基于细胞凋亡的老年性耳聋发病机制研究进展

2015-03-04杨秋英武王将

中国医学装备 2015年12期

张欣杨秋英武王将

张欣①杨秋英②*武王将②

从细胞凋亡相关的蛋白质，阐述基于细胞凋亡的老年性耳聋发病机制的研究进展，分析半胱氨酸基天冬氨酸-特异性蛋白酶-3(Caspase-3)、X染色体连锁凋亡蛋白(XIAP)、沉默信息调节因子2相关酶1(Sir2 T1)和细胞色素C(Cytochrome C)上述4种与细胞凋亡相关的蛋白质对老年性耳聋发病的影响及研究进展。细胞凋亡是引起老年性耳聋的关键影响因素，包括耳蜗毛细胞、耳蜗螺旋神经节细胞和初级听皮层神经元的凋亡。4种蛋白质因子均与听觉相关细胞的凋亡有密切关系，并在老年性耳聋疾病进展过程中起重要作用，有望作为靶点来治疗老年性耳聋。

老年性耳聋；细胞凋亡；半胱氨酸基天冬氨酸-特异性蛋白酶3；X染色体连锁凋亡蛋白；沉默信息调节因子2相关酶1

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

人的听觉器官分为外耳、中耳和内耳3部分，其中内耳是听觉和位置觉感受器的主要部分。耳蜗和听觉感受器(Corti氏器)均位于内耳，由内、外毛细胞组成。老年性耳聋是伴随年龄增长而逐渐发生的听觉系统退行性变导致的耳聋，其病变主要部位在耳蜗，涉及听神经、中耳或听皮质。由于人体在衰老过程中，耳蜗基底膜上的毛细胞以及听觉传入的第一级神经元螺旋神经节细胞会发生程度不等的凋亡而导致声音的感受及传入受阻而导致老年性耳聋[1]。

1 细胞凋亡基本机制

老年性耳聋是由加速的细胞凋亡导致的一种退行性疾病，而细胞凋亡是一种细胞程序性死亡，是细胞的一种基本生物学现象。细胞凋亡对胚胎发育及形态发生、组织内正常细胞群的稳定、机体的防御和免疫反应、疾病或中毒时引起的细胞损伤和老化以及肿瘤的发生进展起着重要作用。

细胞凋亡是一个主动的、信号依赖的过程，涉及一系列基因的激活、表达以及调控等过程，这个过程涉及多个家族的蛋白质，这些蛋白质中一些功能是促进细胞凋亡，另一些则是抑制细胞的凋亡，于是，当前者的表达量增加或后者的表达量减少至一定程度时则可导致发生老年性耳聋。

2 细胞凋亡的老年性耳聋发病机制研究

含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(cysteinylaspartate-specific-proteinase，Caspase)，是一组存在于细胞质中具有类似结构的蛋白酶，目前人类已经鉴定了11种不同的Caspase，与细胞凋亡形态学特征变化密切相关，并参与细胞的生长、分化。其中半胱氨酸基天冬氨酸-特异性蛋白酶-3Caspase-3是细胞凋亡过程中最主要的终末剪切酶，在细胞凋亡中起着不可替代的作用，被认为是细胞凋亡中的关键酶。

2.1 Caspase-3的表达与听觉相关细胞的凋亡

李洪波等[2]采用C57BL/6J小鼠为动物模型，将其按月龄和体重分为两组：2月龄(体重15～20 g)和10月龄(体重45～60 g)C57BL/6J小鼠各15只。分别采用免疫组织化学染色和末端转移酶介导的原位缺口末端标记染色(TUNEL)检验小鼠初级听皮层Caspase-3的表达情况和初级听皮层神经元凋亡状况。实验结果显示：10月龄组C57BL/6J小鼠初级听皮层中Caspase -3的表达和初级听皮层神经元凋亡数目均明显多于2月龄组C57BL/6J小鼠；且Casepase-3的表达与神经元的凋亡呈正相关。实验结果认为，Caspase-3可能参与了老年性耳聋患者初级听皮层神经元的凋亡。

