耳蜗炎症反应在噪声性耳聋中的作用机制

张国平 邹静

第二军医大学附属长海医院耳鼻咽喉头颈外科（上海200433）

噪声性耳聋（Noise-Induced Hearing Loss，NIHL）是指由于暴露于有害的噪声环境，导致以内耳损伤为主要特征的感音神经性耳聋。过去认为内耳是被血-迷路屏障隔绝起来的“免疫豁免”器官，但后来人们逐渐认识到，在感染、噪声等因素刺激下，耳蜗的“天然免疫系统”会被迅速激活，出现炎症反应，越来越多的研究发现，耳蜗内炎症反应是噪声性耳聋的一个重要致病机制[1-3]。NIHL早期以4kHz处的感音神经性听力下降为主要表现，随后逐渐出现高频区广泛性甚至全频区域的听阈提高[4]。接触噪声后出现的耳聋于一定时间内能够恢复至原来听力水平，这种暂时性的耳聋，称为“暂时性阈移”（Transient Threshold Shift，TTS），相反，对于那些噪声暴露后听力不能恢复至原水平的，称之为“ 永 久 性 阈 移 ”（Permanent Threshold Shift，PTS）。噪声性耳聋患者以工业噪声引起为主，尤其是在发展中国家，机器相对落后并且噪声防护意识较低；另外在某些特殊场合，如某些娱乐场所、飞机起飞时、轮船的机舱内以及军人射击时均会出现较强的噪声，由此引起的噪声性耳聋也越来越受到重视。据估计，噪声性耳聋的患病人数仅次于老年性耳聋[5]，全球约有5%-12%的人群患有噪声性耳聋[6]，对这部分人群的社会活动造成了不同程度的影响。

1 既往噪声性耳聋的耳蜗内致病机制

第一，机械损伤，高强度噪声可引起内耳基底膜剧烈震动，毛细胞与盖膜之间的剪切运动显著增加，造成毛细胞听毛的损伤、断裂，甚至corti器脱位、内耳毛细血管破裂出血、前庭窗膜破裂等[7-9]。第二，噪声暴露后发现不同程度的毛细胞凋亡，这被认为是造成永久性阈移的主要原因[10]；第三，长时间噪声暴露后会造成耳蜗内代谢异常，耳蜗内能量大量消耗，甚至耗竭，细胞色素氧化酶、Na-K ATP酶等多种酶系统功能紊乱，使得毛细胞无法进行有效的声电转换[11,12]；第四，噪声暴露后耳蜗内产生大量的过氧化物质，而游离的ROS可以造成内耳广泛性损伤[13]，第五，可在耳蜗毛细胞内观察到钙离子超载现象[14]；第六，强噪声可引起耳蜗“血-迷路屏障”的紧密连接蛋白表达减少、通透性增加，破坏内耳稳态，尤其是扰乱各种离子的平衡，影响毛细胞的换能[15,16]；第七，噪声除了损伤内耳毛细胞、血迷路屏障以外，同时噪声暴露使内毛细胞过度释放谷氨酸—兴奋性神经递质，引起谷氨酸毒性反应，造成突触后螺旋神经元的损伤甚至死亡[17]；对于噪声导致的暂时性阈移，并没有出现类似于永久性阈移时的大量毛细胞丢失，而是发现耳蜗内毛细胞与螺旋神经元周围突之间的带状突触连接显著减少或错位，这种突触病变也可能是上述谷氨酸毒性反应的结果[18-20]。

