基于細胞凋亡的老年性耳聾發(fā)病機制研究進展

張 欣 楊秋英 武王將

基于細胞凋亡的老年性耳聾發(fā)病機制研究進展

張 欣①楊秋英②*武王將②

從細胞凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì)，闡述基于細胞凋亡的老年性耳聾發(fā)病機制的研究進展，分析半胱氨酸基天冬氨酸-特異性蛋白酶-3(Caspase-3)、X染色體連鎖凋亡蛋白(XIAP)、沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(Sir2 T1)和細胞色素C(Cytochrome C)上述4種與細胞凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì)對老年性耳聾發(fā)病的影響及研究進展。細胞凋亡是引起老年性耳聾的關(guān)鍵影響因素，包括耳蝸毛細胞、耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)細胞和初級聽皮層神經(jīng)元的凋亡。4種蛋白質(zhì)因子均與聽覺相關(guān)細胞的凋亡有密切關(guān)系，并在老年性耳聾疾病進展過程中起重要作用，有望作為靶點來治療老年性耳聾。

老年性耳聾；細胞凋亡；半胱氨酸基天冬氨酸-特異性蛋白酶3；X染色體連鎖凋亡蛋白；沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1

[First-author's address]School of Basic Medical Sciences, Capital Medical University, Beijing 100069, China.

人的聽覺器官分為外耳、中耳和內(nèi)耳3部分，其中內(nèi)耳是聽覺和位置覺感受器的主要部分。耳蝸和聽覺感受器(Corti氏器)均位于內(nèi)耳，由內(nèi)、外毛細胞組成。老年性耳聾是伴隨年齡增長而逐漸發(fā)生的聽覺系統(tǒng)退行性變導(dǎo)致的耳聾，其病變主要部位在耳蝸，涉及聽神經(jīng)、中耳或聽皮質(zhì)。由于人體在衰老過程中，耳蝸基底膜上的毛細胞以及聽覺傳入的第一級神經(jīng)元螺旋神經(jīng)節(jié)細胞會發(fā)生程度不等的凋亡而導(dǎo)致聲音的感受及傳入受阻而導(dǎo)致老年性耳聾[1]。

1 細胞凋亡基本機制

老年性耳聾是由加速的細胞凋亡導(dǎo)致的一種退行性疾病，而細胞凋亡是一種細胞程序性死亡，是細胞的一種基本生物學(xué)現(xiàn)象。細胞凋亡對胚胎發(fā)育及形態(tài)發(fā)生、組織內(nèi)正常細胞群的穩(wěn)定、機體的防御和免疫反應(yīng)、疾病或中毒時引起的細胞損傷和老化以及腫瘤的發(fā)生進展起著重要作用。

細胞凋亡是一個主動的、信號依賴的過程，涉及一系列基因的激活、表達以及調(diào)控等過程，這個過程涉及多個家族的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)中一些功能是促進細胞凋亡，另一些則是抑制細胞的凋亡，于是，當(dāng)前者的表達量增加或后者的表達量減少至一定程度時則可導(dǎo)致發(fā)生老年性耳聾。

2 細胞凋亡的老年性耳聾發(fā)病機制研究

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinylaspartate-specific-proteinase，Caspase)，是一組存在于細胞質(zhì)中具有類似結(jié)構(gòu)的蛋白酶，目前人類已經(jīng)鑒定了11種不同的Caspase，與細胞凋亡形態(tài)學(xué)特征變化密切相關(guān)，并參與細胞的生長、分化。其中半胱氨酸基天冬氨酸-特異性蛋白酶-3Caspase-3是細胞凋亡過程中最主要的終末剪切酶，在細胞凋亡中起著不可替代的作用，被認為是細胞凋亡中的關(guān)鍵酶。

2.1 Caspase-3的表達與聽覺相關(guān)細胞的凋亡

李洪波等[2]采用C57BL/6J小鼠為動物模型，將其按月齡和體重分為兩組：2月齡(體重15～20 g)和10月齡(體重45～60 g)C57BL/6J小鼠各15只。分別采用免疫組織化學(xué)染色和末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的原位缺口末端標記染色(TUNEL)檢驗小鼠初級聽皮層Caspase-3的表達情況和初級聽皮層神經(jīng)元凋亡狀況。實驗結(jié)果顯示：10月齡組C57BL/6J小鼠初級聽皮層中Caspase -3的表達和初級聽皮層神經(jīng)元凋亡數(shù)目均明顯多于2月齡組C57BL/6J小鼠；且Casepase-3的表達與神經(jīng)元的凋亡呈正相關(guān)。實驗結(jié)果認為，Caspase-3可能參與了老年性耳聾患者初級聽皮層神經(jīng)元的凋亡。