熊敏等[3]采用豚鼠为实验动物，将其按月龄和体重分为两组：实验组(33～35月龄)和对照组(2～3月龄)，体重250 g左右豚鼠各10只。分别采用听性脑干反应(ABR)和免疫组织化学染色技术检测豚鼠的听阈及耳蜗的表达，实验结果显示：实验组豚鼠的ABR听阈远低于对照组豚鼠，实验组豚鼠可作为老年性耳聋模型；Caspase-3在实验组耳蜗的表达呈阳性，对照组耳蜗的表达呈阴性。实验结果提示，Caspase-3在豚鼠耳蜗老化过程中起重要作用。

王永生等[4]所做老年大鼠耳蜗螺旋神经节Caspase-3的表达实验，选择无中耳炎、无暴露强躁声环境及未使用耳毒性药物的Wistar大鼠70只，将其随机分为实验组和对照组，每组35只。采用免疫组化SP法检测老年大鼠和青年大鼠耳蜗螺旋神经节Caspase-3的表达，实验结果显示：实验组大鼠的ABR反应阈值高于对照组大鼠，实验组大鼠可作为老年性耳聋模型；Caspase-3在老年大鼠耳蜗螺旋神经节中的表达较青年大鼠增强[4]。实验结果提示，Caspase-3参与了大鼠耳蜗螺旋神经节细胞的凋亡。

另外，一些外在因素，如长时间的高脂肪饮食，已在D-半乳糖诱导的小鼠身上得到证实，可以加速内耳中Caspase-3的表达从而加剧细胞凋亡[5]；相反，另一对应试验也在小鼠身上得到证实，即限制小鼠摄入食物的热量，可减少耳蜗中Caspase-3的表达量，从而减缓内耳中的细胞凋亡[6]。

根据以上研究结果可认为：Caspase-3表达量的增多是老年性耳聋的发病机制之一，因此，通过抑制Caspase-3的活化从而影响细胞的凋亡，将成为老年性耳聋有效治疗的途径之一。

2.2 X染色体连锁凋亡抑制蛋白与听觉相关细胞的凋亡

凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis proteins，IAPs)是一类高度保守的在结构上具有同源性的抑制细胞凋亡的内源性抑制蛋白家族。有学者到目前为止发现了人体内IAP家族共包含8个成员，其中X染色体连锁凋亡抑制蛋白(X-linked inhibitor of apoptosis protein，XIAP)是IAP家族中最强的凋亡抑制因子。有研究表明，XIAP能通过直接或间接抑制Caspase的活性而发挥凋亡作用，通过参与核转录因子(nuclear factor-kgene binging，NF-KB)家族的调节而发挥凋亡作用，还能通过抑制c-Jun氨基端激酶(c-Jun N-terminal Binases，JNK)的激活从而发挥凋亡作用[7-8]。有研究者证实，XIAP还能抑制老年性耳聋听皮层r-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid，GABA)神经元的凋亡，从而，抑制听皮层GABA神经元凋亡引起老年性耳聋的途径[9]。

肖伯奎等[10]选取耳廓反射灵敏、健康成年SD大鼠20只(2月龄，体重170～250 g)为动物模型，采用日立835-50型氨基酸自动分析仪分别测定其耳蜗核、下丘和听皮层中GABA、甘氨酸(glycine，Gly)、谷氨酸(glutamic acid，Glu)及天冬氨酸(aspar tic，Asp)的含量[10]。实验结果提示，GABA能神经元的凋亡可能是引起老年性耳聋的重要原因之一。

李洪波[2]等采用免疫组织化学染色技术检测小鼠初级听皮层神经元凋亡状况时亦得知，10月龄和2月龄C57BL/6J小鼠听皮质中XIAP阳性神经元数量相比，前者XIAP阳性神经元数量较少[11]。实验结果提示：C57BL/6J小鼠听力减退可能与XIAP的表达水平有关。

