年齡相關(guān)性聽力損失的易感基因研究進展*

陳琪 趙立東 王秋菊

1 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)學(xué)部，國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，解放軍耳鼻咽喉科研究所，聾病防治北京市重點實驗室(北京 100835); 2 浙江中醫(yī)藥大學(xué)

年齡相關(guān)性聽力損失(age-related hearing loss，ARHL)又稱為老年性聾(presbycusis)，被定義為一種雙側(cè)對稱性的、進行性的與年齡有關(guān)的感音神經(jīng)性聽力損失(SNHL)，高頻聽力下降較為明顯[1]。對尸頭顳骨標(biāo)本的研究發(fā)現(xiàn)，ARHL涉及多種聽覺結(jié)構(gòu)，包括耳蝸內(nèi)外毛細胞機械傳導(dǎo)退化(感音性老年性聾)、血管紋功能減退(代謝性老年性聾)以及聽神經(jīng)退化(神經(jīng)性老年性聾)，而現(xiàn)實中常表現(xiàn)為多種結(jié)構(gòu)病變。ARHL被認為受到多種因素的影響，其潛在危險因素包括年齡、性別、種族、環(huán)境、生活方式、健康合并癥以及遺傳易感性[2]。

鑒于25%～75%的聽力改變與遺傳因素相關(guān)[3]，在過去幾十年間，人們對ARHL的遺傳學(xué)機制進行了深入的研究，本文將對ARHL遺傳研究的最新進展進行綜述，以進一步加深對ARHL遺傳學(xué)機制的認識。

1 與ARHL聽力曲線相關(guān)的已知耳聾基因

1.1GRHL2基因 GRHL2基因(grainyhead like transcription factor 2)是人類上皮組織中廣泛表達的轉(zhuǎn)錄因子，也在排列有毛細胞、側(cè)壁螺旋韌帶、螺旋神經(jīng)節(jié)細胞和支持細胞的耳蝸管中表達[4]。該基因的缺陷是非綜合征型常染色體顯性28型(DFNA28)SNHL的原因。GRHL在整個生命周期參與上皮細胞的分化和維持，受損上皮細胞的完整性可能與遲發(fā)性聽力損失有關(guān)[5]。Van Laer等[6]對2 418個ARHL患者進行關(guān)聯(lián)研究，將703個單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)進行統(tǒng)計分析后，排名最高的前三個SNP均位于GRHL2基因中，并進一步分析證實GRHL2是ARHL易感基因。Lin等[7]嘗試在臺灣漢族人群中復(fù)制該結(jié)果，但其研究并未發(fā)現(xiàn)兩者之間積極的聯(lián)系。受限于樣本規(guī)模、研究設(shè)計、種族以及其他因素的影響，不同的研究結(jié)果之間存在差異。因此，Han等[4]基于已發(fā)表文獻進行了Meta分析，以評估GRHL2基因多態(tài)性與ARHL敏感性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在白種人中rs10955255位點多態(tài)性可能是ARHL的重要危險因素，而在亞洲人中rs1981361位點多態(tài)性可能是ARHL的危險因素，但仍需要更大規(guī)模的研究來驗證。

1.2KCNQ4基因 KCNQ4(potassium voltage-gated channel member 4)基因編碼蛋白質(zhì)在調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性，尤其是在調(diào)節(jié)耳蝸感覺細胞興奮性中尤為重要，其表達于內(nèi)耳毛細胞、前庭器官和腦干聽神經(jīng)核，在內(nèi)耳鉀離子循環(huán)中扮演重要角色，該基因的缺陷是引起非綜合征型常染色體顯性2型聽力損失(DFNA2)的原因，以進行性的高頻SNHL為主(smith，1993)。表達于內(nèi)耳毛細胞、前庭器官和腦干聽神經(jīng)核，在內(nèi)耳鉀離子循環(huán)中扮演重要角色。通道基因的突變被認為是緩慢進行性聽力損失的原因[8]。Van Eyken等[9]通過在兩個獨立的白種人群中將ARHL視為定量特征，研究跨KCNQ4的SNP與ARHL的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在兩個人群中，位于KCNQ4基因中部占據(jù)13 kb的SNP與ARHL顯著相關(guān)。

