自噬在感音神经性耳聋中的研究进展

程 楠,张玉花,闫 琳,朱永军,杨见明

(安徽医科大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科,安徽 合肥 230601)

由于人口老龄化、噪声、环境污染和耳毒性药物的滥用,患有听力损失的人数逐年增加,耳聋已成为常见的健康缺陷疾病。2021年世界卫生组织发布的《世界听力报告》指出,到2050年全球将有近25亿人患有不同程度的听力损失。据我国第二次抽样调查统计,2021年,我国患有听力损失的人数为2054万人,约占我国残疾人总数的四分之一[1]。听力损失会对患者的健康、社会心理和经济产生影响,并导致社会孤立和生活质量下降[2]。此外,严重的听力损失还会增加痴呆和抑郁的发病率[3]。因此,寻找听力损失的发病原因及致病机制对于改善听力损失、提高生活质量非常重要。

听觉的产生是一个复杂而精细的过程,听觉传导途径的任何一个结构的损伤都可能导致听力损失的发生。哺乳动物的耳蜗毛细胞不可自发再生,其不可逆损伤是导致耳聋的主要原因。感音神经性耳聋是发病率最高的一种听力损失,是因听神经、螺旋器的毛细胞或者各级核团对声音的感受以及对神经冲动的传导发生障碍而引起的听力下降[4]。其病变部位在内耳,主要由耳蜗感觉毛细胞和神经细胞死亡造成。目前,临床上治疗耳聋的方法主要是佩戴助听器和植入人工耳蜗,这两种方法虽然可以提高听力并在一定程度上减轻听力损失带来的影响,但是效果并不显著,并且其有效性依赖于耳蜗中存活的毛细胞以及螺旋神经元的数量[5]。因此,探索毛细胞损伤的机制,寻找如何减少毛细胞损伤的方法仍是感音神经性耳聋防治的重中之重。

1 自噬的机制及研究现状

自噬是程序性死亡的一种,是细胞依赖溶酶体途径对错误折叠或者聚集的蛋白质、受损的细胞器以及细胞内病原体进行清除的过程,是所有真核细胞中存在的一种防御和自我保护的动态机制[6, 7]。

哺乳动物细胞中的自噬主要有三种类型:微自噬、巨自噬和分子伴侣介导的自噬(chaperone-mediated autophagy,CMA)。虽然在过程上有所不同,但最终都是将内容物运送到溶酶体进行降解和回收[8]。在巨自噬过程中,这种动态过程通常包括以下四个步骤:首先通过自噬泡包裹细胞内的胞质内容物来启动自噬;二是自噬体的形成,完整的细胞器(如线粒体)和部分细胞质被自噬泡隔离形成双膜囊泡,称为自噬体;三是自噬体通过与溶酶体融合而成熟,形成自噬溶酶体;第四是自噬溶酶体内容物降解,将内容物暴露于溶酶体水解酶中使其分解,并且产生的大分子通过膜渗透回细胞质中以供重复使用[9]。微自噬是指溶酶体主动、直接吞噬胞浆成分的一种方式,涉及溶酶体表面细胞质的直接吞噬。CMA具有高度选择性,常借助伴侣蛋白 Hsc70,特异性降解带有独特识别五肽基序 (KFERQ 样) 的靶蛋白,溶酶体膜上的受体蛋白 LAMP2A 识别结合蛋白暴露的 KFERQ 基团,“引导”目的蛋白进入溶酶体降解[10]。在三种自噬中,巨自噬研究的最为广泛,通常说的自噬就是巨自噬。

许多疾病的发生发展与自噬紊乱密切相关。当细胞应激时,如营养匮乏、缺氧、氧化应激、病原体感染、辐射或抗癌药物治疗,作为细胞保护反应自噬显著增强从而促进细胞的存活[11]。研究发现,在I型糖尿病中,自噬通过补偿能量缺失来维持糖尿病患者的心脏功能[12]。在退行性疾病中,自噬受损可能是导致阿尔兹海默症突触功能障碍和神经元死亡的重要原因[13]。在早期肿瘤发生中,自噬作为一种生存途径和质量控制机制,可防止肿瘤发生并抑制癌症进展。一旦肿瘤进展到晚期,自噬作为一种动态降解和循环系统,有助于肿瘤的存活和生长,并通过促进转移来增加癌症的侵袭性[14]。

2 自噬与老年性耳聋

老年性耳聋也称为年龄相关性听力损失,是一种进行性、不可逆的双侧感音神经性听力损失,由耳蜗变性引起。听力损失始于听频谱的高频区域,并随着年龄的增长向低频区域扩散[15]。随着我国人口老龄化的持续增长,老年性耳聋的发病率也在日益增加[16]。老年性耳聋的病因尚不清楚,其发病机制可能与噪声暴露、耳毒性药物使用、遗传因素以及其他综合因素有关[17],一般分为3种类型:感觉性听力损失(感觉毛细胞丧失)、神经元听力损失(SGN缺失)和代谢性听力损失(血管纹萎缩)[18]。

