Connexin蛋白在老年性耳聾中作用的研究進(jìn)展

楊澤垠 曲雁

河北醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院耳鼻咽喉科（石家莊 050051）

老年性耳聾（presbycusis）又稱年齡相關(guān)性聽(tīng)力損失（Age-related hearing loss,ARHL），是一種老年人最常見(jiàn)的以雙側(cè)進(jìn)行性高頻聽(tīng)力損失為主要特征的感覺(jué)障礙。隨著社會(huì)老齡化的加快，老年性耳聾的發(fā)病率越來(lái)越高。中度以上的老年性耳聾影響交流，可能導(dǎo)致孤立、抑郁，甚至可能導(dǎo)致癡呆癥。老年性耳聾是多種因素相互作用的結(jié)果，包括耳蝸老化、環(huán)境、遺傳易感性和健康合并癥等。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)老年性耳聾的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入，Connexin蛋白的表達(dá)在老年性耳聾中的作用也越來(lái)越受到關(guān)注。

縫隙連接被稱為細(xì)胞間通道，是相鄰細(xì)胞溝通的重要途徑之一，能夠促進(jìn)代謝產(chǎn)物、離子和信號(hào)分子的交換。形成這種連接的膜通道蛋白稱為Connexon，而Connexon的亞單位就是Connexin蛋白。Connexin蛋白與聽(tīng)力損失、神經(jīng)退行性疾病和皮膚病有關(guān)。其在內(nèi)耳聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中的豐富表達(dá)表明Connexin蛋白在內(nèi)耳發(fā)育和維持正常聽(tīng)力過(guò)程中的重要性。編碼連接蛋白的基因中有100多個(gè)突變與耳聾有關(guān)，最突出的是Connexin26和Con-nexin30在聽(tīng)力損失中的參與。一直以來(lái)，Connexin蛋白的關(guān)注熱點(diǎn)在于其與遺傳性耳聾的關(guān)系，而很少有人研究Connexin蛋白與老年性耳聾的關(guān)系。本文就Connexin蛋白的表達(dá)在老年性耳聾中的可能作用作一綜述。

