炎癥因子及其相關信號通路在內耳疾病中的研究進展

劉宇超 尹時華

廣西醫科大學第二附屬醫院耳鼻咽喉頭頸外科（南寧 530000)

由于內耳存在類似于血腦屏障和血視網膜屏障的血-迷路屏障（blood-labyrinth barrier，BLB），能將血液循環和耳蝸微環境嚴格分開，以前被認為是一個類似于大腦或眼睛的“免疫豁免器官”[1]。然而在生理條件下，耳蝸的螺旋神經節、螺旋緣和側壁血管紋等部位含有免疫細胞，其中耳蝸巨噬細胞具有不同的形態和基因表達模式，對耳蝸功能有重要作用。除了常駐的免疫細胞外，耳蝸還能在病理狀態下招募循環免疫細胞。這些免疫細胞與一些具有免疫功能的耳蝸細胞在復雜的炎癥反應體系中發揮重要作用[2,3]，如圖1所示，它們在感染、聲損傷和耳毒性藥物等刺激下會通過Toll樣受體、細胞焦亡等信號通路分泌炎癥因子，這些炎癥因子能通過激活其下游信號通路調節耳蝸細胞功能[4,5]，參與多種內耳疾病的發病機制，其中腫瘤壞死因子α（tu‐mor necrosis factor-α，TNF-α），白介素1（Interleu‐kins-1，IL-1）和白介素6（Interleukins-6，IL-6）在內耳疾病中的研究較多，它們也可能是與耳蝸及聽覺中樞病變關系最為密切的炎癥因子。隨著近年來耳蝸炎癥研究日趨深入和神經炎癥在內耳疾病機制的初步探索，炎癥因子及其相關信號通路在其中的作用機制也在不斷闡明。本文主要對TNF-α，IL-1、IL-6及其相關信號通路在內耳疾病的研究進展進行綜述，以引起學者們對這一領域的關注。

圖1 內耳疾病中炎癥因子及其相關信號通路概覽Fig.1 Overview of inflammatory factors and their associat‐ed signaling pathways in inner ear disease

1 腫瘤壞死因子α（TNF-α）

1.1 TNF-α及其相關信號通路概述

TNF-α是一種由157個氨基酸組成的肽類促炎因子,分子量為17kD[6]。TNF-α的生物效應是通過誘導白細胞進入組織感染或損傷部位[7]以及TNF-α與其兩種受體結合實現的。TNF-α受體（TNF receptor，TNFR）包括TNFR1(分子量 55kD)和TNFR2(分子量75kD)，TNFR1在胞質區有死亡結構域，主要作用是誘導細胞凋亡；而TNFR2不包含死亡結構域，主要通過與死亡因子受體相關因子（receptor associated factor，TRAF）結合，介導細胞激活和抗凋亡等信號通路[8]。TNF-α在與TNFR結合后主要通過激活以下3條通路發揮其生物效應：1、激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信號通路,抑制細胞凋亡和促進炎癥反應。2、激活半胱氨酸天冬氨酸酶（cysteinyl aspartate specific pro‐teinase，Caspase）細胞凋亡信號通路，上調各種凋亡因子的表達，促進細胞死亡。3、激活絲裂原活化蛋白激酶/c-Jun-N端激酶(mitogen-activated protein kinase/c-Jun N-terminal kinase，MAPK/JNK)信號通路，增強多種轉錄因子的活性，對靶基因表達進行正調控或負調控[9]。

