睡眠剝奪與內(nèi)耳疾病相關(guān)性的研究進(jìn)展

賈玉其,屈永濤,許 夏,郭明麗△

(1.河北醫(yī)科大學(xué),石家莊 050011;2.河北省人民醫(yī)院耳鼻咽喉科,石家莊 050051)

內(nèi)耳疾病主要是由毛細(xì)胞或螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元損傷引起,嚴(yán)重影響人體聽覺與平衡功能。人的內(nèi)耳由耳蝸和前庭組成,在處理聲音和保持平衡方面起著關(guān)鍵作用。常見的內(nèi)耳疾病包括感音神經(jīng)性聽力損失、前庭疾病和耳鳴。睡眠是人類最基本的生理行為,對(duì)保障身心健康有重要作用。1957年,DEMENT等首次應(yīng)用多導(dǎo)睡眠圖(polysomnography,PSG)研究睡眠,發(fā)現(xiàn)正常睡眠是非快速動(dòng)眼睡眠(nonrapideye movement,NREM)和快速動(dòng)眼睡眠(rapideye movement,REM)的反復(fù)交替過程[1],睡眠時(shí)長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)和節(jié)律出現(xiàn)異常會(huì)影響生理和心理功能。

有調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,在145例各類周圍性眩暈患者中失眠組眩暈發(fā)作程度較非失眠組重(P<0.01),失眠組周圍性眩暈的復(fù)發(fā)率是非失眠組的3.5倍[2]。2008年美國(guó)全國(guó)健康調(diào)查發(fā)現(xiàn)[3],約30%的前庭眩暈患者睡眠持續(xù)時(shí)間不正常,其中15.5%為睡眠持續(xù)時(shí)間縮短,這些研究結(jié)果均提示睡眠與前庭眩暈關(guān)系密切。

隨著生活節(jié)奏加快,壓力增大,失眠成為常見現(xiàn)象。失眠是指盡管有合適的睡眠環(huán)境和睡眠機(jī)會(huì),依然對(duì)睡眠時(shí)間和/或質(zhì)量感到不滿足,并且影響日間社會(huì)功能的一種主觀體驗(yàn)[4]。主要癥狀包括入睡困難(入睡潛伏期≥30 min)、睡眠維持障礙(整夜覺醒次數(shù)≥2次)、早醒、睡眠質(zhì)量下降和總睡眠時(shí)間減少(通常<6.5 h)[4]。失眠影響機(jī)體各系統(tǒng)生理功能,造成生理節(jié)律的紊亂,嚴(yán)重影響人們的身體健康,已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。睡眠剝奪為失眠的主要研究方法,是由于自身原因或環(huán)境導(dǎo)致的睡眠缺失狀態(tài)[5],包含多種睡眠異常,如睡眠時(shí)間不足、睡眠質(zhì)量差、節(jié)律紊亂等。導(dǎo)致睡眠剝奪常見的原因包括光線、噪聲、溫度、職業(yè)、姿勢(shì)、藥物、飲食等因素[6]。由于以人體為研究對(duì)象進(jìn)行睡眠剝奪實(shí)驗(yàn)涉及倫理問題,現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外主要通過建立動(dòng)物睡眠剝奪模型代替人體睡眠剝奪來(lái)研究其對(duì)機(jī)體的影響。

動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn),對(duì)大鼠進(jìn)行9 d的睡眠剝奪后,其聽性腦干反應(yīng)(auditory brainstem response audiometry,ABR)8、16和32 kHz閾值明顯高于對(duì)照組,畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射(distortion product otoacoustic emissions,DPOAE)在6、10、16、24和32 kHz幅值水平明顯降低,電子顯微鏡下可見睡眠剝奪后大鼠Reissner膜的破裂[7],說明睡眠剝奪會(huì)損害大鼠耳蝸的結(jié)構(gòu)和功能。