自噬在老年性耳聋中担任重要角色。最新研究表明,FOXG1通过调节自噬在听觉退化过程中起重要作用,抑制FOXG1能够降低自噬水平,导致活性氧的积累加剧耳蜗毛细胞凋亡,而使用阿司匹林治疗可以激活FOXG1表达增加自噬,从而减少ROS积累并抑制细胞凋亡,保护小鼠听力[19]。此外在衰老耳蜗中miR-34a的表达明显增加,并伴随自噬通量下降。在内耳HEI-OC1细胞系中,miR-34a过表达导致自噬体-溶酶体融合受损,随后导致细胞死亡[20, 21]。线粒体自噬蛋白(PINK1/Parkin 和 BNIP3)的表达随着年龄的增长在小鼠听觉皮层和下丘区下调[12]。

3 自噬与噪声性听力损失(noise-induced hearing loss, NIHL)

NIHL是全世界最常见的职业病之一。噪声通过强烈声压的直接机械应力和应激诱导的分子途径的激活(包括活性氧的产生和钙过载)损害内耳的感觉毛细胞[22]。NIHL可以分为两种亚型,暂时性阈值偏移和永久性阈值偏移。如果噪声引起的阈值升高在数小时或数天内可以完全恢复到暴露前的水平就称为暂时的阈值偏移(temporary threshold shift,TTS),如果不能恢复,就称为永久性阈值偏移(permanent threshold shift, PTS)[23]。TTS伴有突触丢失,但突触数量冗余,因此不会导致听觉阈值偏移,PTS与毛细胞的丢失和带状突触丢失有关。短暂的噪声暴露会增加毛细胞中的ROS,激活自噬,这是一种细胞稳态反应[24]。实验表明,TTS噪声暴露产生的较低水平的氧化应激诱导自噬,而在PTS噪声条件下过度氧化应激抑制了毛细胞中的自噬,并导致毛细胞死亡继而导致噪声性听力损失[25]。FK506是一种临床上用作免疫抑制剂的钙调磷酸酶,它可通过抑制ROS和激活自噬来减少噪声诱导的毛细胞丢失和NIHL[26]。ITGA1、KNG1、CFI、FGF1、AKT2和ATG5是与自噬和炎症相关的因子,噪声暴露后,这些蛋白的异常表达揭示NIHL的发生可能与自噬和炎症相关[27]。

4 自噬与药物性听力损失

耳毒性药物是指毒副作用主要损害第八对脑神经,中毒症状为眩晕、平衡失调和耳鸣、耳聋等的一类药物,包括抗生素类药物、非甾体抗炎药、抗肿瘤药物和髓袢利尿剂等。目前的研究主要集中在抗生素类和抗肿瘤类药物,其致聋机制复杂,仍需继续研究阐明[28]。

氨基糖苷类药物是常用的抗生素之一,具有耳毒性,主要影响内耳的听觉和前庭系统,引起严重的听力损失[29, 30]。氨基糖苷类药物可以通过机械转导通道进入毛细胞,随后积聚在溶酶体内,扫描电子显微镜可以观察到,随剂量的变化毛细胞先出现紊乱到最后完全丢失[31]。研究发现,新霉素或庆大霉素损伤后耳蜗毛细胞自噬水平显著增加,使用自噬激动剂能够减少新霉素或庆大霉素导致的毛细胞死亡,表明自噬与氨基糖苷类诱导的细胞死亡有关[32]。庆大霉素处理HEI-OC1细胞后,PINK1的表达水平明显降低,且细胞死亡数明显增多,说明PINK1参与庆大霉素引起的毛细胞凋亡过程[33]。也有研究发现,新霉素通过抑制PINK1的表达来抑制线粒体自噬,使用线粒体自噬激动剂可以增加线粒体自噬从而减少新霉素诱导的毛细胞死亡,这为药物诱导的听力损失提供了新的治疗思路[34]。

对乙酰氨基酚是一种广泛使用的镇痛药和退烧药,但是最近的临床使用表明,对乙酰氨基酚具有一定的耳毒性,可导致听力损失[35]。在HEI-OC1细胞和耳蜗毛细胞中对乙酰氨基酚可能通过溶酶体功能障碍损害自噬体内容物的降解,从而抑制自噬导致毛细胞损伤[36]。

顺铂主要损害耳蜗的外毛细胞,引起耳聋和耳鸣;卡铂可影响耳蜗和前庭;长春新碱直接损害耳蜗螺旋器;氮芥血药浓度较高时可损坏内耳毛细胞[37]。在HEI-OC1中,顺铂处理能够诱导细胞死亡,用线粒体自噬抑制剂处理后,发现增加顺铂诱导的细胞死亡,这就表明线粒体自噬受损加剧了顺铂诱导的耳毒性,使用二甲双胍或者抑制GSK-3β能够促进自噬从而保护顺铂引起的听力损失,但是其中的机制并不清楚[38]。

综上所述,听力损失是常见的致残因素,目前的治疗方法(植入人工耳蜗和佩戴助听器)存在价格昂贵、舒适性差等缺陷,且治疗效果依赖于存活的毛细胞和听觉神经元的数量和质量。因此探索发病机制,寻找新的治疗方法,从根源降低听力损失的发生是目前耳聋防治的重点。自噬参与因内耳发育异常、衰老、耳毒性药物、噪声暴露等引起听力损失过程,有望成为感音神经性耳聋治疗的靶点。