張艷芳 郭玉芬 徐百成

蘭州大學第二醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 (蘭州 730030)

在聽覺系統(tǒng)中，哺乳動物的耳蝸毛細胞將機械聲波轉換為電信號，毛細胞去極化從而釋放神經遞質，通過聽神經纖維將神經沖動傳入聽覺中樞。內耳毛細胞（Inner Hair Cells,IHC）是真正編碼聲音信息的感覺細胞，聲音通過IHC與螺旋神經節(jié)之間的帶狀突觸進行編碼處理，該結構在持續(xù)高精度編碼聲音信號中起著重要作用[1]。越來越多的證據表明噪聲、耳毒性藥物及年齡會導致帶狀突觸相關性耳聾，是感音神經性聾的重要機制，本文就耳聾與相關帶狀突觸的研究進展進行綜述。

1 耳蝸帶狀突觸的特征

耳蝸帶狀突觸具有獨特的形態(tài)和分子結構，其形態(tài)和功能分化是保持聽覺沖動神經遞質高效而精準釋放的基礎，是聽功能成熟最關鍵的步驟之一。

1.1 帶狀突觸的微觀結構

帶狀突觸存在于多種類型細胞中，如前庭毛細胞、視網膜感光細胞和雙極細胞以及松果體細胞。不同類型的細胞、同一細胞不同發(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。帶狀突觸有一個大的穩(wěn)定的囊泡池，先前研究證實其中大約包括280個囊泡，該結構的存在使得可以在短時間內釋放大量囊泡以進行信息傳遞[3]。Liu對C57bl/6j小鼠采用免疫熒光標記結合三維重建技術證實耳蝸中每個IHC帶狀突觸的平均數量為16.10±1.03個[4]，與先前研究人員發(fā)現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

突觸帶主要由細胞基質Ribeye蛋白組成，Ribeye蛋白是轉錄輔抑制因子Ctbp2的剪接變體，有A、B兩個結構域，A結構域位于帶狀突觸的內部，形成突觸的支架，與Ctbp2結構相同的B結構域與其他蛋白質結合以拴住囊泡[5]。楊樂等研究發(fā)現小鼠IHC突觸帶及Ctbp2信號在出生時即已存在，此后逐漸發(fā)育完善，據此作者認為IHC帶狀突觸是聽覺發(fā)生的前提條件[6]。但是也有學者認為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，聽力學上僅表現為輕微的聽力損失，進一步觀察發(fā)現小鼠耳蝸中鈣通道數量變化很小，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蛋白對維持帶狀突觸的結構一樣重要。帶狀突觸通過Bassoon蛋白固定在IHC上，它們在突觸前結構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Bassoon蛋白被敲除后，小鼠對聽覺的敏感性無明顯變化，但對時間的分辨率下降[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沖動，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，是介導快速、持續(xù)胞吐作用的理想鈣通道。在IHC中，瞬時和持續(xù)的胞吐機制由不同的CaV1.3通道亞型完成，Vincent[10]等研究發(fā)現IHC通過CaV1.3的長短來精細控制突觸傳遞，短C末端同工型主要編碼瞬時的胞吐成分，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+內流的變化可以調節(jié)Ribeye蛋白的組裝，共同調節(jié)帶狀突觸的大小，從而發(fā)揮作用。但是目前為止，關于CaV1.3通道如何調節(jié)帶狀突觸的大小及毛細胞中Ca2+儲存是否在這一過程中發(fā)揮作用尚需進一步研究。圖1是內毛細胞帶狀突觸相關模式圖。

圖1 內毛細胞帶狀突觸模式圖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態(tài)支架，在進行物質交換過程中表現出高度的流動性以適應突觸的變化。Bassoon和Piccolo蛋白可以誘導神經元活性調節(jié)基因表達，誘導突觸前分子的重新排列[2]。多數研究認為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，由Ca2+內流引起的自發(fā)放電率的增加/減少可以引起突觸小泡的大小和數量的變化[11]。先前研究發(fā)現視網膜中帶狀突觸可以根據光線的強弱調整突觸的大小，Wong等對斑馬魚的體外研究也發(fā)現了耳蝸中帶狀突觸存在類似的調節(jié)，通過Ribeye蛋白與NAD+/NADH的相互作用共同調節(jié)帶狀突觸的大小[12]。噪聲及耳毒性藥物對聽力損傷可逆性的研究報道也進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性