國(guó)內(nèi)外大量研究證實(shí),睡眠剝奪通過多個(gè)系統(tǒng)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響,包括免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)等,且有證據(jù)證明睡眠剝奪可誘發(fā)機(jī)體的氧化應(yīng)激。本文對(duì)睡眠剝奪通過免疫系統(tǒng)和氧化應(yīng)激過程導(dǎo)致內(nèi)耳疾病進(jìn)行綜述。

1 睡眠剝奪通過免疫系統(tǒng)對(duì)內(nèi)耳的影響

研究顯示,內(nèi)耳疾病的發(fā)生及發(fā)展可能有免疫機(jī)制參與。睡眠剝奪主要通過以下幾種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,包括核因子-κB(NF-κB)信號(hào)系統(tǒng)、經(jīng)典激素和生長(zhǎng)因子反應(yīng)路徑,對(duì)細(xì)胞因子產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響人體的免疫系統(tǒng)[8]。下面主要介紹睡眠剝奪通過NF-κB信號(hào)系統(tǒng)影響細(xì)胞因子進(jìn)而對(duì)內(nèi)耳產(chǎn)生作用。

1.1 Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)4/NF-κB信號(hào)通路

TLR屬于Ⅰ型跨膜蛋白的天然免疫模式識(shí)別受體,分布于單核-巨噬細(xì)胞表面[9]。TLR4是人類發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)TLRs相關(guān)蛋白,其在免疫炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用[9]。NF-κB是與基因啟動(dòng)子上κB序列特異性結(jié)合而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄功能的蛋白,主要以p50/p65異源二聚體形式存在,其中p65是其主要的亞基,參與機(jī)體的炎癥和免疫應(yīng)答[9]。

TLR4/NF-κB信號(hào)通路是調(diào)節(jié)炎癥因子表達(dá)的重要途徑。該通路的傳導(dǎo)有髓樣分化蛋白88(myeloid differentiation factor 88,MyD 88)非賴途徑和MyD 88依賴途徑兩種[10]。這兩種途徑中TLR4上的TLR結(jié)構(gòu)域可分別與MyD 88接頭蛋白(MyD 88-adaptor like,MAL)及MyD 88蛋白結(jié)構(gòu)中的羧基端作用,使NF-κB p65從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核,誘導(dǎo)和調(diào)控促炎細(xì)胞因子的表達(dá)[9]。炎癥介質(zhì)又可以反饋性地激活NF-κB,二者的相互促進(jìn)使炎癥反應(yīng)放大與延續(xù)[11]。

1.2 睡眠剝奪對(duì)TLR4/NF-κB信號(hào)通路的影響

吳東南等[12]發(fā)現(xiàn),睡眠剝奪大鼠血清中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6表達(dá)水平及海馬體中TLR4、NF-κB p65 mRNA及蛋白表達(dá)水平較對(duì)照組明顯升高,考慮睡眠剝奪可能是通過激活TLR4/NF-κB信號(hào)通路,誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的分泌,從而加重神經(jīng)炎癥。XU等[13]探究睡眠剝奪對(duì)蛛網(wǎng)膜下腔出血(SAH)的影響,發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪明顯增加了TLR4和MyD 88的激活,且用TLR4抑制劑TAK-242或MyD 88抑制劑ST2825治療可明顯減輕SAH后睡眠剝奪引起的腦損傷和神經(jīng)炎癥。說明睡眠剝奪增加小膠質(zhì)細(xì)胞的活化、激活TLR4-MyD 88級(jí)聯(lián)和上調(diào)神經(jīng)炎癥,加劇大鼠實(shí)驗(yàn)性SAH后的腦損傷和神經(jīng)功能障礙。

