氧化应激相关基因多态性与突发性聋的研究进展

龙梦琦 冯永 吴学文

中南大学湘雅医院耳鼻咽喉头颈外科（长沙410008）

耳鼻咽喉科重大疾病研究湖南省重点实验室（长沙410008）

氧化应激(Oxidative stress)是指在一些损伤因素的作用下可诱导体内大量自由基的堆积，当细胞中抗氧化保护机制不足时，活性氧（ROS）产生堆积并对细胞产生毒性，从而产生氧化和抗氧化的不平衡状态[1]。在正常生理状况下，生物体内的氧化代谢会产生少量的自由基，体内的抗氧化系统能及时清除以维持自由基的代谢平衡。机体内存在两大抗自由基氧化防御系统：酶性防御系统和非酶性防御系统[2]，前者包括超氧化物歧化酶（SOD）、血清对氧磷酶(PON)、一氧化氮合酶、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶等，后者包括葡萄糖、辅酶Q、丙酮酸等。目前已有研究表明[3]耳蜗毛细胞氧化应激损伤是多种感音性聋的病理学基础，氧化应激产生的高水平活性氧是造成耳蜗毛细胞损伤的重要物质，导致了耳蜗毛细胞内的氧化与抗氧化失衡。

突发性聋是指突然发生的，可在数分钟、数小时或3天以内，原因不明的感音神经性听力损失，至少在2个相邻频率听力下降≥20dB。突聋是耳鼻咽喉科常见急症之一。越来越多的研究表明氧化应激在突聋的发病机制中起重要作用，Gul F等[4]通过对比分析50例突聋患者及50例正常人的血清中各种氧化应激指标发现：突聋患者的总体氧化水平、总体氧化应激指数均明显高于正常组。Capaccio P等[5]也通过研究发现64%的突聋患者血清中各种活性氧浓度水平明显高于对照组，此外突聋患者的总体氧化应激指数也明显高于对照组，均说明氧化应激反应过程中的某些因子可能是突聋的致病因素之一。最近有许多学者研究发现氧化应激相关基因的多态性改变可能是突聋的重要致病易感因素，本文将关于此方面的研究进展作一综述。

1 氧化应激相关基因

1.1 超氧化物歧化酶（SOD）基因

SOD是体内存在的一种抗氧化酶，能将氧自由基歧化为过氧化氢（H2O2），H2O2进一步在过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶的催化下被清除，从而保护细胞免受损伤。SOD在哺乳动物体内有三种同工酶，分别是位于胞浆的SOD1、位于线粒体的SOD2和位于细胞外液的细胞外SOD3。SOD广泛定位于耳蜗，包括螺旋韧带、血管纹、螺旋神经节细胞和Corti器，并且SOD在内耳的活性要明显高于小脑和脑干等其他组织中的活性[6]。目前大量研究[7-9]关注SOD基因多态性与噪声性听力损失、年龄相关性听力损失的易感性之间的关系，仅有极少数病例研究着眼于SOD1和SOD2基因多态性与突聋的关系。

1.1.1 铜锌超氧化物歧化酶(SOD1)基因

SOD1编码基因位于人类染色体21q22，其基因组DNA长12kb，含有5个外显子，编码153个氨基酸，组成33kD的金属酶蛋白，具有清除胞浆中自由基和抗氧化的功能[10]。SOD1等位基因频率的多态性改变在不同人群中具有差异性，比如rs4998557位点中次要等位基因频率在欧洲人中仅有10%左右，而在日本人中可达45%[11]。Kitoh R等[11]学者研究发现，日本突聋人群中SOD1基因rs4998557在显性遗传模式下与正常人相比，其差异具有统计学意义（P=0.039，OR=1.53，95%CI=1.02-2.29），提示SOD1基因rs4998557位点的基因型GA或GG的突聋发病风险是基因型AA的1.53倍，说明该基因位点多态性改变可增加突聋的患病风险。此外，该研究还根据突聋患者的患病初始听阈水平(60dB以上或以下)以及眩晕和耳鸣的伴随情况进行分组，结果发现在患病初始听阈超过60dB组和耳鸣伴随组中，SOD1基因rs4998557在显性遗传模式下差异更加明显。以上研究说明SOD1基因rs4998557多态性改变与突聋发病可能存在一定相关性。