1.3GIPC3基因 對小鼠的研究表明Gipc3(GAIP interacting protein 3，C terminus)基因是耳蝸毛細胞和螺旋神經(jīng)節(jié)長期存活的必需基因，染色體上Gipc3基因的純合突變會引起常染色體隱性15型(DFNB15)聽力損失。Charizopoulou等[11]確定Gipc3的PDZ域中的序列多態(tài)性是小鼠進行性SNHL和聽源性驚厥易感性的原因，其研究還表明Gipc3在耳蝸毛細胞的聲音信號獲取和傳播中起著關(guān)鍵作用，同時Gipc3343A等位基因會破壞靜纖毛束的結(jié)構(gòu)，影響聽覺毛細胞和螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的長期功能。Yi等[11]的研究指出代謝型谷氨酸受體7 (mGluR7)和Gipc3在小鼠耳蝸中顯示出相同的定位域，且在功能上有相似之處，而mGluR7興奮性中毒的易感性被認為是ARHL的危險因素，因此提出Gipc3及其同源基因是ARHL的優(yōu)良候選基因。

2 內(nèi)耳中已知功能的基因

2.1參與抗氧化過程的基因 氧化應(yīng)激在整個衰老過程中起著重要作用，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是線粒體氧化磷酸化的副產(chǎn)物，包括超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH)[8]。正常生理條件下，氧化應(yīng)激過程與抗氧化應(yīng)激過程保持著動態(tài)平衡，復(fù)雜的酶和非酶系統(tǒng)相互作用，以抵消活性氧介導(dǎo)的氧化損傷。耳蝸中有兩類抗氧化酶：參與谷胱甘肽(GSH)新陳代謝的酶和參與超氧陰離子和過氧化氫分解的酶[2,12]。內(nèi)耳的氧化應(yīng)激，繼發(fā)于某些與人類抗氧化系統(tǒng)有關(guān)的基因的多態(tài)性導(dǎo)致的氧化應(yīng)激防御機制受損，這種防御機制受損可能使個體更容易受到ARHL的影響[8]。

GST家族的N-乙酰轉(zhuǎn)移酶(N-acetyltransferase，NAT)基因所編碼的酶負責(zé)外源性物質(zhì)的解毒，對氧化應(yīng)激的平衡非常重要。在人體中發(fā)現(xiàn)的兩個同工酶分別是NAT1和NAT2[8]。一項ARHL與抗活性氧相關(guān)基因的多態(tài)性的研究發(fā)現(xiàn)，在芬蘭人群中ARHL與GSTM1和GSTT1之間存在相關(guān)性，而在其他歐洲人群中ARHL與NAT2存在相關(guān)性[2]。另一項研究也證實攜帶GSTM1和GSTT1空基因型(null genotypes)的白人患ARHL的幾率更高[13]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與野生型基因者相比，GSTT1等位基因突變的受試者更有可能出現(xiàn)高頻陡降型聽力圖，表明耳蝸的基底部易受GSTT1調(diào)節(jié)的氧化應(yīng)激的影響[12]。