1.3 TLR4/NF-κB信號(hào)通路對(duì)內(nèi)耳功能的影響

M?LLER 等[14]發(fā)現(xiàn)TLR4在人類內(nèi)淋巴囊中高表達(dá),說明人類內(nèi)淋巴囊可以合成先天免疫系統(tǒng)的成分,從而對(duì)入侵內(nèi)耳的病原體即時(shí)防御,反映了TLR4在內(nèi)耳免疫過程中起著重要的作用。國(guó)內(nèi)外研究表明,聲損傷、耳毒性藥物可激活TLR-4/NF-κB信號(hào)通路,導(dǎo)致耳蝸無(wú)菌炎癥。ZHANG等[9]探討TLR-4/NF-κB信號(hào)通路與聲損傷誘發(fā)的耳蝸炎癥的相關(guān)性,其Western blot結(jié)果顯示噪聲暴露3 d后,Sprague-Dawley大鼠耳蝸中TLR-4、NF-κB抑制蛋白α、下游分子IL-1β、TNF-α和單核趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)表達(dá)水平明顯升高;螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞和螺旋韌帶纖維細(xì)胞的TLR4、TNF-α和IL-1β免疫染色強(qiáng)度明顯增強(qiáng),說明TLR-4/NF-κB信號(hào)通路在噪聲暴露的耳蝸中被激活,參與了聲損傷引起的耳蝸炎癥。OH等[15]發(fā)現(xiàn),注射順鉑后小鼠耳蝸組織、Corti器和HEI-OC1聽覺細(xì)胞中TLR4 mRNA表達(dá)水平明顯升高。此外,VETHANAYAGAM等[16]研究TLR4缺陷對(duì)聽覺功能障礙和耳蝸免疫活動(dòng)的影響,發(fā)現(xiàn)TLR4敲除能抑制巨噬細(xì)胞中主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ類(一種抗原呈遞分子)的表達(dá)水平,在生理?xiàng)l件下不影響聽覺細(xì)胞的生存能力,但可減少聽覺細(xì)胞的損傷和一定程度上保護(hù)耳蝸功能不受損,說明TLR4可能參與了聽覺創(chuàng)傷后巨噬細(xì)胞的抗原呈遞功能。TLR4/NF-κB信號(hào)通路的激活可誘導(dǎo)和上調(diào)包括TNF-α、IL-1β和MCP-1等促炎細(xì)胞因子的釋放[17],促炎細(xì)胞因子激活其下游信號(hào)通路從而影響內(nèi)耳功能[18],參與多種內(nèi)耳疾病的發(fā)病機(jī)制。

1.3.1IL-1

IL-1是急性期免疫反應(yīng)的主要細(xì)胞因子,主要由活化的單核-巨噬細(xì)胞產(chǎn)生,以IL-1α與IL-1β兩種表達(dá)形式存在。其中IL-1β可與靶細(xì)胞上的受體IL-1R結(jié)合后激活靶細(xì)胞內(nèi)的NF-κB及絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)等下游信號(hào)通路,擴(kuò)大炎癥反應(yīng)[19]。多項(xiàng)研究表明,IL-1參與了內(nèi)耳疾病的發(fā)生、發(fā)展。IL-1 在水楊酸鈉致耳鳴的動(dòng)物模型的耳蝸、下丘和耳蝸核中表達(dá)增加,并與動(dòng)物耳鳴行為呈正相關(guān)[20]。SATOH等[21]研究發(fā)現(xiàn),鑰孔蟲戚血藍(lán)蛋白(KLH)致敏的小鼠耳蝸及內(nèi)淋巴囊可見IL-1β和TNF-α表達(dá)。FREJO等[22]通過病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),21%的梅尼埃病患者外周血單核細(xì)胞中IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎細(xì)胞因子水平升高。KIM等[23]發(fā)現(xiàn),在用IL-1β(10 nmol/L,24 h)處理后,內(nèi)淋巴囊上皮細(xì)胞ENaC mRNA表達(dá)水平和ENaC依賴性電流降低,認(rèn)為IL-1β可能通過下調(diào)內(nèi)淋巴囊上皮Na+通道的表達(dá)從而引起電解質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的變化,降低內(nèi)淋巴囊上皮細(xì)胞的液體吸收能力,導(dǎo)致內(nèi)耳液體穩(wěn)態(tài)遭到破壞,從而造成膜迷路積水。