1.1.2 锰超氧化物歧化酶(SOD2)基因

SOD2编码基因位于人类染色体6q25，完整的人类SOD2基因是由5个外显子中间插入4个内含子所组成的单拷贝基因，编码蛋白为一条含有222个氨基酸残基的多肽链[10]。SOD2存在于细胞线粒体基质内，是线粒体内唯一能将超氧的阴离子转化为过氧化氢的抗氧化酶，是机体有效清除超氧阴离子自由基的金属酶[10]，也是内耳组织细胞中十分重要的抗氧化酶，并与SOD1共同组成体内抗氧化防御系统的第一道防线[12]。Liu等[7]对出现噪声性听力损失的中国人群进行SOD2基因多态性研究，发现SOD2基因rs4880位点的CT基因型是噪声性听力损失的一个危险因素。Teranishi M等[13]在日本人群中对SOD2基因Val16Ala（rs4880）与突聋及梅尼埃病的关系进行了分析研究，研究对象为84例突聋患者、82例梅尼埃病患者和2107例正常对照者，结果显示SOD2基因多态在2个病例组和正常对照组间的分布频率均没有统计学差异，但在听力损失超过50 dB的梅尼埃病患者中，SOD2基因rs4880位点C等位基因的出现频率明显高于听力损失少于50 dB的患者，说明该基因多态性可能与梅尼埃病进行性听力损失有关联。赵跃等[14]学者对云南地区78例突聋患者及85例对照人群进行遗传易感性研究发现：在所检测的SOD2基因rs5746136、rs2842960、rs4880中，rs5746136的 A/G基因型在病例组与对照组之间存在显著性差异(P＝0.016)，说明rs5746136 A/G基因型可能增加中国人突聋的发病风险，而rs2842960和rs4880在病例组与对照组之间无显著性差异。任俊宏等[15]学者以山西地区50例突聋患者为研究对象，对SOD2基因rs5746136、rs2842960、rs4800进行基因分析，结果也显示rs5746136位点上的A/G基因型可能是导致突聋患者发病的危险基因型，而rs2842960与rs4800与突聋患者的发病无明显相关性。以上结果均提示SOD2基因rs5746136位点上的A/G基因型可能是导致中国突聋患者发病的危险基因型，而rs4880可能与亚洲人群罹患突聋无明显相关性。

1.2 对氧磷酶（PON）基因

PON为一种能催化磷酸酯键水解的芳香酯酶，抗氧化应激是PON的重要功能。其基因家族包括：PON1、PON2、PON3，三种PON基因均位于人类染色体7q 21.3-22.1[13]。其中PON1有多个多态位点，目前研究最多的位点是Gln192Arg（rs662）、Met55Leu（rs854560）。PON2基因多态性常见位点为311和148，编码区311位丝氨酸与148位半胱氨酸分别被替换为甘氨酸和丙氨酸，命名为Ser311Gly和Cys148Gla[16]。国内李秀婷等[17]学者研究发现 PON2基因 rs7493、rs12026、rs7785846和rs7786401可能是导致职业性噪声聋发病的危险性因素。Düzer S等[18]通过对比突聋患者治疗前后血清PON水平，发现突聋恢复良好患者的治疗前血清PON水平低于治疗后水平，治疗后PON水平升高表明预后良好，这可能提示PON与突聋的发病之间存在一定关系。Teranishi M等[13]对PON1基因rs622和rs854560、PON2基因rs7493与突聋的关系进行了分析研究，结果发现以上基因多态在病例组和对照组间的分布频率均无统计学差异，但是PON1基因rs854560位点的T等位基因在疗效较好与疗效较差的突聋患者之间的分布频率具有统计学差异。这表明尽管PON1基因和PON2基因与突聋的患病风险没有明显相关性，但PON1基因rs854560可能在突聋患者的听力损失恢复过程中发挥一定作用，未来仍需要进一步扩大病例样本量进行研究。

1.3 内皮型一氧化氮合酶（eNOS/NOS3）基因

一氧化氮（NO）是一种自由基，也是一种重要的细胞信号分子，参与氧化应激、血管扩张、抑制血小板聚集、免疫反应和神经传递等生理过程，并能调节前庭及耳蜗血流。一氧化氮合酶（NOS）是体内催化合成一氧化氮的主要酶。NOS有以下几种亚型：神经型NOS或称NOS1、诱导型NOS（iNOS）或称NOS2、内皮型（eNOS）或称NOS3。其中eNOS/NOS3基因在人类染色体上定位于7q36，跨度约21 Kb，含有26个外显子和25个内含子，编码1203个氨基酸产物。近几年的研究发现eNOS/NOS3基因三个多态性位点即启动子786 T→C多态性、内含子4处的可变数目串联重复多态性（VNTR多态性）、外显子7处的894 G→T多态性可能与疾病的关系十分密切[19]。