1.2 TNF-α與內耳疾病

TNF-a在許多疾病的炎癥反應中處于重要位置，在內耳中同樣如此。在耳蝸中，TNF-a主要由螺旋韌帶纖維細胞、外毛細胞和Corti器官的支持細胞釋放，并能導致免疫細胞進入耳蝸[10]。另外，培養的螺旋韌帶纖維細胞在TNF-a刺激下會分泌炎癥介質，包括白細胞介素（IL-6、IL-1）、單核細胞趨化蛋白1、巨噬細胞炎性蛋白2、可溶性細胞間粘附分子1和角朊細胞衍生趨化因子，進而引起耳蝸內免疫細胞聚集和炎癥反應，導致螺旋韌帶纖維細胞損傷、毛細胞損傷、耳蝸骨化以及隨后的聽力損失[11,12]。相反的，依那西普（一種TNF-a抑制劑）可阻止螺旋韌帶、螺旋緣、血管紋、小葉腔隙、螺旋靜脈及外毛細胞的炎性細胞因子的表達和分泌[13]，從而減輕TNF-a對耳蝸及聽覺神經的毒性作用。

1.2.1 感音神經性耳聾

感音神經性耳聾（Sensorineural hearing loss，SNHL）是指由于先天性或后天性因素造成的聽覺系統受損，聲音的感受與神經沖動傳遞異常而致的聽力障礙,主要病理改變為內耳毛細胞的損傷[14]。TNF-α通過激活JNKs、Bax和Caspase級聯反應，誘導聽覺毛細胞凋亡，在各種耳蝸及聽覺中樞損傷(包括噪聲性損傷、振動性損傷、低氧、順鉑耳毒性和細菌性腦膜炎)后導致的SNHL中起到重要作用[9,15]。

噪聲暴露是獲得性感音神經性耳聾最常見的原因之一，早在2006年Fujoka等[16]在暴露于噪聲后的大鼠內耳中檢測到TNF-α水平升高，隨后研究不斷深入，有學者[17]認為噪聲刺激通過上調TNF-α介導的內耳感覺上皮細胞p38絲裂原活化蛋白激酶和JNK信號，促進促死亡基因的轉錄和Bax介導的線粒體凋亡蛋白表達，最終導致包括毛細胞在內的多種內耳細胞的死亡，引起噪聲性聽力損失(Noise-induced hearing loss，NIHL)。也有學 者 認為[18]噪聲暴露會在激活TNF-α信號后損害耳蝸微循環，引起NIHL。用依那西普抑制TNF-a可以改善噪聲暴露后耳蝸微循環，在血管紋中提供足夠的氧氣供應，通過保護耳蝸內電位來預防NIHL[18]。

此外，在耳毒性藥物致SNHL的研究中，So H等[13]發現順鉑能引起大鼠血清和耳蝸中TNF-a的表達顯著升高，而腹腔注射依那西普抑制了這種升高。并初步驗證TNF-a通過激活NF-κB等信號通路募集炎癥因子并上調凋亡因子的表達，誘導毛細胞死亡，同時他們在Corti器官的外毛細胞層也觀察到了TNF-a的表達。這意味著TNF-a可能直接介導毛細胞層的損傷，導致聽力損失。

1.2.2 耳鳴

耳鳴是指不依賴于外界聲源的一種聲音感知，其大多是持續性的，患者常伴有煩躁、焦慮甚至抑郁[19]。有研究發現焦慮、抑郁與神經炎癥關系密切[20]，因此近幾年TNF-α在耳鳴中的作用引起學者們的注意。Weber等[21]在一項對慢性耳鳴患者的研究中發現放松訓練可顯著減少患者的焦慮抑郁和耳鳴，并且這些癥狀的減輕與血清中TNF-α的減少平行，首次介紹了TNF-α與耳鳴的相關性。