1 Connexin蛋白的分布和功能

1.1 Connexin蛋白的表達(dá)分布

縫隙連接廣泛存在于內(nèi)耳Corti器的支持細(xì)胞、血管紋、螺旋韌帶、螺旋唇和其他耳蝸的非感覺(jué)細(xì)胞和結(jié)構(gòu)中[1]；但是聽(tīng)覺(jué)毛細(xì)胞之間或者毛細(xì)胞與支持細(xì)胞之間并沒(méi)有縫隙連接蛋白的表達(dá)。在成熟哺乳動(dòng)物耳蝸中，已檢測(cè)到5種連接蛋白亞型，分別是 Connexin26、Connexin29、Connexin30、Connexin31和 Connexin43，其 中 Connexin26和Connexin30是構(gòu)成耳蝸縫隙連接的重要亞基，它們存在于構(gòu)成耳蝸、前庭上皮以及結(jié)締組織縫隙連接系統(tǒng)的所有細(xì)胞中[2]。連接蛋白在內(nèi)耳聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中的定位見(jiàn)圖1。Zhao HB等[1]的研究表明Connexin26和Connexin30在耳蝸內(nèi)的分布既有差異又有重疊，存在著細(xì)胞分布特異性。在Deiters細(xì)胞和柱細(xì)胞的指突和毛細(xì)胞所構(gòu)成的表皮板上，Connexin26和Connexin30大量表達(dá)，并相互重疊；在Deiters細(xì)胞和柱細(xì)胞的胞體也有Connexin26和Connexin30的大量表達(dá)。但在Hensen細(xì)胞中只有Connexin26的表達(dá)。后來(lái)又有研究表明[3]，Connexin26在Deiters細(xì)胞中的表達(dá)在出生后發(fā)育過(guò)程中具有時(shí)間依賴性和空間分布性，在出生后3天到5天，Connexin26主要在成排的Deiters細(xì)胞中縱向表達(dá)。Connex-in26在出生后發(fā)育早期的Deiters細(xì)胞中的縱向表達(dá)可能在毛細(xì)胞的存活中起著關(guān)鍵作用。Con-nexin26和Connexin30在耳蝸內(nèi)的分布還顯示出頻率特異性，耳蝸基底膜中Connexin26和Connexin30從頂轉(zhuǎn)向底轉(zhuǎn)逐漸減少，而這種減少在Deiters細(xì)胞和內(nèi)、外柱細(xì)胞中比在Hensen細(xì)胞中更加明顯。在耳蝸側(cè)壁上也能觀察到有縫隙連接蛋白表達(dá)的特定細(xì)胞分布[4]。Liu,W等[5]的研究發(fā)現(xiàn)Connex-in26和Connexin30均大量表達(dá)于耳蝸側(cè)壁及螺旋器，而且，人類螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞同樣表達(dá)Connex-in30，甚至包括一些Connexin26。Connexin29在神經(jīng)節(jié)細(xì)胞聽(tīng)覺(jué)和前庭有髓纖維周?chē)难┩?xì)胞中表達(dá)[6,7]。Connexin31明顯局限于螺旋緣，螺旋韌帶和紋上區(qū)特定的纖維細(xì)胞群，從底部到頂端逐漸減少[8,9]。還發(fā)現(xiàn)Connexin36在Ⅰ型神經(jīng)節(jié)細(xì)胞包漿中表達(dá)，它作為縫隙連接蛋白特定作用于神經(jīng)元細(xì)胞，Connexin43也被發(fā)現(xiàn)存在于環(huán)繞Ⅰ型神經(jīng)元細(xì)胞的施萬(wàn)氏細(xì)胞中[5]。

圖1 連接蛋白在內(nèi)耳聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中的定位。耳蝸導(dǎo)管放大圖顯示Corti器橫截面。Connexin26和Connexin30是內(nèi)耳中表達(dá)最豐富的連接蛋白[10]。Fig.1 Localization of connexin in the auditory system of the inner ear.The enlarged image of the cochlear duct shows the cross section of the Corti.Connexin26 and Connexin30 are the most abundant connexins in the inner ear[10].

1.2 Connexin蛋白的功能

縫隙連接由來(lái)自兩個(gè)相鄰細(xì)胞頭對(duì)頭排列的兩個(gè)半通道組成，通過(guò)促進(jìn)離子、小代謝產(chǎn)物和第二信使的擴(kuò)散來(lái)介導(dǎo)細(xì)胞之間的通信。這種細(xì)胞間的直接電活動(dòng)和新陳代謝聯(lián)系在胚胎期、腫瘤抑制以及許多生理功能和病理過(guò)程中起著重要的作用。Zong L等[11]的研究證明miRNAs可以通過(guò)縫隙連接通道調(diào)節(jié)相鄰細(xì)胞的基因表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間的遺傳交流?？p隙連接耦合功能在聽(tīng)功能中也起著至關(guān)重要的作用。耳蝸縫隙連接耦合的功能主要包括鉀離子的回收、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量供應(yīng)、代謝產(chǎn)物的轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞間電信號(hào)的傳遞、維持內(nèi)外淋巴液獨(dú)特的電化學(xué)環(huán)境[12-14]。Mei L等[15]在研究中表明，Connexin26和Connexin30雙基因突變可能導(dǎo)致耳蝸側(cè)壁異質(zhì)性縫隙連接功能受損，從而降低耳蝸內(nèi)電位，最終導(dǎo)致聽(tīng)力損失。耳蝸內(nèi)細(xì)胞間縫隙連接能夠完成K+在內(nèi)、外淋巴液之間的循環(huán)，籍以形成耳蝸中階高K+環(huán)境,維持正常的內(nèi)淋巴電位[16]。盡管K+回收理論很受歡迎，但是并沒(méi)有直接的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持[17]。連接蛋白在聽(tīng)覺(jué)功能中的重要作用包括促進(jìn)耳蝸發(fā)育和維持成熟耳蝸的聽(tīng)覺(jué)功能。由Connexin26或Connexin30組成的連接蛋白半通道，在耳蝸發(fā)育和成熟過(guò)程中發(fā)揮多種重要作用[18]。通過(guò)連接蛋白半通道釋放ATP可以促進(jìn)Ca2+波在耳蝸上皮細(xì)胞間的傳遞[19]，還可以激活K+內(nèi)流，從而促進(jìn)K+進(jìn)入支持細(xì)胞，減少毛細(xì)胞附近K+積聚[20]。以往的K+循環(huán)障礙假說(shuō)認(rèn)為，Connex-in26缺乏可能損害內(nèi)耳縫隙連接，破壞縫隙連接介導(dǎo)的耳蝸K+循環(huán)途徑，從而導(dǎo)致K+離子在毛細(xì)胞周?chē)e聚和毒性，最終導(dǎo)致毛細(xì)胞退化和聽(tīng)力損失。然而，Zhao HB在一篇綜述中提出[21]，盡管K+回收對(duì)正常聽(tīng)力很重要，但這種K+回收假說(shuō)并不是Connexin26缺乏導(dǎo)致耳聾的機(jī)制。