1.3.2TNF-α

TNF-α由活化的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B細(xì)胞和T細(xì)胞等分泌,是機(jī)體受到有害刺激后最先分泌的細(xì)胞因子,是啟動(dòng)炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵細(xì)胞因子[24]。在耳蝸中,TNF-α主要由螺旋韌帶纖維細(xì)胞、Corti器的支持細(xì)胞和外毛細(xì)胞釋放,其導(dǎo)致免疫細(xì)胞進(jìn)入耳蝸[19]。多項(xiàng)研究表明,TNF-α參與了內(nèi)耳疾病的發(fā)生、發(fā)展。KOUHI等[25]對(duì)比梅尼埃病患者及健康對(duì)照組的促炎細(xì)胞因子的基因多態(tài)性,發(fā)現(xiàn)TNF-α與梅尼埃病易感性之間存在聯(lián)系。許麗娟等[26]發(fā)現(xiàn)以KLH全身免疫后的豚鼠內(nèi)耳中TNF-α及TNFR1 mRNA表達(dá)水平升高,認(rèn)為TNF-α/TNFR1是調(diào)節(jié)內(nèi)耳免疫重要的細(xì)胞因子和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一。研究表明TNF-α可激活血管1-磷酸鞘氨醇(S1P)信號(hào)通路,導(dǎo)致耳蝸微循環(huán)處于收縮狀態(tài),使耳蝸血流減少,從而導(dǎo)致聽力下降[27]。KATSUMI等[28]研究發(fā)現(xiàn)TNF-α具有神經(jīng)毒性作用,可降低復(fù)合動(dòng)作電位(CAP)幅度從而誘導(dǎo)豚鼠的感覺神經(jīng)性聽力喪失和突觸變性。李琪等[29]發(fā)現(xiàn)濃度高的TNF-α可明顯降低豚鼠耳蝸血管紋微血管內(nèi)皮細(xì)胞中纖維肌動(dòng)蛋白(F-actin)的分布密度,肌動(dòng)蛋白是調(diào)節(jié)微血管內(nèi)液體及各種大分子物質(zhì)外滲屏障功能的重要因素,F-actin分布密度的降低使細(xì)胞間出現(xiàn)了裂隙,從而使細(xì)胞屏障功能受損,繼而改變耳蝸血管紋微血管的通透性。

1.3.3MCP-1

MCP-1是趨化因子CC亞族成員,與白細(xì)胞表面的CC趨化因子受體2(CCR2)結(jié)合,觸發(fā)細(xì)胞骨架發(fā)生變化及與細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞表面產(chǎn)生黏附性相互作用[30]。單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)、IL-1、血小板源性生長(zhǎng)因子(platelet-derived growth factor,PDGF)、γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor,EGF)或某些病毒刺激下均可被誘導(dǎo)分泌MCP-1。MCP-1可趨化單核-巨噬細(xì)胞和T淋巴細(xì)胞,并且誘導(dǎo)單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)黏附分子和釋放組胺,使炎性細(xì)胞向炎性發(fā)生部位聚集,巨噬細(xì)胞產(chǎn)生自由基,釋放溶酶體酶,促進(jìn)促炎細(xì)胞因子如TNF-α、IL-1β的分泌,從而加重組織炎癥[31]。

國(guó)內(nèi)外大量研究已證實(shí),腎臟與內(nèi)耳在形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能上具有較多相似之處。KIM等[32]報(bào)道在腎積水的病腎纖維組織中,MCP-1及其受體的表達(dá)明顯升高。有研究表明,血清MCP-1水平與糖尿病腎病患者腎損傷及預(yù)后不良密切相關(guān)[33]。IINUMA等[34]臨床觀察發(fā)現(xiàn),促炎過程的血漿MCP-1水平升高與聽力障礙的進(jìn)展和雙側(cè)受累的梅尼埃病有關(guān),認(rèn)為MCP-1水平升高促進(jìn)促炎細(xì)胞因子分泌,從而使內(nèi)耳的微血管循環(huán)功能障礙,導(dǎo)致梅尼埃病患者的聽力受損。而在膜迷路積水大鼠的耳蝸螺旋器、血管紋螺旋韌帶和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞組織及前庭膜上均有MCP-1明顯表達(dá),提示MCP-1與梅尼埃病的發(fā)生有一定的關(guān)聯(lián),推測(cè)MCP-1通過誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子IL-1β的表達(dá)從而誘導(dǎo)膜迷路積水[35]。