但耳鳴機制是一個十分復雜的病理生理過程，其中一個主要學說認為耳鳴與神經遞質受體改變及中樞可塑性密切相關[22]，研究證明，TNF-α也在其中發揮著重要作用。在神經系統中，TNF-α可以通過激活N-甲基D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)，使 Ca2+內流增加，神經元活動升高，從而改變神經元對神經遞質的反應，影響神經可塑性。相反的，谷氨酸等神經遞質的異常釋放或攝取也可導致中樞神經系統炎癥的激活[23]。介于此，有研究發現在腹腔注射水楊酸鈉致動物耳鳴后可增加耳蝸、下丘[24]、耳蝸核[25]及聽皮層[26]中TNF-α基因的表達，其中耳鳴評分與TNF-α和N-甲基-d-天冬氨酸受體亞單位2B（Nr2b）基因表達水平呈顯著正相關，TNF-α基因表達水平與Nr2b基因表達水平也呈正相關[24]。當使用依那西普后能顯著降低水楊酸鹽誘導的耳鳴行為[27]。這可能是通過抑制TNFR直接發揮作用，也可能是通過影響TNFR和NMDA受體之間的相互作用間接減少水楊酸誘導的耳鳴。在最近一項研究中，李雅蘭等[28]就發現TNF-α在耳鳴中的作用是TNF-α與TNFR1結合后影響細胞胞膜AMPA受體（一種離子型谷氨酸受體，位于腦中絕大多數谷氨酸能突觸上，介導大部分興奮性信號傳遞）的表達，導致突觸的變化來介導耳鳴的發生發展。

不可否認，神經炎癥可能是耳鳴的一種新機制，雖然TNF-α已經在耳鳴的作用機制中有初步的探究，但還需要后續更加深入的研究來揭示神經炎癥在耳鳴中的作用。

2 白介素1（IL-1）

2.1 IL-1及其相關信號通路概述

IL-1是具有強烈致炎作用的細胞因子，以分子量相近的IL-1α與IL-1β兩種表達形式存在[29]。其中IL-1β是IL-1家族中最重要的一員，能誘導出與TNF-α相似的生理和代謝改變，與TNF-α產生相互協同作用，它與靶細胞上的受體IL-1R結合后同樣能激活靶細胞內的NF-κB及MAPK等下游信號通路，誘導細胞死亡及一系列炎癥因子的表達，擴大炎癥反應[30]。

介于IL-1β在生物體病理生理上的重要作用，近幾年IL-1β的上游信號通路受到越來越多學者的注意，特別是細胞焦亡通路。細胞焦亡是一種新近發現并被證實的伴隨炎癥反應的程序性細胞壞死，其特征為活化后的NOD樣受體熱蛋白結構域3(NLRP3)炎性體介導多種Caspases（主要是Cas‐pase-1/11）的激活，造成包括GasderminD（GSDMD）蛋白在內的Gasdermin家族成員發生裂解，后者誘導細胞膜穿孔，引起細胞死亡和IL-1β、IL-18的釋放[31]，以響應一系列生理病理反應。

2.2 IL-1與內耳疾病

與TNF-α類似，IL-1在多種耳蝸損傷及聽覺神經損傷后表達量顯著增高。Furuta等人[32]通過基因篩查證明IL-1基因的多態性與突發性感音神經性耳聾和梅尼埃病有顯著相關性。另外，IL-1可以通過激活下游MAPK/JNK信號通路，激活線粒體的內源性死亡途徑，引起毛細胞凋亡，而造成不同程度的聽力損失，應用JNKs抑制劑可以抑制由于IL-1引發的毛細胞凋亡[17]。Muckle-Wells綜合征（MWS）是一種由于NLRP3基因突變以及IL-1過量釋放引起的遺傳性自身炎癥性疾病，感音神經性耳聾是其主要的臨床癥狀。Kuemmer[33]在一項前瞻性隊列研究中發現，21例MWS患者在經過IL-1阻斷劑治療后聽力均得到改善，并且治療開始越早，聽力改善情況越好。同時，IL-1在水楊酸鈉致耳鳴的動物模型的耳蝸、下丘[24]和耳蝸核[25]中表達增加，并與動物耳鳴行為成顯著正相關。這可能與IL-1降低突觸間隙的5-羥色胺（5-hydroxytrypta‐mine,5-HT）水平，引起5-HT受體（5-HT1A、5-HT2A）密度降低和功能減退有關[34]，需要后續實驗加以驗證。