事實(shí)上，由不同Connexin蛋白組成的連接通道對(duì)不同性質(zhì)的物質(zhì)會(huì)表現(xiàn)出不同的通透性[22]。Connexin26的表達(dá)和陰離子的通透性相關(guān)。耳蝸中多數(shù)重要的細(xì)胞信號(hào)分子如ATP，cAMP，cGMP，谷氨酸和IP3等均為帶負(fù)電荷的分子。因此Con-nexin26縫隙連接通道在耳蝸對(duì)于細(xì)胞間通信與營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)有著重要作用[23]。Connexin26對(duì)于帶負(fù)電的熒光黃染料和帶正電的神經(jīng)生物素具有相同的通透性，并且主要負(fù)責(zé)耳蝸對(duì)陰離子分子的通透性。miRNAs在生理pH下表現(xiàn)為陰離子，因此，Con-nexin26缺乏可以影響miRNAs在耳蝸中的傳遞。而Connexin30對(duì)帶正電的神經(jīng)生物素的通透性遠(yuǎn)大于帶負(fù)電的熒光黃染料，Connexin26和Connex-in30共表達(dá)組成的異聚體連接子對(duì)正負(fù)離子均具有較強(qiáng)的通透性[24]。Suzuki,T等[25]的研究表明，縫隙連接還可以介導(dǎo)葡萄糖分子從葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子陽(yáng)性細(xì)胞向葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子陰性細(xì)胞的傳遞。細(xì)胞利用Connexin蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)的葡萄糖產(chǎn)生ATP，維持生命活動(dòng)及Na+-K+泵的正常工作。

2 Connexin蛋白與老年性耳聾

2.1 老年性耳聾的病理特征及分型

老年人和其他哺乳動(dòng)物內(nèi)耳的退行性改變發(fā)生在感覺(jué)毛細(xì)胞、初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元或螺旋神經(jīng)節(jié)細(xì)胞、血管紋和螺旋韌帶細(xì)胞(包括血管系統(tǒng))之間。隨著年齡的增長(zhǎng)，外毛細(xì)胞更容易退化。感覺(jué)細(xì)胞的退化開(kāi)始于耳蝸?lái)斵D(zhuǎn)和基底轉(zhuǎn)，并進(jìn)展到整個(gè)Corti器[26]。神經(jīng)退行性變也是老年性耳聾的一種常見(jiàn)病理，在人類和動(dòng)物中都是如此，它發(fā)生在耳蝸?lái)斵D(zhuǎn)和基底轉(zhuǎn)。1993年，Schuknecht等[27]將老年性耳聾按組織病理學(xué)改變分為感音性、神經(jīng)性、代謝性（或血管紋性）、耳蝸傳導(dǎo)性（或機(jī)械性）、中樞性和混合性六種類型，病理類型多說(shuō)明其發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜。