Wang等[12]采用C57BL/6J小鼠共48只，并将其分为实验组和对照组，实验组为转入人XIAP基因的2月龄和14月龄小鼠，对照组为同窝野生型小鼠。分别通过ABR和耳蜗毛细胞图分析、毛细胞数据分析及计算检测转基因小鼠的听力损失和毛细胞损失，实验结果提示：实验组小鼠的听力损失相对于对照组小鼠明显减轻，且其毛细胞损失也明显少于对照组。

根据以上研究结果可认为：听皮层GABA能神经元的凋亡是老年性耳聋患者听力及语言理解能力降低的主要机制之一，外源性XIAP在听觉皮层的高表达抑制GABA能神经元凋亡可能是研究老年性耳聋发病机制的新思路。

2.3 沉默信息调节因子2(Sir2)相关酶1(Sir-T1)与听觉相关细胞的凋亡

沉默信息调节蛋白(Sirtuin)(silent-informationregulator-protein)最早被发现于酵母细胞中，是一组NAD+依赖型去乙酸化酶。哺乳动物的沉默信息调节因子家族共有7名成员：SIRT1～SIRT7。其中SIRT2是一种与酵母沉默信息调节因子Sir2同源的同系物，是一种内源性的凋亡抑制因子[13]。而对于人类来说，其Sirtuins家族中的SIRT1是与SIR2同源性最高的同系物，参与了癌症、阿尔茨海默病、帕金森氏症和Ⅱ型糖尿病等多种老年相关疾病的预防[14-18]。

Hao Xiong等[19]进行的老年性耳聋研究，选取C57BL/6小鼠共81只为动物模型并将其按月龄分为年轻组(1～2月龄)37只和老年组(12～16月龄)44只，分别检测两组小鼠的平均听阈、听觉测试后的毛细胞计数、SIRT1 mRNA在耳蜗中的表达、Corti器中SIRT1在内、外毛细胞中的表达和听觉中枢听皮层的神经元中的SIRT1表达[19]。结果显示，年轻组小鼠的平均听阈明显低于老年组小鼠；年轻组小鼠耳蜗的顶部和基底部毛细胞均无明显毛细胞减少，而老年组小鼠耳蜗基底部和顶部毛细胞均有不同程序的严重减少；老年组小鼠的SIRT1 mRNA在耳蜗中的表达明显减少；年轻组小鼠的Corti器中SIRT1在毛细胞中的表达明显高于老年组小鼠；听觉中枢听皮层的神经元中SIRT1的表达，老年组小鼠也低于年轻组小鼠。研究结果可认为：SIRT1的表达呈年龄相关性的减少，与衰老密切相关，有望被作为靶点治疗老年性耳聋。

2.4 细胞色素C与听觉相关细胞的凋亡

细胞色素C是呼吸链中极重要的电子传递体，是一种结构松散而微小的血红素蛋白，松散地结合于线粒体内膜的外侧。用细胞色素C注入鼠的肾上腺皮质肿瘤中，可导致细胞发生凋亡，且细胞色素C本身就有诱导细胞凋亡的作用[20-21]。

杨卫平[22]所做的探讨老年大鼠耳蜗毛细胞死亡机制的研究，选取16只无强噪声暴露及耳毒性药物使用史的SD大鼠，将其按月龄分为青年组(2～3月龄)和老年组(24～26月龄)，每组8只。首先采用ABR技术测试两组大鼠的听觉功能，之后分离出大鼠的耳蜗基膜，在荧光显微镜下观察两组大鼠耳蜗基膜细胞荧光染色的变化。结果提示：细胞色素C的释放可作为老年耳蜗退行性变早期毛细胞的生物学标记之一。

虽然细胞色素C从线粒体中释放后可引起细胞凋亡，但在年龄相关的大鼠耳蜗毛细胞退行性变中的作用研究才刚刚起步，仍需继续研究。

3 展望

本研究介绍了Caspase-3、XIAP、SIR2 T1、细胞色素C4种与细胞凋亡相关的蛋白质对老年性耳聋发病的影响。这4种蛋白质因子均与听觉相关细胞的凋亡有密切关系，在老年性耳聋疾病进展过程中发挥一定作用，有望作为靶点来治疗老年性耳聋，为广大老年耳聋患者带来福音。

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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