耳聋的精准医学

吴皓 陶永 赵幸乐

聋病是重大公共卫生问题，听力障碍人群人数达3.6亿，我国现有听力言语残疾者2 780万，占残疾人总数的三分之一[1]。耳聋不仅影响患者言语交流、增加老年痴呆的风险、危害人类健康，更带来巨大的社会经济负担。听觉通路复杂，致病因素较多，耳聋个体差异大，且与遗传、环境等因素关系密切。目前，我国已进入老年化社会，耳聋的发生率和疾病谱都明显改变，当前的耳聋研究和诊疗模式已不能满足耳聋预防和健康管理的需求。

健康中国概念的提出，标志着以预防为主、关口前移的新医疗模式的推广。在此背景下，结合个体信息开展疾病治疗的精准医学成为疾病诊疗新模式。精准医学是通过检查患者的个体基因组、生理状况和所处环境，同时根据患者的个体需求而量身定制诊治方案[2]，是个体化医疗结合最新的遗传检测技术的产物，是现代医学的新方向，相对于个性化治疗十分困难且成本高昂，精准医学以精确的方式治疗类似生物标志物的患者群，更符合经济学的考量。精准发现致病基因及潜在治疗靶点，打造更加精准的疾病诊断、治疗、预防体系，有利于提升耳聋的整体诊疗水平，促进耳聋防治步入新阶段。

1 耳聋的精准诊断

精准医疗的核心要素是精准、高效的诊断检测。以大样本研究获得基本的分子机制体系，根据患者的基因型、表型等，结合现代遗传学、分子影像学、生物信息学，可建立精准诊断体系，这是耳聋精准医学的基石。借助于检测技术的发展，临床医生能够对患者亚群进行分类，可以更准确地判断预后并对疾病进展或疗效进行更精准的监测。

精准诊断需要多学科的协作。传统的耳聋诊断以听力学评估为主，操作简单、费用较低，但是单纯的听力学检查只能进行表型鉴定，无法预警危险因素和评估预后，不能充分了解耳聋患者复杂的病理生理机制。近些年遗传学在耳聋诊断中发挥着重要作用，基因组学在耳聋诊断中的应用，尤其是高通量测序的应用，使得耳聋的诊断可以从表型扩展到遗传机制。传统影像学在耳聋诊断中多作为辅助方法，用来判断内耳、中耳是否有畸形；随着分子影像学的发展和大数据的丰富，影像学在耳聋诊断的精细化和智能化上将有更大的突破。结合出生前检测、新生儿听力筛查和耳聋基因检测，可以对耳聋进行精准诊断、科学评估预后。通过多学科的共同努力，研发灵敏度更高、特异性更强和临床实用性更好的耳聋检测方法。

精准诊断需要多领域的融合。在当前临床医学的模式中，临床医生掌握患者的主诉、症状和检查结果，但生理、生化、免疫和影像学检查仅是冰山一角，超出医生理解和能力的致病机制依然不明。只有在分子水平上认识疾病的致病机制，明确有效的分子生物标志物，才能精准地将疾病分类，从而寻找治疗靶点。转录组学、蛋白质组学和代谢组学测试因其准确性和易用性的提高，也逐渐发挥出它们的作用。随着蛋白质组学平台建设的推广，超灵敏、高覆盖代谢组原位分析技术研发的发展、液体活检、分子影像学等精准诊断技术的快速进步，使耳聋的诊断将越来越灵敏和精准。

精准诊断需要多技术的集成。遗传性聋是耳聋的主导因素，基因检测在耳聋精准诊断中发挥重要作用；目前应用于遗传性疾病基因鉴定的技术主要包括基因芯片、二代测序、三代测序等。基因芯片是将大量DNA探针或基因片段按特定的排列方式固定在载体上，形成有序的DNA分子点阵，基因芯片可以同时检测多个样品、多个基因的近百个突变位点，具有操作简便、结果准确、通量高、价格低廉的特点；第二代测序技术是通过捕捉新合成的末端标记来确定DNA的序列，性价比高，是目前主流的耳聋基因测序方法；第三代测序技术不需要经过PCR扩增；结合最新数字PCR的第三代测序可能是未来耳聋精准基因检测的方向[3]。基因诊断对迟发性耳聋亦有诊断价值，迟发性耳聋约占儿童期耳聋发病率的四分之一，与GJB2基因p.V37I突变密切相关[4]，基因筛查可以发现迟发性耳聋易感人群。目前耳聋的基因诊断基于全外显子测序等基因组分析技术，但编码区变异仅占所有致病变异的一部分。基因结构变体、拷贝数变异都可以导致遗传性耳聋，全外显子测序并不能完全识别。全基因组测序(WGS)不仅可以提供全外显子组测序靶向区域变异，还可以识别非编码区的遗传变异、拷贝数变异和结构变体；随着测序和计算成本的不断降低，全基因组测序将更为普及，从而可以更精准地实现耳聋诊断[5]。