eNOS/NOS3基因第4内含子的27bp VNTR多态性基因位点是决定血管壁NO基础水平最重要的基因位点。樊军等[20]学者对150例突聋患者按是否存在合并症进行分组，并设立正常对照组，分别通过PCR技术检测eNOS/NOS3基因第4内含子的27bp VNTR多态性（4b/4a）。结果显示无合并症组突聋患者血清中没有扩增出4a/a基因型，而对照组和合并症组（合并糖尿病、心血管疾病或脂代谢疾病）的基因型中涵盖4a/a、4b/4b、4b/4a三种基因型。合并症组与无合并症组相比三种基因型分布的差异具有统计学意义，二者分别与正常对照组比较差异也具有统计学意义。以上研究结果提示eNOS/NOS3基因第4内含子的27bp VNTR多态性可能与突聋的发 病 有 关 。 eNOS/NOS3 G894T（rs1799983）是eNOS/NOS3基因第7外显子上的第894位核苷酸转换（G→T），使第298位氨基酸残基上的谷氨酸（Glu）被天冬氨酸（Asp）取代。Yazdani N等[21]以伊朗地区77例突聋患者和100例正常人作为研究对象，分析eNOS/NOS3基因rs1799983多态性与突聋之间的关系，结果发现eNOS/NOS3基因G894T多态性与伊朗人群突聋发病之间存在显著相关性，且TT纯合子基因型可能为突聋的易感基因型。Teranishi M[22]等研究表明，eNOS/NOS3 rs1799983多态性与突聋易感性有关，且T等位基因可增加突聋患病风险，其调整性别和年龄后的OR值为2.108。此外，Fatini C等[23]同样发现在意大利人群中eNOS/NOS3 rs1799983多态性与突聋发病有一定关系。Kitoh R等[24]发现eNOS/NOS3基因rs1799983不仅与突聋患者发病存在相关性，而且是影响突聋患者预后的危险因素之一，其中GT和TT基因型患者预后差。eNOS/NOS3 894T等位基因的存在显著改变了其对红细胞变形能力的影响，eNOS/NOS3基因多态性导致NO利用受损，从而影响红细胞变形能力，进而增加血液粘度，导致微血管损伤[25]，以上可能是eNOS/NOS3 G894T（rs1799983）多态性改变增加突聋患病风险的机制。

1.4 解偶联蛋白2（UCP2）基因

解偶联蛋白（UCPs）是位于线粒体内膜上参与质子转运的一类蛋白家族，可将呼吸链氧化过程与磷酸化过程解偶联，降低跨膜质子电化学梯度，限制ATP合成，导致能量以热的形式消耗掉，即所谓的“质子漏”。迄今为止共发现报道5种同系物，其组织分布各不相同。其中UCP2分布广泛，多数与调控氧化应激、糖脂代谢等有关。Kitahara T等[26]通过应用实时聚合酶链反应和免疫组织化学方法首次证实在大鼠内耳前庭和耳蜗螺旋神经节中UCP2、UCP 3和UCP4 mRNA均有表达，且UCP 2 mRNA的表达比其他任何UCP都更丰富，并阐述了在氧化损伤情况下UCP 2既具有直接保护耳蜗螺旋神经元的作用，也在听神经中具有热信号传递作用。人类UCP2基因定位于染色体11q13，有8个外显子和7个内含子，长分别为8 kb和6.3 kb碱基。有研究表明[27]UCP2基因Ala55val多态性与日本人群老年性耳聋有显著相关性，这提示UCP2基因可能与耳聋存在一定关系。Koide Y等[28]以83例突聋患者和2048位正常人为研究对象，分析UCP2 Ala55val基因多态性与突聋的关系，结果发现两组间的基因型分布频率没有明显的统计学差异，且C/T等位基因分布频率在疗效好与疗效较差突聋患者中也无明显统计学差异，但在对年龄、性别和疾病进行调整后，发现在罹患突聋风险方面突聋患者与正常人的UCP2基因多态性有显著性差异，这说明UCP 2基因Ala55val多态性与突聋发病相关。