2.2 Connexin蛋白在老年性耳聾中的表達(dá)及作用

Connexin蛋白的關(guān)注熱點(diǎn)一直在其與遺傳性耳聾的關(guān)系。遺傳學(xué)研究揭示了Connexin蛋白在聽(tīng)力中的重要性，其基因突變導(dǎo)致數(shù)百萬(wàn)常染色體顯性或隱性耳聾患者的聽(tīng)力損傷。約有50%常染色體隱性遺傳性非綜合征型耳聾的發(fā)生與GJB2(編碼Connexin26)基因突變有關(guān)。由Connexin蛋白組成的縫隙連接結(jié)構(gòu)和功能異常主要通過(guò)以下三種可能機(jī)制最終導(dǎo)致耳聾[28]：（1）對(duì)K+循環(huán)的破壞：如果連接通道出現(xiàn)異常，無(wú)法保持內(nèi)淋巴液高K+狀態(tài)，影響耳蝸淋巴內(nèi)電位的形成，最終影響聽(tīng)力；（2）內(nèi)淋巴屏障破壞：離子通道和載體形成的內(nèi)淋巴屏障對(duì)于內(nèi)淋巴電位和正常聽(tīng)力是必不可少的。有學(xué)者認(rèn)為是內(nèi)淋巴屏障的破壞導(dǎo)致了內(nèi)淋巴電位的改變，最終影響聽(tīng)力；（3）細(xì)胞間代謝物質(zhì)交換的紊亂：Connexin26和Connexin30異常表達(dá)會(huì)引起包括第二信使和葡萄糖在內(nèi)的眾多代謝物質(zhì)無(wú)法進(jìn)行交換。葡萄糖的缺乏會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞ATP的缺乏和大量氧自由基的產(chǎn)生，氧自由基的破壞作用能夠引起毛細(xì)胞凋亡和聽(tīng)力下降。