2 耳蜗炎症反应在噪声性耳聋中的作用机制

2.1 NIHL的耳蜗炎症反应情况

耳蜗内的主要免疫细胞之一为巨噬细胞[21]。耳蜗内的巨噬细胞（cochlear macrophage），形态是类圆形或伴有多个突起，可以分为两类：第一，“耳蜗固有巨噬细胞”（cochlear resident macrophage），它们在机体出现“危险信号”时，迅速被激活，类似于其他组织内的固有巨噬细胞（resident tissue macrophage），如肺巨噬细胞、肝kuffer细胞、表皮朗格汉斯细胞等；另一部分是由循环系统中的单核细胞浸润而来[2,21]，噪声暴露后，这些巨噬细胞主要出现在耳蜗外侧壁螺旋韧带、螺旋神经节、螺旋缘，少量分布于蜗轴、基底膜，前庭膜、鼓阶等处[22]。同循环系统巨噬细胞一样，耳蜗巨噬细胞也起到吞噬异物或内源性细胞碎片、产生炎症因子以及抗原呈递等功能。耳蜗固有巨噬细胞是从何而来的呢？Takayuki Okano通过利用造血干细胞移植技术发现，骨髓源性细胞在耳蜗内结构性表达于螺旋韧带、螺旋神经节以及听神经，偶有表达于基底膜下表面和血管纹，并且这些细胞中80%以上具有巨噬细胞的表型特征，表达Iba1+、CD68+、F4/80+[21]等活化巨噬细胞表型标志，故而认为耳蜗巨噬细胞主要起源于骨髓，而非卵黄囊。在Stephen V.Tornabene的研究中，给予小鼠噪声暴露后2小时，耳蜗内即出现MCP-1、MCP-5、MIP-1β、ICAM-1等细胞因子的mRNA表达提高，作者认为这部分炎性因子是由耳蜗固有巨噬细胞产生，随后这些炎症因子趋化并活化更多的巨噬细胞，造成噪声暴露后12小时耳蜗外侧壁螺旋韧带及鼓阶上开始出现大量的CD45阳性、F4/80阳性细胞，直至一周后仍有阳性细胞存在，而在正常耳蜗内这些细胞很少出现[2]。噪声暴露后出现的大量炎症细胞是由局部细胞有丝分裂而来还是由循环系统浸润而来呢？在Keiko Hirose的研究中，噪声暴路后上述部位的CD45+细胞显著增加，实验中给小鼠注射一种核苷酸类似物BrdU，研究噪声暴露后增多的CD45+细胞是否含有BrdU，如果是有丝分裂而来的新生细胞，那么这些新生细胞则含有BrdU，而结果显示这些细胞并不含有BrdU，因此作者认为这些细胞不是由耳蜗内的细胞原位有丝分裂而来，而是由循环系统中的白细胞浸润而来[1]。另一项研究中得出了类似的结果，该研究通过手术造成内耳炎症模型，发现创伤后耳蜗内CD68+细胞为原位增殖细胞的比例很少，推测增多的CD68+细胞多为循环系统浸润而来[21]。

有的学者认为，噪声暴露后耳蜗内出现的Iba1+细胞与中枢神经系统中的小胶质细胞相似，称之为“小胶质细胞样细胞”（microglial like cells），具有吞噬和分泌细胞因子的功能，正常情况下这种小胶质样细胞呈现为未激活的状态：小胞体且具有长而多的分枝突起，少量散在分布于耳蜗的螺旋缘、螺旋神经节、螺旋韧带处，这种细长的突起可能是用于监视周围更大范围内的组织有无病原体入侵或自身细胞损伤物质，噪声暴露后，耳蜗上述部位的小胶质样细胞被激活，转变成阿米巴样形态：较大的包体且具有较少而粗的突起，且数量明显增多，阿米巴样形态有助于炎症细胞向病变部位迁移，这些活化的小胶质样细胞参与噪声暴露后耳蜗内的炎症反应，加重组织损伤[10]。而作者并没有指出“小胶质细胞样细胞”与其他研究中所说的Iba1+的“耳蜗巨噬细胞”有何区别。

耳蜗外侧壁纤维细胞是耳蜗内最为丰富的细胞，也是噪声暴露后参与炎症反应的主要细胞之一，噪声暴露后，耳蜗外侧壁纤维细胞可以分泌多种炎症因子，如MCP-I、TNF-α、IL、ICAM-1等，促进炎症反应。有研究认为噪声暴露后螺旋神经元自身也会产生炎症因子参与炎症反应。另外，耳蜗内Deiters’细胞可以起到类似于吞噬细胞的功能，高强度噪声暴露导致外毛细胞的凋亡或坏死，这些外毛细胞的碎片由Deiters’细胞吞噬清除。

噪声暴露后，耳蜗内炎症相关细胞增多、活化的同时，伴随着大量炎症因子的表达增多，如TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1、MIP-1、ICAM-1、iNOS、TIMP-1等等[10,25]，这些炎症因子可以加重耳蜗毛细胞等重要细胞的损伤。如TNF-α通过结合细胞表面受体TNFR，一方面启动死亡受体信号通路，激活caspase凋亡蛋白级联反应，促进毛细胞通过外源性凋亡途径凋亡，同时还可以通过MAPK/JNK途径调节Bcl-2家族蛋白的合成，促进内源性线粒体凋亡途径，加速毛细胞的凋亡；另一方面，TNF-α激活免疫相关细胞内的NF-kB信号通路，促进细胞因子的合成[3,26]。炎症因子一方面作用于耳蜗组织，加重组织损伤，另一方面可以趋化更多炎症细胞浸润，后者产生更多炎症因子，使得组织损伤进一步加重，而后者更加促进炎症细胞的浸润，造成恶性循环。当然这一循环不会无终止的持续下去，在促炎细胞因子产生的同时也有一些抑炎成分的合成，如IL-10、A20等，使得炎症反应在一定的程度内受到调控[27]。