精准诊断需要多队列的数据。全球精准医学整体仍处于起步阶段，技术和平台发展迅速，但仍面临发展瓶颈，缺少大规模的人群队列的数据是原因之一。精准诊断需要分析个体变异和疾病的关系，分析变异需要健康人群的数据、患病人群的数据的比较，健康人群和患病人群的数据主要来自于队列的研究。全球已建设多个大型队列，如美国百万人群队列、英国生物银行和欧盟的泛欧生物库计划等规模达数十万甚至数百万，但是符合精准医学要求的队列刚刚起步。全国各大医疗机构大多建有疾病数据库，由于涉及数据安全、隐私保护、成果分配、数据共享等难题，不同机构的数据标准也不尽相同，需要进一步开发分析技术。我国有雄厚的人群资源基础，丰富的基线数据及疾病谱调查资料，通过先天性耳聋、老年性耳聋队列的前瞻性研究，可了解我国人口听力下降的现患情况和高危因素，寻找耳聋诊断重要指标，为精准诊断提供依据。

2 耳聋的精准治疗

目前，助听器或人工耳蜗植入是耳聋患者听觉补偿的主要方法。随着电极工艺的提升和基因测序等精准医疗工具的发展，伴随基因治疗基础研究的进步，以及影像技术的提升、机器人技术的推广、组织工程水平的提高，耳聋治疗的个体化、精准化逐渐成为现实。

病毒载体可高效实现遗传性聋的基因治疗。高效转染的腺相关病毒推动了基因治疗的快速发展，新的腺相关病毒可以高效转染耳蜗毛细胞，携带目的基因经内耳注射后可以感染小鼠所有的内毛细胞[6]。Ush1c综合征小鼠表现为先天性耳聋、前庭障碍和色素性视网膜炎的症状，经腺相关病毒介导的基因治疗可以恢复Ush1c综合征小鼠听力和前庭功能[7]。后半规管注射腺相关病毒可以部分恢复Whrn敲除小鼠的听力和前庭功能[8]。针对其它常染色体遗传性耳聋，如UGLUT3，均有建立小鼠模型并成功进行基因治疗的文献报道[9]。

干扰转录也可以精准治疗遗传性耳聋。RNA干扰(RNAi)技术通过小干扰RNA片段阻遏基因的转录，增加对目标mRNA的表达抑制。Tmc1突变耳聋小鼠耳蜗注射人工合成的干扰RNA，可以结合于Tmc1突变基因，抑制其转录，从而治疗小鼠显性遗传性耳聋[10]。

毛细胞再生可有效实现听力的恢复。Atoh1是毛细胞转分化的关键基因，在 E13.5开始表达后，诱导支持细胞向毛细胞转分化。最近证实Atoh1激活形成毛细胞必需依赖于Sox2的下调，故Atoh1的表达和转分化从耳蜗底回开始[11]。调控耳蜗毛细胞Wnt、Notch信号通路可以实现小鼠毛细胞再生，有望成为耳聋精准治疗的新靶点[12]。

基因编辑工具可精准开展基因治疗。CRISPR/Cas9基因编辑工具效率的提升，使得基因编辑工具在体内的应用得到推广。核糖核酸蛋白介导的基因编辑能高效并安全地进行基因编辑，Cas9蛋白在基因编辑后即降解，避免了反复基因编辑导致的脱靶效应。基因编辑工具治疗Tmc1基因突变导致的遗传性耳聋，实现毛细胞功能的恢复并极大改善了耳聋小鼠的听力。基因测序结果表明基因编辑脱靶率极低，证实了内耳基因编辑的安全性[13]，对致聋基因进行精准修改实现耳聋的治疗已成为可能。单碱基编辑工具是一种新的基因编辑工具，不依赖于同源重组修复，直接将一种碱基对永久转变成另一种碱基对，不会诱导DNA双链结构断裂，可以高效地进行基因编辑[14]。单碱基编辑工具已经在生命科学领域得到广泛的应用，包括小鼠内耳的基因编辑。将混合有BE3-guideRNA的脂质体注射至新生小鼠内耳，可以修改内耳细胞的Vegfa基因；虽然体内的碱基转化效率较低，但内耳局部注射可以靶向多种细胞，为内耳基因治疗提供了新的工具[15]。单碱基编辑工具可能是未来开展耳聋基因治疗的有效工具。