UCP2是線粒體源性ROS的調(diào)控因子，在日本人群中UCP2 基因Ala55Val多態(tài)性與ARHL顯著相關(guān)[14]。Manche等[15]選取220個病例組和270個年齡、性別相匹配的對照組，對氧化應(yīng)激相關(guān)基因的SNP多態(tài)性與老年性聾之間的關(guān)系進行探究，發(fā)現(xiàn)UCP2 (G-866A)的基因多態(tài)性對ARHL有顯著的風(fēng)險。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)可以將超氧陰離子分解為H2O2和O2，產(chǎn)生的H2O2可以被過氧化氫酶進一步分解為水和氧氣[2]，從而使細胞免受氧化應(yīng)激的損傷。對小鼠的研究顯示，耳蝸中缺乏SOD1表現(xiàn)出與年齡有關(guān)的耳蝸毛細胞缺失增加、血管紋厚度變薄、螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元嚴(yán)重退化[16]。在嚙齒類和靈長類動物耳蝸中，神經(jīng)節(jié)細胞中SOD2表達梯度增加[17]，與大多數(shù)ARHL高頻聽力損失差異一致。同時SOD2基因編碼一種普遍存在的線粒體超氧化物歧化酶，其啟動子變異可能與男性的ARHL風(fēng)險相關(guān)[18]。Wang等[19]通過動物實驗探究老年性聾患者內(nèi)柱細胞中SOD1水平降低是否與內(nèi)毛細胞帶狀突觸可塑性降低有關(guān)，發(fā)現(xiàn)耳蝸SOD1表達降低與聽力閾值變化一致，同時內(nèi)柱細胞中SOD1水平的降低可能導(dǎo)致基底膜振動減少和帶狀突觸數(shù)量減少，而帶狀突觸在ARHL中起著至關(guān)重要的作用。Keithley等[16]發(fā)現(xiàn)SOD1對于耳蝸神經(jīng)元和血管紋的存活似乎很重要，但即使只有一半的SOD1也足夠維持正常功能狀態(tài)，且過量的SOD1對老年性聽力損失并不提供足夠的保護。

2.2線粒體相關(guān)基因 有推測認為，耳蝸線粒體氧化還原失衡、mt DNA突變和缺失可能共同參與了ARHL的發(fā)生。在ARHL患者的顳骨中經(jīng)常觀察到一種特殊的線粒體缺失(mt DNA 4977)，其水平與ARHL的嚴(yán)重程度密切相關(guān)。此外，顳骨螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元中mt DNA缺失，將導(dǎo)致COX3表達減少，而COX活性不足會導(dǎo)致高代謝組織出現(xiàn)明顯的病理變化[20]，進一步影響聽覺感知。

POLG基因編碼mt DNA聚合酶γ，用于維持mt DNA復(fù)制的保真度，OPA1基因編碼線粒體動素樣GTPase，影響mt DNA基因組的穩(wěn)定性，兩者的變異均可導(dǎo)致早發(fā)的聽力損失[21]。小鼠表達的易出錯的mt DNA聚合酶γ(PolgD257A)缺乏校對活性，增加突變頻率，導(dǎo)致呼吸鏈蛋白表達缺陷和早衰，這些Polg基因敲除小鼠也表現(xiàn)出早發(fā)ARHL，螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元嚴(yán)重丟失和血管紋變性[22]。

2.3毛細胞纖毛相關(guān)基因 與纖毛組織和毛束形成相關(guān)的編碼蛋白包括CDH23、MYO6、CEP104等，CDH23編碼蛋白與纖毛組織和毛束形成有關(guān)，MYO6編碼蛋白是維持內(nèi)耳毛細胞的結(jié)構(gòu)完整性，維持正常纖毛結(jié)構(gòu)所必需的，CEP104編碼中心體蛋白104，是纖毛形成和纖毛結(jié)構(gòu)完整所必需的。

對小鼠的研究顯示，所有攜帶Cdh23ahl等位基因的近交系小鼠均出現(xiàn)ARHL。Yasuda等[23]將位于Cdh23的等位基因c.753A編輯為c.753G，發(fā)現(xiàn)基因編輯后可延緩ARHL的發(fā)生，但并不能完全抑制小鼠的ARHL。Bouzid等[24]采集感音神經(jīng)性聽力下降和聽力正常的老年女性的血液樣本，進行CDH23基因特定位置甲基化的研究，發(fā)現(xiàn)CDH23基因CpG位點甲基化水平較高可能與ARHL相關(guān)。Oonk等[25]將一個由于MYO6基因突變而導(dǎo)致聽力損失的荷蘭家庭的聽力測試特征，與之前發(fā)表的三個不同家庭的聽力特征進行比較，發(fā)現(xiàn)該家庭成員的聽力損失與老年性聾非常相似，并推測MYO6的罕見變異可能導(dǎo)致老年性聾。一項以全基因組關(guān)聯(lián)研究為基礎(chǔ)，輔以分子動力學(xué)模擬、蛋白質(zhì)翻譯分析和突變基因在模式動物中檢測的研究，對464個ARHL患者進行全基因組測序，最終獲得CEP104基因與ARHL相關(guān)[26]。