熊敏等[3]采用豚鼠為實驗動物，將其按月齡和體重分為兩組：實驗組(33～35月齡)和對照組(2～3月齡)，體重250 g左右豚鼠各10只。分別采用聽性腦干反應(yīng)(ABR)和免疫組織化學(xué)染色技術(shù)檢測豚鼠的聽閾及耳蝸的表達，實驗結(jié)果顯示：實驗組豚鼠的ABR聽閾遠低于對照組豚鼠，實驗組豚鼠可作為老年性耳聾模型；Caspase-3在實驗組耳蝸的表達呈陽性，對照組耳蝸的表達呈陰性。實驗結(jié)果提示，Caspase-3在豚鼠耳蝸老化過程中起重要作用。

王永生等[4]所做老年大鼠耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)Caspase-3的表達實驗，選擇無中耳炎、無暴露強躁聲環(huán)境及未使用耳毒性藥物的Wistar大鼠70只，將其隨機分為實驗組和對照組，每組35只。采用免疫組化SP法檢測老年大鼠和青年大鼠耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)Caspase-3的表達，實驗結(jié)果顯示：實驗組大鼠的ABR反應(yīng)閾值高于對照組大鼠，實驗組大鼠可作為老年性耳聾模型；Caspase-3在老年大鼠耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)中的表達較青年大鼠增強[4]。實驗結(jié)果提示，Caspase-3參與了大鼠耳蝸螺旋神經(jīng)節(jié)細胞的凋亡。

另外，一些外在因素，如長時間的高脂肪飲食，已在D-半乳糖誘導(dǎo)的小鼠身上得到證實，可以加速內(nèi)耳中Caspase-3的表達從而加劇細胞凋亡[5]；相反，另一對應(yīng)試驗也在小鼠身上得到證實，即限制小鼠攝入食物的熱量，可減少耳蝸中Caspase-3的表達量，從而減緩內(nèi)耳中的細胞凋亡[6]。

根據(jù)以上研究結(jié)果可認為：Caspase-3表達量的增多是老年性耳聾的發(fā)病機制之一，因此，通過抑制Caspase-3的活化從而影響細胞的凋亡，將成為老年性耳聾有效治療的途徑之一。

2.2 X染色體連鎖凋亡抑制蛋白與聽覺相關(guān)細胞的凋亡

凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)是一類高度保守的在結(jié)構(gòu)上具有同源性的抑制細胞凋亡的內(nèi)源性抑制蛋白家族。有學(xué)者到目前為止發(fā)現(xiàn)了人體內(nèi)IAP家族共包含8個成員，其中X染色體連鎖凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP)是IAP家族中最強的凋亡抑制因子。有研究表明，XIAP能通過直接或間接抑制Caspase的活性而發(fā)揮凋亡作用，通過參與核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor-kgene binging，NF-KB)家族的調(diào)節(jié)而發(fā)揮凋亡作用，還能通過抑制c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal Binases，JNK)的激活從而發(fā)揮凋亡作用[7-8]。有研究者證實，XIAP還能抑制老年性耳聾聽皮層r-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)神經(jīng)元的凋亡，從而，抑制聽皮層GABA神經(jīng)元凋亡引起老年性耳聾的途徑[9]。

肖伯奎等[10]選取耳廓反射靈敏、健康成年SD大鼠20只(2月齡，體重170～250 g)為動物模型，采用日立835-50型氨基酸自動分析儀分別測定其耳蝸核、下丘和聽皮層中GABA、甘氨酸(glycine，Gly)、谷氨酸(glutamic acid，Glu)及天冬氨酸(aspar tic，Asp)的含量[10]。實驗結(jié)果提示，GABA能神經(jīng)元的凋亡可能是引起老年性耳聾的重要原因之一。

李洪波[2]等采用免疫組織化學(xué)染色技術(shù)檢測小鼠初級聽皮層神經(jīng)元凋亡狀況時亦得知，10月齡和2月齡C57BL/6J小鼠聽皮質(zhì)中XIAP陽性神經(jīng)元數(shù)量相比，前者XIAP陽性神經(jīng)元數(shù)量較少[11]。實驗結(jié)果提示：C57BL/6J小鼠聽力減退可能與XIAP的表達水平有關(guān)。

Wang等[12]采用C57BL/6J小鼠共48只，并將其分為實驗組和對照組，實驗組為轉(zhuǎn)入人XIAP基因的2月齡和14月齡小鼠，對照組為同窩野生型小鼠。分別通過ABR和耳蝸毛細胞圖分析、毛細胞數(shù)據(jù)分析及計算檢測轉(zhuǎn)基因小鼠的聽力損失和毛細胞損失，實驗結(jié)果提示：實驗組小鼠的聽力損失相對于對照組小鼠明顯減輕，且其毛細胞損失也明顯少于對照組。

根據(jù)以上研究結(jié)果可認為：聽皮層GABA能神經(jīng)元的凋亡是老年性耳聾患者聽力及語言理解能力降低的主要機制之一，外源性XIAP在聽覺皮層的高表達抑制GABA能神經(jīng)元凋亡可能是研究老年性耳聾發(fā)病機制的新思路。