Connexin蛋白在非遺傳性耳聾尤其是在老年性耳聾中的作用研究較少。噪聲性耳聾中，螺旋韌帶中的Connexin26表達(dá)出現(xiàn)下降，并且這種下降可被抗氧化劑及一氧化氮激酶抑制劑所保護(hù)[29]。研究表明，老年性耳聾中耳蝸Connexin蛋白表達(dá)明顯下降，這種下降可能是由氧化物質(zhì)破壞導(dǎo)致的[24]。由此可見(jiàn)，Connexin蛋白在耳蝸中表達(dá)下降是與氧化作用增強(qiáng)密切相關(guān)的。研究中，Wu X等[30]的結(jié)果表明，在耳蝸中DNA異常甲基化參與了老年性耳聾，這項(xiàng)研究以模擬衰老大鼠耳蝸中的縫隙連接蛋白β-2為重點(diǎn)，GJB2基因啟動(dòng)子區(qū)的高甲基化導(dǎo)致Connexin26表達(dá)下調(diào)，可能影響高能代謝物的分解，從而促進(jìn)了老年性耳聾的進(jìn)展。為了闡明Connexin26的詳細(xì)表觀遺傳調(diào)控與老年性耳聾之間的關(guān)系，還需要進(jìn)一步的研究。日本學(xué)者Shori Tajima S等[31]在研究中表明，Connexin26的疏水轉(zhuǎn)化以及縫隙連接蛋白的破壞可能參與了老年性耳聾的發(fā)病機(jī)制，并可能發(fā)生在嚴(yán)重的毛細(xì)胞變性之前。Fetoni AR等[32]在單基因小鼠聽(tīng)力損失模型上的研究結(jié)果表明，Nrf2通路對(duì)聽(tīng)力的維持是必不可少的，其功能失調(diào)可能在人類老年性耳聾的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。同時(shí)還表明老年性耳聾可能是由于Connexin26表達(dá)不足引起的，這為進(jìn)一步闡明進(jìn)行性耳聾的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。Zong L等[33]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，縫隙連接對(duì)主動(dòng)耳蝸放大和聽(tīng)力的影響是漸進(jìn)的，隨著小鼠年齡的增加，從基底部的高頻區(qū)域延伸到頂端的低頻區(qū)域。這些新數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明，耳蝸縫隙連接可能在年齡相關(guān)性聽(tīng)力損失中發(fā)揮重要作用。Martínez AD等[24]認(rèn)為，縫隙連接蛋白通道可能是氧化損傷導(dǎo)致老年性耳聾的靶點(diǎn)，而連接蛋白基因是與老年性耳聾相關(guān)的潛在易感性候選基因。國(guó)內(nèi)學(xué)者司超等[34]對(duì)Con-nexin43在耳蝸螺旋動(dòng)脈上的表達(dá)與老年性耳聾的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果表明，衰老豚鼠耳蝸螺旋動(dòng)脈上Connexin43表達(dá)水平的變化可能與老年性耳聾有關(guān),這為臨床后續(xù)的研究方向奠定了一定的基礎(chǔ)。申玲[35]的研究表明，在擬老化大鼠內(nèi)耳組織中存在GJB2基因啟動(dòng)子區(qū)高甲基化與其低表達(dá)相關(guān)，由此推測(cè)GJB2基因衰老性甲基化可能參與老年性耳聾的發(fā)生發(fā)展；Connexin30蛋白表達(dá)水平在擬老化大鼠內(nèi)耳組織中存在不同程度的代償性升高，推測(cè)Connexin30可能參與老年性聾的發(fā)生發(fā)展。而后來(lái)Wu X等[30]的研究也表明，GJB2基因啟動(dòng)子區(qū)的高甲基化導(dǎo)致Connexin26表達(dá)下調(diào)，增加了患老年性耳聾的風(fēng)險(xiǎn)。

3 總結(jié)與展望

隨著人口老齡化的加劇,老年性耳聾的發(fā)病率越來(lái)越高?，F(xiàn)階段老年性耳聾的發(fā)病機(jī)制主要集中在miRNA介導(dǎo)的耳蝸細(xì)胞自噬與凋亡，線粒體DNA突變及離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)障礙等方面。Connexin蛋白在內(nèi)耳發(fā)育和維持正常聽(tīng)力過(guò)程中起著十分重要的作用，它與老年性耳聾是密切相關(guān)的。以往國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注焦點(diǎn)主要集中在Connexin蛋白與遺傳性耳聾的關(guān)系上，隨著研究的逐漸深入以及分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，Connexin蛋白的變化在非遺傳性耳聾特別是老年性耳聾及噪聲性耳聾發(fā)病中的作用日益受到重視。多項(xiàng)研究表明，Connexin26表達(dá)不足可能會(huì)引起老年性耳聾，這為今后的研究提供了方向和思路，也確定了研究重點(diǎn)。老年性耳聾的發(fā)病原因及機(jī)制極其復(fù)雜,未來(lái)的研究可著重放在Connexin26下降如何引起老年性耳聾的具體機(jī)制上。對(duì)于老年性耳聾目前仍缺乏有效的臨床治療手段。王健艷等[36]在近期的綜述中提及，阿司匹林可能延緩老年性聽(tīng)力損失，音樂(lè)訓(xùn)練和教育可以減緩老年性耳聾所造成的音樂(lè)感知的衰退。這將為老年性耳聾的預(yù)防和治療提供新的思路和藥物選擇。

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，干細(xì)胞和基因治療將取得重大突破。而對(duì)Connexin蛋白與老年性耳聾關(guān)系的研究將有利于揭示各種因素導(dǎo)致老年性耳聾的機(jī)制，并為臨床上防治老年性耳聾提供新的、有效的途徑和方法。