2.2 NIHL耳蜗炎症反应的可能机制

机体组织内存在着“天然免疫系统”，也可以称之为“固有免疫系统”，当机体内出现“危险信号”时，固有免疫系统会被迅速激活，引发炎症反应。当感染存在时，“危险信号”即为入侵的病原体，称之为“病原相关分子模式”（Pathogen Associated Molecular Paternals,PAMPs）；当机体受到创伤后，受损组织内出现的“危险信号”并非病原体，而是由严重受损的、凋亡或坏死的细胞释放而来，称之为“损伤相关分子模式”（Damage Associated Molecular Paternals,DAMPs），如：热休克蛋白、高迁移率蛋白1、线粒体DNA、低分子量透明质酸等，这些DAMPs与固有免疫细胞上的“模式识别受体”（Pattern Recognition Receptors，PRRs）结合，进而激活固有免疫系统，随后主要通过NF-kB信号通路促进各种炎症因子的产生[28-30]。噪声损伤是一种特殊的创伤，故推测噪声损伤内耳后，可能释放DAMPs。能够识别DAMPs的“模式识别受体”主要有Toll样受体、RIG-1样受体、NOD样受体，其中Toll样受体4（TLR4）是与DAMPs关系最为密切且研究最多的PRR[29]。当前已有研究发现耳蜗内存在TLR4、TLR2等模式识别受体[27,31]，因此推测噪声暴露后耳蜗内释放DAMPs，后者与耳蜗内TLR等PRR结合，从而激活耳蜗内固有免疫系统，进而诱发炎症因子的合成及炎症细胞的浸润，促进噪声性耳聋的发生。噪声暴露后，耳蜗内除了固有免疫系统被激活以外，耳蜗免疫细胞的抗原呈递功能也被激活，“主要组织相容性抗原Ⅱ（MHCⅡ）”表达显著增多，抗原呈递功能的活化是连接固有免疫反应与适应性免疫反应的桥梁，进而诱发后续适应性炎症反应[32]。

另外，既往研究已经证实，噪声暴露可以损伤内耳“血迷路屏障”的超微结构，而屏障功能的破坏为炎性细胞的浸润提供了良好的通道。噪声暴露后血管纹紧密连接蛋白表达降低，内皮细胞间的紧密连接减少，内皮细胞外的基底膜层连续性中断，血管周细胞部分足突与内皮细胞分离，使得血液内的免疫球蛋白、离子等多种物质易于渗透进入淋巴液[15,16,33]，由此不仅可以导致内耳内环境的紊乱，并且使得循环系统中的炎症细胞易于通过破损的血迷路屏障向耳蜗浸润，这一点与前面所述的噪声暴露后耳蜗内出现大量骨髓源性炎症细胞这一现象相互印证。

3 抑制炎症反应可以减轻噪声性耳聋的程度

由上述可见，噪声性耳聋的耳蜗内出现了炎症反应，这样“炎症”成为了一个未来治疗噪声性耳聋的靶点。既往报道通过抑制小胶质细胞样细胞活性可以减轻毛细胞损失量[34]，由此推测，抑制炎症细胞的活性可能减轻噪声性耳聋的程度。地塞米松具有强大的抗炎作用，体外实验发现地塞米松可以抑制由于TNF-α诱发的毛细胞凋亡[26]，临床上也有应用甲强龙治疗噪声性耳聋获得良好治疗效果的报道[35]。在众多炎症因子中，TNF-α是最为重要的因子之一，这就使得通过抑制TNF-α成为一个治疗噪声性耳聋的可能途径[3]。有研究发现噪声暴露后会引起耳蜗内TNF-α增多，与此同时螺旋动脉血管收缩使内耳血供减少，内耳氧供减少、离子失衡，加重毛细胞损伤，当给予TNF-α抑制剂依那西普（etanercept）进行治疗时，发现噪声暴露后耳蜗螺旋动脉收缩程度及内耳血供明显改善，听力也得到一定程度的保护[36]。IL-6是另一个在噪声暴露后耳蜗内显著升高的炎症因子，在螺旋神经节和耳蜗外侧壁细胞内显著增多[25]，Kenichiro Wakabayashi等的研究中，向噪声暴露后的小鼠腹腔内注射IL-6受体抗体MR16-1，结果发现，噪声暴露后耳蜗螺旋神经节处螺旋神经元损失数量减少、炎症细胞浸润减轻，并且听力也得到一定程度的改善[37]。IL-1可以激活“应激活化蛋白激酶—JNKs”信号通路，进而可引起毛细胞凋亡，应用JNKs抑制剂可以抑制由于IL-1引发的毛细胞凋亡，起到减轻噪声性耳聋程度的作用[38-39]。

综上所述，噪声作为一种创伤，可能是通过释放某些损伤相关分子模式激活耳蜗固有免疫系统、破坏血迷路屏障功能，趋化炎症细胞浸润并合成释放炎症因子，加重内耳毛细胞的凋亡和内环境的紊乱，进而促成噪声性耳聋的发生，基于这一机制，使得抗炎治疗成为治疗噪声性耳聋的一种可能有效途径。