2.1 噪聲引起的突觸病變

噪聲性聽覺損傷被認為涉及多種病理生理機制，包括缺血、代謝障礙、氧化應激導致的耳蝸細胞凋亡。噪聲性聽力損失導致的內毛細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，被認為是噪聲性耳聾最主要的機制[13]。多數研究通過共聚焦顯微鏡證實了噪聲暴露后耳蝸中帶狀突觸的數量減少、體積逐漸增大，并出現色帶的空洞化，此外還發(fā)現一部分突觸向細胞核周圍移動，不再與IHC膜并列，導致突觸帶遠離聽神經纖維，不再與聽神經末梢緊密連接參與突觸傳遞，從而導致耳聾的發(fā)生[14,15]。近年來，通過對內毛細胞帶狀突觸的電生理研究發(fā)現噪聲誘導的突觸病變對高閾值、低自發(fā)放電率（SR）神經纖維具有選擇性，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，結構更復雜，低SR神經纖維對噪聲環(huán)境下的聽力尤為重要，噪聲暴露后會優(yōu)先損傷低SR神經纖維，低SR減少，使突觸囊泡釋放減少，導致耳聾[16]。噪聲損傷會導致聽力閾值的提高，多數研究證實其閾值是否可逆主要取決于噪聲暴露的時間及強度[17-19]。

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

2.2 年齡增長導致的突觸病變

老年患者常伴有聲音敏感度、時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。年齡相關性聽覺損傷與突觸的丟失密切相關[22]。Xiong[23]等觀察到隨著年齡的增長，帶狀突觸在更高頻率會出現更明顯的丟失，同時該研究中使用免疫熒光標記發(fā)現小鼠帶狀突觸的胞吞功能也表現為降低的趨勢，說明老年性聾可能與帶狀突觸的數量和功能減退都有關。另外研究也發(fā)現線粒體ATP水平的下降也是老年性聽力損傷的另一個重要原因，隨著ATP水平的降低，囊泡的運輸能量不足，使帶狀突觸的數量及功能降低，衰老引起的帶狀突觸損傷減少了向上一級神經元傳遞的神經沖動信號，從而導致聽力損傷[24]。噪聲也可以加重衰老導致的聽力損傷，年齡增長導致聽力閾值增加及耳蝸基底部突觸數量減少，噪聲聯(lián)合老化時會出現更嚴重的損傷模式，帶狀突觸丟失逐漸由高頻區(qū)向低頻區(qū)擴展，出現不可逆性聽力損失[25]，且以往長期的觀察發(fā)現，早年有噪聲暴露的患者，其年老時聽力損失的程度更嚴重[26]。目前對年齡相關性聽覺突觸病變的治療主要也是以神經營養(yǎng)因子為主。

2.3 耳毒性藥物對突觸的影響

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[2,19]。研究發(fā)現低劑量的慶大霉素可以引起帶狀突觸相關蛋白（如Ribeye及Otoferlin）合成障礙，影響帶狀突觸神經遞質的釋放造成耳聾[27]。Hong[28]等對分子水平的進一步研究發(fā)現：在正常的耳蝸中帶狀突觸聚集在IHC的基部并成對出現，氨基糖苷類藥物誘導后，帶狀突觸從IHC的基部移至核周圍，伴隨著突觸對的解離和數目的減少。以往的研究認為耳毒性藥物對突觸的損傷是不可逆的，但最近的研究發(fā)現氨基糖苷類藥物損傷可能存在代償效果[29]，因為在耳毒性藥物損傷環(huán)境中CaV1.3蛋白表現為先增加后減少再增加的趨勢，這可能也提示帶狀突觸對這類藥物存在一定的代償作用。但是目前關于耳毒性藥物如何引起突觸病變的具體機制尚不清楚，多數研究推測可能與氧自由基損傷、線粒體損傷有關。Li[30]等發(fā)現成纖維生長因子22(Fgf22）可減輕慶大霉素引起的耳毒性和聽力損害，肌細胞增強因子2C(MEF2C)是Fgf22的下游因子，上調Fgf22可以抑制MEF2C，從而導致IHC帶狀突觸的數量增加。此外相關研究表明煙酰胺核糖苷具有抗氧化性，可提高多種動物組織中NAD+的水平，促進突觸的恢復及內耳形態(tài)的維護，從而保護聽力[31]。

3 聽力學診斷

耳蝸突觸病變是一種特殊類型的感音神經性聾，主要是帶狀突觸數量或功能的改變導致IHC和螺旋神經節(jié)細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檢查。聽性腦干反應，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等對比了噪聲暴露高風險和低風險人群耳蝸功能檢查，發(fā)現其ECochG中SP/AP比值高風險組較低風險組明顯升高，由此推測SP/AP比值對耳蝸突觸病變也具有診斷價值[33]。此外言語誘發(fā)聽性腦干反應與頻率跟隨反應對突觸病變也具有一定的指導價值[34]。

4 展望

耳蝸帶狀突觸的形態(tài)和功能有著獨特的特點，針對帶狀突觸的解剖學和生理學研究仍需要繼續(xù)深入，因為這是開展突觸病變治療的基礎。未來，針對耳蝸帶狀突觸的病理學和由此引起的聽覺通路功能障礙應該是聾病病因研究的重點，我們期望可以有更成熟的技術在人類耳蝸中更加深入的研究帶狀突觸，在此基礎上關于帶狀突觸的保護及再生機制研究可以發(fā)現對突觸病變更有效的治療靶點。