2.3 沉默信息調(diào)節(jié)因子2(Sir2)相關(guān)酶1(Sir-T1)與聽覺相關(guān)細胞的凋亡

沉默信息調(diào)節(jié)蛋白(Sirtuin)(silent-informationregulator-protein)最早被發(fā)現(xiàn)于酵母細胞中，是一組NAD+依賴型去乙酸化酶。哺乳動物的沉默信息調(diào)節(jié)因子家族共有7名成員：SIRT1～SIRT7。其中SIRT2是一種與酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子Sir2同源的同系物，是一種內(nèi)源性的凋亡抑制因子[13]。而對于人類來說，其Sirtuins家族中的SIRT1是與SIR2同源性最高的同系物，參與了癌癥、阿爾茨海默病、帕金森氏癥和Ⅱ型糖尿病等多種老年相關(guān)疾病的預(yù)防[14-18]。

Hao Xiong等[19]進行的老年性耳聾研究，選取C57BL/6小鼠共81只為動物模型并將其按月齡分為年輕組(1～2月齡)37只和老年組(12～16月齡)44只，分別檢測兩組小鼠的平均聽閾、聽覺測試后的毛細胞計數(shù)、SIRT1 mRNA在耳蝸中的表達、Corti器中SIRT1在內(nèi)、外毛細胞中的表達和聽覺中樞聽皮層的神經(jīng)元中的SIRT1表達[19]。結(jié)果顯示，年輕組小鼠的平均聽閾明顯低于老年組小鼠；年輕組小鼠耳蝸的頂部和基底部毛細胞均無明顯毛細胞減少，而老年組小鼠耳蝸基底部和頂部毛細胞均有不同程序的嚴重減少；老年組小鼠的SIRT1 mRNA在耳蝸中的表達明顯減少；年輕組小鼠的Corti器中SIRT1在毛細胞中的表達明顯高于老年組小鼠；聽覺中樞聽皮層的神經(jīng)元中SIRT1的表達，老年組小鼠也低于年輕組小鼠。研究結(jié)果可認為：SIRT1的表達呈年齡相關(guān)性的減少，與衰老密切相關(guān)，有望被作為靶點治療老年性耳聾。

2.4 細胞色素C與聽覺相關(guān)細胞的凋亡

細胞色素C是呼吸鏈中極重要的電子傳遞體，是一種結(jié)構(gòu)松散而微小的血紅素蛋白，松散地結(jié)合于線粒體內(nèi)膜的外側(cè)。用細胞色素C注入鼠的腎上腺皮質(zhì)腫瘤中，可導(dǎo)致細胞發(fā)生凋亡，且細胞色素C本身就有誘導(dǎo)細胞凋亡的作用[20-21]。

楊衛(wèi)平[22]所做的探討老年大鼠耳蝸毛細胞死亡機制的研究，選取16只無強噪聲暴露及耳毒性藥物使用史的SD大鼠，將其按月齡分為青年組(2～3月齡)和老年組(24～26月齡)，每組8只。首先采用ABR技術(shù)測試兩組大鼠的聽覺功能，之后分離出大鼠的耳蝸基膜，在熒光顯微鏡下觀察兩組大鼠耳蝸基膜細胞熒光染色的變化。結(jié)果提示：細胞色素C的釋放可作為老年耳蝸退行性變早期毛細胞的生物學(xué)標記之一。

雖然細胞色素C從線粒體中釋放后可引起細胞凋亡，但在年齡相關(guān)的大鼠耳蝸毛細胞退行性變中的作用研究才剛剛起步，仍需繼續(xù)研究。

3 展望

本研究介紹了Caspase-3、XIAP、SIR2 T1、細胞色素C4種與細胞凋亡相關(guān)的蛋白質(zhì)對老年性耳聾發(fā)病的影響。這4種蛋白質(zhì)因子均與聽覺相關(guān)細胞的凋亡有密切關(guān)系，在老年性耳聾疾病進展過程中發(fā)揮一定作用，有望作為靶點來治療老年性耳聾，為廣大老年耳聾患者帶來福音。

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Research on progress on presbycusis based on cell apoptosis/

ZHANG Xin, WU Qiu-ying, WU Wang-jiang//
China Medical Equipment,2015,12(12):84-86.

Several proteins associated with apoptosis were analyzed to investigate the progress of presbycusis based on cell apoptosis. Four proteins of caspase-3, XIAP, Sir2 T1 and cytochrome C which were associated with apoptosis were selected. Influence and progress of four proteins on presbycusis were analyzed. Apoptosis is the key factor which causes presbycusis, including apoptosis of cochlear hair cells, cochlear spiral ganglion cells and primary auditory cortical neuron. There is a close relationship between the four proteins and apoptosis of hearing related cells. These four kinds of protein factors played a role in the progress of presbycusis and are expected to serve as a target for the treatment of presbycusis.

Presbycusis; Apoptosis; Caspase-3; XIAP; Sir2 T1

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.12.027

1672-8270(2015)12-0084-03

R276.1

A

2015-03-07

①首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè) 北京 100069

②首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院 北京 100069

*通訊作者：y_yangqy@163.com

張欣,女,(1993- ),本科在讀。首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)，研究方向：臨床醫(yī)學(xué)。