2.4其他已知功能的基因 代謝型谷氨酸受體7(glutamate receptor metabotropic 7，GRM7)[27～29]基因編碼代謝型谷氨酸受體7(glutamate receptor type 7,mGluR7)，被認為位于哺乳動物耳蝸毛細胞和傳入聽神經(jīng)纖維樹突之間的突觸中，是維持谷氨酸突觸傳遞和穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵，在人顳骨模型中表達于螺旋神經(jīng)節(jié)細胞，螺旋緣齒間細胞，內(nèi)、外毛細胞和螺旋韌帶的II型纖維細胞內(nèi)。Wells等[29]首次對大樣本人群進行ARHL的全基因組測序，發(fā)現(xiàn)并驗證GRM7基因(rs11928865)與ARHL之間存在顯著風(fēng)險關(guān)聯(lián)，同時認為GRM7的常見等位基因可能通過改變谷氨酸興奮性中毒敏感性的機制而導(dǎo)致個體患ARHL的風(fēng)險增加。Luo等[11]對982例ARHL和324例聽力正常老年男性組進行了病例對照候選基因關(guān)聯(lián)研究，結(jié)果表明GRM7(rs11928865)與ARHL相關(guān)，且在下降型和2～4 kHz陡降型的ARHL患者中更常見。Chang等[28]對臺灣地區(qū)老年人的GRM7基因單核苷酸多態(tài)性與ARHL的關(guān)系進行了研究，發(fā)現(xiàn)GRM7(rs9880404)與ARHL的易感性有關(guān)。

在CBA小鼠耳蝸老化模型中，幾個凋亡相關(guān)基因的表達隨年齡和聽力損失而發(fā)生變化，認為細胞凋亡可能在耳蝸老化和ARHL中起著重要作用。在C57BL/6J小鼠中，刪除線粒體促凋亡基因Bak可以阻止年齡相關(guān)的螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元、毛細胞的損失和ARHL[29]。Falah等[30]研究發(fā)現(xiàn)，ARHL患者外周血樣本中促凋亡基因BAK/抗凋亡基因BCL2比值顯著上調(diào)。

由此可見一些參與氧化應(yīng)激解毒、線粒體功能、細胞功能的相關(guān)基因的多態(tài)性都可能與ARHL存在一定的相關(guān)性。

3 全基因組關(guān)聯(lián)研究方法獲得的新基因

全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study，GWAS)采用大樣本人群，針對一部分而非特定基因進行測序，雖然目前ARHL相關(guān)表型的GWAS研究之間重復(fù)性較差，可能受到聽力表型差異、樣本遺傳差異以及樣本數(shù)目的影響，但仍發(fā)現(xiàn)了一些新型ARHL基因。