2.3 細胞焦亡通路與內耳疾病

因為IL-1在眾多內耳疾病中的關鍵作用，其上游NLRP3/Caspase-1介導的細胞焦亡通路研究在多種內耳疾病機制研究中有突破進展。

NLRP3蛋白被證明在小鼠耳蝸的常駐細胞，包括螺旋神經節神經元中有表達[35]，并且這些細胞能分泌IL-1β，正反饋激活NLRP3炎癥小體介導的細胞焦亡通路，與許多內耳疾病相關[36]。Shi X等[37]發現老年小鼠的耳蝸較年輕小鼠會有大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）產生，ROS在直接觸發聽覺系統損傷的同時，會激活NLRP3炎性小體，導致Caspase-1活化，IL-1β成熟和釋放增加，進而激活衰老小鼠耳蝸的下游炎癥，導致與年齡相關的聽力損失。先天性巨細胞病毒（Cytomegalovirus，CMV）感染是兒童感音神經性耳聾最常見的原因，有研究發現[38]CMV能上調小鼠耳蝸和體外培養的螺旋神經節神經元Nlrp3、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表達，引起SNHL。此外，塞娜等人[39]近期研究發現噪聲暴露后也能激活耳蝸內NLRP3炎癥復合體，促進IL-1β的釋放，加劇耳蝸內炎癥反應，導致耳蝸內重要結構的損傷，引起噪聲性聽力損失。

3 白介素6(IL-6)

3.1 IL-6及其相關信號通路概述

IL-6是一種由184個氨基酸組成，分子質量為26k的糖蛋白[40]。其表達主要受到IL-1β和TNF-α的誘導；IL-6受體是由IL-6受體亞單位(IL-6R)和IL-6信號轉導子（gp130）組成的蛋白質復合物,但其是否發揮生物效應主要取決于IL-6R的表達，IL-6與IL-6受體結合后會引發下游信號級聯反應，包括Janus激酶/信號轉導和轉錄激活因子（JAK/STAT）、絲裂原活化蛋白激酶/細胞外信號調節蛋白激酶（MAPK/ERK）和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信號通路[41]。

3.2 白介素IL-6與內耳疾病

許多研究小組都報告耳蝸損傷后IL－6的水平是增加的，比如在順鉑耳毒性研究[13]及噪聲過度刺激后聽力損失的模型[16]中IL-6的表達顯著上調。IL-6主要在螺旋神經節和側壁細胞中被誘導，其在內耳的作用主要是通過上調多種抗凋亡基因（包括Bcl家族或細胞存活信號）誘導細胞死亡來響應各種刺激造成的氧化應激反應，以及調節免疫炎癥反應。然而IL-6功能在很大程度上依賴于微環境,其在很多疾病同時具有促炎和抗炎雙向作用。但是Wakabayashi等[42]證實IL-6受體抗體（MR16-1）在噪聲暴露后通過抑制耳蝸內IL-6信號，能抑制免疫細胞募集，減少耳蝸螺旋神經節處螺旋神經元損失和炎癥細胞浸潤，對NIHL有保護作用。這說明阻斷IL-6受體在耳蝸損傷后能起到積極作用。并可能成為未來治療急性感音神經性耳聾的策略之一。

4 結語

諸如像感音神經性耳聾及耳鳴等內耳疾病的發病機制至今還尚不明確，但不可否認，不管是耳蝸炎癥還是神經炎癥都是許多內耳疾病發病機制中的關鍵一環，而了解炎癥因子及其相關通路在內耳疾病發生發展或病理活動中的作用對于疾病機制研究是至關重要的，它們對內耳疾病的影響是多方面、多渠道的，是相互協調，相互交叉的，抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等炎癥因子表達與調節其相關信號通路或許是未來治療內耳疾病的關鍵性措施。然而，炎癥是一種正常的適應性反應，盲目抑制炎癥可能會產生意想不到的負面后果。因此，后續的研究重點應該在于進一步解決和完善炎癥因子在內耳疾病中的調控機制網絡，為將來的臨床應用提供依據。