胞外K+濃度升高會(huì)導(dǎo)致IHC帶狀突觸的變性和腫脹，應(yīng)用K+通道阻滯劑可減輕IHC帶狀突觸的變性。此外根據(jù)谷氨酸興奮機(jī)制，目前也有研究發(fā)現(xiàn)通過藥理學(xué)阻滯劑，如谷氨酸受體拮抗劑可以有效對(duì)抗噪聲引起的聽覺損傷[21]。

2.2 年齡增長導(dǎo)致的突觸病變

老年患者常伴有聲音敏感度、時(shí)間分辨率降低及背景噪聲下的交流困難等多種聽力障礙表現(xiàn)。年齡相關(guān)性聽覺損傷與突觸的丟失密切相關(guān)[22]。Xiong[23]等觀察到隨著年齡的增長，帶狀突觸在更高頻率會(huì)出現(xiàn)更明顯的丟失，同時(shí)該研究中使用免疫熒光標(biāo)記發(fā)現(xiàn)小鼠帶狀突觸的胞吞功能也表現(xiàn)為降低的趨勢(shì)，說明老年性聾可能與帶狀突觸的數(shù)量和功能減退都有關(guān)。另外研究也發(fā)現(xiàn)線粒體ATP水平的下降也是老年性聽力損傷的另一個(gè)重要原因，隨著ATP水平的降低，囊泡的運(yùn)輸能量不足，使帶狀突觸的數(shù)量及功能降低，衰老引起的帶狀突觸損傷減少了向上一級(jí)神經(jīng)元傳遞的神經(jīng)沖動(dòng)信號(hào)，從而導(dǎo)致聽力損傷[24]。噪聲也可以加重衰老導(dǎo)致的聽力損傷，年齡增長導(dǎo)致聽力閾值增加及耳蝸基底部突觸數(shù)量減少，噪聲聯(lián)合老化時(shí)會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的損傷模式，帶狀突觸丟失逐漸由高頻區(qū)向低頻區(qū)擴(kuò)展，出現(xiàn)不可逆性聽力損失[25]，且以往長期的觀察發(fā)現(xiàn)，早年有噪聲暴露的患者，其年老時(shí)聽力損失的程度更嚴(yán)重[26]。目前對(duì)年齡相關(guān)性聽覺突觸病變的治療主要也是以神經(jīng)營養(yǎng)因子為主。

2.3 耳毒性藥物對(duì)突觸的影響

耳蝸帶狀突觸是耳毒性藥物及噪聲環(huán)境暴露下優(yōu)先攻擊的靶點(diǎn)[2,19]。研究發(fā)現(xiàn)低劑量的慶大霉素可以引起帶狀突觸相關(guān)蛋白（如Ribeye及Otoferlin）合成障礙，影響帶狀突觸神經(jīng)遞質(zhì)的釋放造成耳聾[27]。Hong[28]等對(duì)分子水平的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：在正常的耳蝸中帶狀突觸聚集在IHC的基部并成對(duì)出現(xiàn)，氨基糖苷類藥物誘導(dǎo)后，帶狀突觸從IHC的基部移至核周圍，伴隨著突觸對(duì)的解離和數(shù)目的減少。以往的研究認(rèn)為耳毒性藥物對(duì)突觸的損傷是不可逆的，但最近的研究發(fā)現(xiàn)氨基糖苷類藥物損傷可能存在代償效果[29]，因?yàn)樵诙拘运幬飺p傷環(huán)境中CaV1.3蛋白表現(xiàn)為先增加后減少再增加的趨勢(shì)，這可能也提示帶狀突觸對(duì)這類藥物存在一定的代償作用。但是目前關(guān)于耳毒性藥物如何引起突觸病變的具體機(jī)制尚不清楚，多數(shù)研究推測(cè)可能與氧自由基損傷、線粒體損傷有關(guān)。Li[30]等發(fā)現(xiàn)成纖維生長因子22(Fgf22）可減輕慶大霉素引起的耳毒性和聽力損害，肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C(MEF2C)是Fgf22的下游因子，上調(diào)Fgf22可以抑制MEF2C，從而導(dǎo)致IHC帶狀突觸的數(shù)量增加。此外相關(guān)研究表明煙酰胺核糖苷具有抗氧化性，可提高多種動(dòng)物組織中NAD+的水平，促進(jìn)突觸的恢復(fù)及內(nèi)耳形態(tài)的維護(hù)，從而保護(hù)聽力[31]。

3 聽力學(xué)診斷

耳蝸突觸病變是一種特殊類型的感音神經(jīng)性聾，主要是帶狀突觸數(shù)量或功能的改變導(dǎo)致IHC和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞之間的突觸傳遞異常。目前突觸病變的診斷主要依靠客觀聽力學(xué)檢查。聽性腦干反應(yīng)，聽覺閾值不變，但是ABR波I振幅降低，提示可能存在突觸病變[32]；Liberman等對(duì)比了噪聲暴露高風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)人群耳蝸功能檢查，發(fā)現(xiàn)其ECochG中SP/AP比值高風(fēng)險(xiǎn)組較低風(fēng)險(xiǎn)組明顯升高，由此推測(cè)SP/AP比值對(duì)耳蝸突觸病變也具有診斷價(jià)值[33]。此外言語誘發(fā)聽性腦干反應(yīng)與頻率跟隨反應(yīng)對(duì)突觸病變也具有一定的指導(dǎo)價(jià)值[34]。

4 展望

耳蝸帶狀突觸的形態(tài)和功能有著獨(dú)特的特點(diǎn)，針對(duì)帶狀突觸的解剖學(xué)和生理學(xué)研究仍需要繼續(xù)深入，因?yàn)檫@是開展突觸病變治療的基礎(chǔ)。未來，針對(duì)耳蝸帶狀突觸的病理學(xué)和由此引起的聽覺通路功能障礙應(yīng)該是聾病病因研究的重點(diǎn)，我們期望可以有更成熟的技術(shù)在人類耳蝸中更加深入的研究帶狀突觸，在此基礎(chǔ)上關(guān)于帶狀突觸的保護(hù)及再生機(jī)制研究可以發(fā)現(xiàn)對(duì)突觸病變更有效的治療靶點(diǎn)。