组织工程技术推动外耳畸形精准治疗。先天性小耳畸形是整形外科修复重建领域中的重点和难点，也是耳科学的常见问题。传统的修复重建方法目前主要为自体肋软骨移植和人工支架植入，自体肋软骨移植可能会造成胸部手术切口感染和胸廓畸形，而且对医师的雕刻技艺要求较高，难以保证重建耳廓外形的美观；而人工支架植入有可能存在感染、移植物排斥和组织外露等风险。组织工程技术将具有分化成软骨能力的种子细胞种植于支架材料，构建具有耳廓形态与功能的组织工程耳，为先天性小耳畸形的治疗提供了新的方案[16]，这是中国人开展的国际上首例组织工程耳的临床试验。

3 耳聋的精准预防

分子流行病调查结果显示，GJB2、SLC26A4、mtRNA突变是中国人最常见的耳聋致病原因，对以上基因进行筛查可以为我国部分耳聋患者明确致病原因。利用耳聋基因检测技术建立耳聋三级预防，可以降低耳聋的发病率。一级预防主要目标人群是有耳聋家族史或已育聋儿的夫妇等高危人群，婚育前行耳聋基因筛查，对筛查未通过者，进行婚育指导；二级预防主要是指产前咨询诊断，通过对有耳聋家族史或已育聋儿孕妇羊水或绒毛膜穿刺，运用基因芯片判断胎儿是否存在致聋基因突变并告知家庭；三级预防目标是对耳聋患儿早发现、早诊断和早干预，开展新生儿或广泛人群普遍听力筛查及耳聋基因筛查，早期了解新生儿是否携带耳聋基因及新生儿的听力情况[17]。

目前我国主要实施新生儿耳聋基因筛查结合听力筛查模式，产前筛查及产前诊断的覆盖率较低。三级防控体系的建立、精准医疗计划的推进，耳聋出生缺陷预防势必会更上一个台阶；这需要政府投入，完善相关医疗设施；需要科学普及，使民众充分意识到婚前基因筛查和产检诊断的必要性；对检测到致聋基因的新生儿应密切随访，及早发现可能的听力障碍；对于发现的耳聋患儿及早干预，制定合适的治疗方案，防止因聋致哑，避免更大的损失。

4 耳聋精准医学展望

对微观、介观结构的精准认知是精准医学的基石。结合前沿显微成像技术，可以绘制内耳细胞类型及神经连接图谱；结合双光子钙成像等技术可以探索毛细胞和神经细胞的相互作用；结合转录组学和基因组学确定毛细胞基因调控图谱，揭示毛细胞突触传递调控机制，从而全面揭示耳聋发生的神经生物学机制，为精准诊断提供更明确证据。

2017年12月全球第一个基因治疗药物Luxturna的问世，为遗传性疾病的精准治疗展示了乐观的前景。在耳聋动物模型成功实现基因治疗的基础上，探索各种遗传性耳聋动物模型的基因治疗，可以为临床试验的安全性和有效性提供更多参考。非人灵长类动物解剖结构和生理状况更接近于人体，积极开展非人灵长类动物的内耳基因治疗探索，可以突破啮齿类动物模型基因治疗研究和人类临床治疗之间的解剖壁垒和技术瓶颈。通过推动耳聋基因治疗的临床转化，可以早日实现耳聋的精准治疗。

人工智能技术的发展将加速耳聋精准治疗在临床的应用。耳科机器人、耳科导航系统的研发将使耳聋患者的手术越来越精细化。3D打印技术是精准医学发展的又一推动力，3D打印的颞骨模型能提高耳科医生的解剖技术和手术技巧，利用计算机模拟智能打印缺损组织，可促进耳外科治疗更加智能化[18]。

随着医学的快速发展和患者的需求提升，精准医学逐渐得到世界各国的认可和重视，在我国更上升为国家战略。在此背景下，需要广大耳科学同仁们共同努力，首先推动耳聋精准防治的技术和模式研究，通过预防来控制疾病应该是精准医疗的最终目标，需要建立正常人群和耳聋易感人群队列，开展前瞻性研究和随访研究，以提供耳聋与群体特征相匹配的个体化疾病预防模式，推动遗传性聋、老年性聋、噪声性聋的精准防治。其次推动耳聋精准诊断手段的多样化，通过基因组学、表观基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学研究来鉴定耳聋特异性生物标志物，结合影像学、分子诊断等技术，开发早期发现、筛查和诊断耳聋的方法。最后推动耳聋的精准治疗的临床转化，精准治疗是精准医疗的重要环节，需兼顾患者的分子特征、健康档案、各类组学、影像学结果，采用高度个体化和疾病特异性的方案，通过靶向分子治疗、靶向抗体治疗和个体化细胞治疗，并结合智能手术设备以实现耳聋的治疗。希望通过我们的锐意进取，早日将全新的疾病认知、现代化的诊疗体系和创新性的健康管理整合到聋病的诊治中，推动耳聋精准医学的跨越式发展。