1.5 谷胱甘肽相关基因

1.5.1 谷胱甘肽还原酶(GSR)基因

GSR是人类抗氧化系统的重要组成部分，催化氧化型谷胱甘肽生成还原型谷胱甘肽，其表达下调可以引起还原型谷胱甘肽浓度降低，从而使活性氧浓度升高，引起细胞生长停滞、衰老、凋亡等一系列过程[29]。研究发现谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶等作为抗氧化基和自由基清除剂广泛存在于耳蜗中[30]，但目前针对GSR与耳聋之间的研究尚有限。Kitoh R等[24]将接受相同激素治疗的192例突聋患者分为听力恢复良好组和听力恢复不佳组，通过比较两组患者不同基因多态及等位基因频率分布的差异，发现GSR基因rs2251780、rs3779647不仅与突聋患者发病有一定关系，而且与突聋患者治疗效果相关。

1.5.2 谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)基因

GPX是一类具有分解过氧化物功能的蛋白质,是细胞内外DNA的保护性内源性抗氧化物质[31]。目前为止在哺乳动物中发现的GPX主要包括8种(GPX1-8)[32]，其中GPX1在GPX家族中分布最为广泛。GPX1基因位于人类染色体3p21上[33]，现有研究[34]通常着眼于GPX1基因多态性与心血管疾病之间的关系，而针对该基因多态性与突聋之间的研究较少。Teranishi M等[22]曾对谷胱甘肽过氧化物酶1（GPX1，Pro198Leu，rs1050450）与突聋之间的关系进行研究，结果发现该基因多态在病例组和对照组间的分布频率并没有统计学差异，暂无客观证据表明GPX1基因与突聋之间存在相关性。Takahashi等[35]于1987年在人血浆中首先发现GPX3并报道，GPX3是由GPX3基因表达的一种细胞外糖蛋白，为4个含226个氨基酸的亚单位所构成的糖化四聚体。GPX3是GPX家族8个已知亚型中唯一的细胞外亚型，是人体抗过氧化物酶体系中重要的组成部分[35]。GPX3基因位于人类染色体5q32，包含5个外显子。Chien CY等[36]对GPX3基因多态性与突聋的关系进行了分析，他们选择了5种GPX3基因多态性进行研究，分别为rs3763013、rs8177412、rs3805435、rs3828599和rs2070593，研究对象为416例突聋患者和255例正常对照者，结果发现在台湾南部人群中GPX3在突聋发病中有明显的遗传效应，其中GPX3基因rs3805435多态性与突聋之间存在一定关系，且G等位基因可能是台湾南部人群针对突聋患病的保护性等位基因，但并未发现该多态性位点与听力改善有明显关系。而rs3763013、rs8177412、rs3828599和rs2070593等四种基因多态在病例组和对照组间的分布频率均没有统计学差异。

1.5.3 谷胱甘肽巯基转移酶(GST)基因

GSTs是一组多功能同工酶，具有广泛的生物催化作用，已有研究证明GSTs在内耳中是解毒和抗氧化酶系统的组成部分[37]。目前GSTs基因多态性中研究最多的为GSTT1、GSTM1，通常表现为基因缺失，从而导致酶活性丧失[38]，使得机体对环境毒素和氧化性自由基细胞损伤的敏感性增加。Cadoni G等[37]以80例意大利突聋患者和80例正常者为研究对象，对GSTT1和GSTM1与突聋发病的关系进行研究，结果发现两种基因多态在病例组和对照组间的分布频率无统计学差异，表明此两种基因多态与意大利人群中突聋发病无明显相关性。Um等[39]对GSTM1及GSTT1与突聋的关系进行研究，结果提示以上两种基因多态与突聋的发病及预后均无明显相关性。以上结果均表明目前尚未发现GST基因多态性与突聋具有明显的相关性，今后需要更大的样本量进行研究来进一步证实和补充。

2 小结

综上所述，在突聋群体中存在许多氧化应激相关基因的多态性改变，但只有部分基因多态性改变可能与突聋的患病或预后有一定的相关性，比如SOD1基因rs4998557、SOD2基因rs5746136、eNOS/NOS3基因第4内含子的27bp VNTR多态、eNOS/NOS3基因rs1799983、UCP2基因Ala55val、GSR基因 rs2251780和 rs3779647、GPX3基因rs3805435等。由于地域、种族、个体差异以及研究方法、样本量之间的差异，针对同一基因多态位点的研究可能出现不一致的结果情况。因此，目前仍需要多中心、多种族、大样本的病例对照研究进行全基因组学分析，以期寻找到与突聋发生、发展及预后相关的基因位点，从而进一步阐述突聋的遗传学机制。