张艳芳 郭玉芬 徐百成

兰州大学第二医院耳鼻咽喉头颈外科 (兰州 730030)

在听觉系统中，哺乳动物的耳蜗毛细胞将机械声波转换为电信号，毛细胞去极化从而释放神经递质，通过听神经纤维将神经冲动传入听觉中枢。内耳毛细胞（Inner Hair Cells,IHC）是真正编码声音信息的感觉细胞，声音通过IHC与螺旋神经节之间的带状突触进行编码处理，该结构在持续高精度编码声音信号中起着重要作用[1]。越来越多的证据表明噪声、耳毒性药物及年龄会导致带状突触相关性耳聋，是感音神经性聋的重要机制，本文就耳聋与相关带状突触的研究进展进行综述。

1 耳蜗带状突触的特征

耳蜗带状突触具有独特的形态和分子结构，其形态和功能分化是保持听觉冲动神经递质高效而精准释放的基础，是听功能成熟最关键的步骤之一。

1.1 带状突触的微观结构

带状突触存在于多种类型细胞中，如前庭毛细胞、视网膜感光细胞和双极细胞以及松果体细胞。不同类型的细胞、同一细胞不同发育阶段的带状突触的形态和功能也因空间位置和生理状态的不同而不同[2]。带状突触组成突触前膜，其直径在100-200nm，呈球形或卵圆形。带状突触有一个大的稳定的囊泡池，先前研究证实其中大约包括280个囊泡，该结构的存在使得可以在短时间内释放大量囊泡以进行信息传递[3]。Liu对C57bl/6j小鼠采用免疫荧光标记结合三维重建技术证实耳蜗中每个IHC带状突触的平均数量为16.10±1.03个[4]，与先前研究人员发现的带状突触的平均值近似。

1.2 带状突触的分子组成及功能

突触带主要由细胞基质Ribeye蛋白组成，Ribeye蛋白是转录辅抑制因子Ctbp2的剪接变体，有A、B两个结构域，A结构域位于带状突触的内部，形成突触的支架，与Ctbp2结构相同的B结构域与其他蛋白质结合以拴住囊泡[5]。杨乐等研究发现小鼠IHC突触带及Ctbp2信号在出生时即已存在，此后逐渐发育完善，据此作者认为IHC带状突触是听觉发生的前提条件[6]。但是也有学者认为Ribeye蛋白只是带状突触功能形成的辅助成分，Becker[7]等观察到敲除Ribeye蛋白的KO小鼠中带状突触完全消失，听力学上仅表现为轻微的听力损失，进一步观察发现小鼠耳蜗中钙通道数量变化很小，这可能也说明带状突触的功能变化不依赖于该蛋白。

除了Ribeye蛋白之外，Bassoon和Piccolo蛋白对维持带状突触的结构一样重要。带状突触通过Bassoon蛋白固定在IHC上，它们在突触前结构和功能的维持及带状突触的组装中起重要作用。研究表明，当Bassoon蛋白被敲除后，小鼠对听觉的敏感性无明显变化，但对时间的分辨率下降[8]。

IHC通过带状突触的Ca2+依赖性胞吐作用将声音编码为神经冲动，此前类似的研究表明[9]，耳蜗中的CaV1.3通道可以被较低的电压激活、紧密聚集在活跃区域，是介导快速、持续胞吐作用的理想钙通道。在IHC中，瞬时和持续的胞吐机制由不同的CaV1.3通道亚型完成，Vincent[10]等研究发现IHC通过CaV1.3的长短来精细控制突触传递，短C末端同工型主要编码瞬时的胞吐成分，长的同工型主要维持持续的胞吐作用。此外在发育过程中Ca2+内流的变化可以调节Ribeye蛋白的组装，共同调节带状突触的大小，从而发挥作用。但是目前为止，关于CaV1.3通道如何调节带状突触的大小及毛细胞中Ca2+储存是否在这一过程中发挥作用尚需进一步研究。图1是内毛细胞带状突触相关模式图。

图1 内毛细胞带状突触模式图Fig.1 Ribbon synaptic pattern of inner hair cells

1.3 带状突触的可塑性

Ribeye蛋白是带状突触的动态支架，在进行物质交换过程中表现出高度的流动性以适应突触的变化。Bassoon和Piccolo蛋白可以诱导神经元活性调节基因表达，诱导突触前分子的重新排列[2]。多数研究认为Ca2+水平在突触可塑性中发挥重要的作用，通过电镜发现，由Ca2+内流引起的自发放电率的增加/减少可以引起突触小泡的大小和数量的变化[11]。先前研究发现视网膜中带状突触可以根据光线的强弱调整突触的大小，Wong等对斑马鱼的体外研究也发现了耳蜗中带状突触存在类似的调节，通过Ribeye蛋白与NAD+/NADH的相互作用共同调节带状突触的大小[12]。噪声及耳毒性药物对听力损伤可逆性的研究报道也进一步说明带状突触存在一定的可塑性。