2 睡眠剝奪對(duì)氧化應(yīng)激過程的影響

2.1 氧化應(yīng)激及抗氧化防御系統(tǒng)

氧化應(yīng)激是指活性氧簇(ROS)及活性氮簇(RNS)等高氧化分子過量產(chǎn)生,導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)氧化物和抗氧化物的平衡失衡[36],過量的氧化物通過氧化蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和脫氧核糖核酸而導(dǎo)致細(xì)胞損傷。體內(nèi)的抗氧化防御機(jī)制包括酶和非酶系統(tǒng),其中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是已知唯一可清除體內(nèi)ROS的酶,當(dāng)SOD活力下降時(shí),機(jī)體抗氧化能力下降。氧化應(yīng)激的增加也可通過釋放促炎細(xì)胞因子,如TNF-α和IL-1β誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)。

2.2 睡眠剝奪誘發(fā)氧化應(yīng)激機(jī)制的途徑

國(guó)內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪可導(dǎo)致自由基產(chǎn)生增加,機(jī)體抗氧化能力降低,通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激間接引起氧化應(yīng)激這3個(gè)方面導(dǎo)致機(jī)體的氧化應(yīng)激[37]。谷冬梅等[38]發(fā)現(xiàn)睡眠剝奪大鼠腎臟內(nèi)丙二醛(maleic dialdehyde,MDA)水平較對(duì)照明顯升高,而SOD水平較對(duì)照組明顯降低,說明睡眠剝奪會(huì)導(dǎo)致機(jī)體的自由基產(chǎn)生增加及抗氧化能力降低。TU等[39]報(bào)道內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可通過二硫鍵氧化還原方式直接產(chǎn)生ROS。

2.3 氧化應(yīng)激對(duì)內(nèi)耳的影響

耳蝸是有氧代謝非常旺盛的器官。在耳蝸中,能量由血管紋及Corti器產(chǎn)生,在產(chǎn)生能量的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的氧自由基[40]。正常情況下,ROS與耳蝸內(nèi)抗氧化防御系統(tǒng)保持動(dòng)態(tài)平衡,當(dāng)ROS過量產(chǎn)生時(shí),就會(huì)對(duì)耳蝸造成一系列的損傷[41]。ROS可誘導(dǎo)耳蝸脂質(zhì)發(fā)生過氧化,產(chǎn)生MDA和4-羥基壬醛(HNE)等副產(chǎn)物,這些脂質(zhì)過氧化物本身可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡,還可導(dǎo)致耳蝸血流量減少,引起內(nèi)耳繼發(fā)性損傷[41]。CALABRESE等[42]通過檢測(cè)梅尼埃病患者蛋白質(zhì)羰基(PC)、HNE、硫氧還蛋白(thioredoxin,Trx)和熱休克蛋白(heat shock protein 70,Hsp70)在淋巴細(xì)胞中的表達(dá)以確定細(xì)胞應(yīng)激程度,結(jié)果顯示梅尼埃病患者體內(nèi)PC、HNE及Hsp70水平均有所升高,提示氧化應(yīng)激過程與梅尼埃病之間存在某種聯(lián)系[42]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)[43],誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)在膜迷路積水耳蝸的血管紋和螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的表達(dá)增強(qiáng),提示一氧化氮參與了膜迷路積水的病理生理過程。

3 小 結(jié)

內(nèi)耳疾病的產(chǎn)生機(jī)制尚不明確,是多種因素綜合作用的結(jié)果。睡眠障礙是公認(rèn)的內(nèi)耳疾病誘導(dǎo)因素之一,本文將睡眠剝奪通過對(duì)免疫系統(tǒng)的影響及對(duì)氧化應(yīng)激機(jī)制的影響從而誘導(dǎo)內(nèi)耳疾病的過程進(jìn)行總結(jié),為睡眠剝奪所導(dǎo)致的內(nèi)耳疾病在治療方面提供更多的可能性。