一項基于電子健康記錄的GWAS研究[31]，選取非拉美裔白人并根據(jù)聽力情況分組，使用傳統(tǒng)的基因組圖譜獲得與ARHL相關(guān)的SNP。第一個高相關(guān)性SNP位于ISG20的5 kb 3'和ACAN的638 kb 5'端，第二個SNP是TRIOBP的內(nèi)含子。經(jīng)TRIOBP啟發(fā)，還發(fā)現(xiàn)兩個顯著相關(guān)的SNP為ILDR1和EYA4。Di Stazio等[26]以全基因組關(guān)聯(lián)研究為基礎(chǔ)對ARHL患者進行全基因組測序，收集單核苷酸變異(SNVs)和插入/缺失(INDELs)數(shù)據(jù)，結(jié)合之前全基因組關(guān)聯(lián)研究相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得46個候選基因，并用81例超百歲健康老人所構(gòu)成的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫中的等位基因頻率對變異進行篩選，再將感興趣的變異基因通過分子動力學(xué)模擬和蛋白質(zhì)翻譯分析評估其致病作用，并檢測突變基因在小鼠或斑馬魚內(nèi)耳中的表達，最終發(fā)現(xiàn)DCLK1、SLC28A3、CEP104和PCDH20基因與ARHL相關(guān)。在一項意大利人群的GWAS研究中[32]，用類似上述方法，發(fā)現(xiàn)TIAM1基因變異是ARHL的負擔(dān)基因，純合基因可導(dǎo)致嚴(yán)重的聽力損失。Nagtegaal等[33]對已有的GWAS研究進行了Meta分析，確定了7個相關(guān)基因位點，5個是新發(fā)現(xiàn)的基因(FXYD5、IPP、SPIRE2、SPTBN1和TRIL)，2個已報道與聽力損失相關(guān)的基因(ILDR1、ISG20)，還證實了一些先前報道的與ARHL相關(guān)的基因(ILDR1、ISG20和TRIOBP)。Hoffmann等[34]從成人健康和老齡化遺傳流行病學(xué)研究隊列中選取6 527例ARHL者和45 882例聽力正常者進行全基因組測序，發(fā)現(xiàn)TRIOBP與ARHL相關(guān)，在另一項研究中也證實了TRIOBP與ARHL之間存在聯(lián)系[29]。

近期一項對小鼠的研究[35]通過降低小鼠中每個基因的表達水平并分析聽覺功能，探究早期ARHL相關(guān)GWAS報道的17個候選基因(A430005L14Rik、Amz2、Arsg、Dclk1、Evi5、Fzd6、Grm8、Ptprd、Sik3、Slc16a6、Tgm6、Cmip、Csmd1、Dipk1a、Optn、Pthlh、Rimbp2)對聽力是否有明顯的影響，發(fā)現(xiàn)其中兩個基因?qū)β犃τ杏绊懀?Dclk1突變導(dǎo)致ABR閾值遲發(fā)性逐步升高，A430005L14Rik(C1orf174)突變者顯示出比對照組更嚴(yán)重的噪聲誘發(fā)性聽力損害。

迄今為止，GWAS對ARHL的研究尚未發(fā)現(xiàn)任何具有較大影響的變異，可能與遺傳缺失受到多種其他機制的影響有關(guān)，例如GWAS陣列上目前無法捕獲的稀有SNP和效應(yīng)量較小的常見SNP，這些可以用更大的樣本量或副本數(shù)量變化來識別[31]。未來需進行更大樣本、更詳細的表型劃分，以探究ARHL復(fù)雜的遺傳因素。

4 展望

通常認為遺傳因素和生活方式是衰老相關(guān)病理狀態(tài)的主要因素，但越來越多的證據(jù)表明，表觀遺傳學(xué)因素也可能導(dǎo)致這些疾病。表觀遺傳學(xué)的定義為不是由DNA序列改變而引起的表型的改變，導(dǎo)致這些表型改變的表觀遺傳學(xué)機制主要是DNA甲基化和組蛋白修飾。Wu等[36]研究發(fā)現(xiàn)GJB2基因啟動子區(qū)域甲基化會導(dǎo)致連接蛋白26表達下調(diào)，增加ARHL的風(fēng)險。此外，Xu等[37]報道SLC26A4和P2RX2基因的甲基化會導(dǎo)致男性ARHL的風(fēng)險增加，同時P2RX2、KCNQ5、ERBB3和SOCS3基因在女性中甲基化和表達下調(diào)，與老年性聾相關(guān)。MTHFR是葉酸代謝的關(guān)鍵酶，在DNA甲基化中起關(guān)鍵作用，其等位基因的變異對ARHL有著保護作用[38]。從表觀遺傳學(xué)角度進行ARHL的研究，將成為未來的一大方向。

目前，對于ARHL的潛在機制仍不清楚，應(yīng)繼續(xù)進行探究。相對于特定潛在基因的比較，全基因組關(guān)聯(lián)研究從更大樣本、更廣泛的遺傳信息層面進行易感基因的探究，具有更大的潛力。