2 耳蜗带状突触与耳聋的相关性

2.1 噪声引起的突触病变

噪声性听觉损伤被认为涉及多种病理生理机制，包括缺血、代谢障碍、氧化应激导致的耳蜗细胞凋亡。噪声性听力损失导致的内毛细胞突触减少是听觉突触病变的一种形式。噪声暴露后突触间隙积累过量谷氨酸，被认为是噪声性耳聋最主要的机制[13]。多数研究通过共聚焦显微镜证实了噪声暴露后耳蜗中带状突触的数量减少、体积逐渐增大，并出现色带的空洞化，此外还发现一部分突触向细胞核周围移动，不再与IHC膜并列，导致突触带远离听神经纤维，不再与听神经末梢紧密连接参与突触传递，从而导致耳聋的发生[14,15]。近年来，通过对内毛细胞带状突触的电生理研究发现噪声诱导的突触病变对高阈值、低自发放电率（SR）神经纤维具有选择性，低SR突触的突触前带往往比高SR突触的突触前带体积更大，结构更复杂，低SR神经纤维对噪声环境下的听力尤为重要，噪声暴露后会优先损伤低SR神经纤维，低SR减少，使突触囊泡释放减少，导致耳聋[16]。噪声损伤会导致听力阈值的提高，多数研究证实其阈值是否可逆主要取决于噪声暴露的时间及强度[17-19]。

噪声暴露会导致听觉过敏，是耳鸣的主要风险因素，噪声性聋表现为在相同噪声环境下主要对耳蜗的高频听力损伤，通常伴有耳鸣，随着噪声的暴露，逐渐累及听神经及耳蜗全长，出现渐进性的不可逆性听力损伤。目前体内外的研究证实神经营养因子（NT-3）及BDNF可以促进噪声损伤下带状突触的再生，增加突触密度、降低听觉阈值，是目前治疗噪声导致的耳聋最有效的手段。Zhao[20]等发现噪声暴露下细胞外K+浓度升高会导致IHC带状突触的变性和肿胀，应用K+通道阻滞剂可减轻IHC带状突触的变性。此外根据谷氨酸兴奋机制，目前也有研究发现通过药理学阻滞剂，如谷氨酸受体拮抗剂可以有效对抗噪声引起的听觉损伤[21]。

2.2 年龄增长导致的突触病变

老年患者常伴有声音敏感度、时间分辨率降低及背景噪声下的交流困难等多种听力障碍表现。年龄相关性听觉损伤与突触的丢失密切相关[22]。Xiong[23]等观察到随着年龄的增长，带状突触在更高频率会出现更明显的丢失，同时该研究中使用免疫荧光标记发现小鼠带状突触的胞吞功能也表现为降低的趋势，说明老年性聋可能与带状突触的数量和功能减退都有关。另外研究也发现线粒体ATP水平的下降也是老年性听力损伤的另一个重要原因，随着ATP水平的降低，囊泡的运输能量不足，使带状突触的数量及功能降低，衰老引起的带状突触损伤减少了向上一级神经元传递的神经冲动信号，从而导致听力损伤[24]。噪声也可以加重衰老导致的听力损伤，年龄增长导致听力阈值增加及耳蜗基底部突触数量减少，噪声联合老化时会出现更严重的损伤模式，带状突触丢失逐渐由高频区向低频区扩展，出现不可逆性听力损失[25]，且以往长期的观察发现，早年有噪声暴露的患者，其年老时听力损失的程度更严重[26]。目前对年龄相关性听觉突触病变的治疗主要也是以神经营养因子为主。

2.3 耳毒性药物对突触的影响

耳蜗带状突触是耳毒性药物及噪声环境暴露下优先攻击的靶点[2,19]。研究发现低剂量的庆大霉素可以引起带状突触相关蛋白（如Ribeye及Otoferlin）合成障碍，影响带状突触神经递质的释放造成耳聋[27]。Hong[28]等对分子水平的进一步研究发现：在正常的耳蜗中带状突触聚集在IHC的基部并成对出现，氨基糖苷类药物诱导后，带状突触从IHC的基部移至核周围，伴随着突触对的解离和数目的减少。以往的研究认为耳毒性药物对突触的损伤是不可逆的，但最近的研究发现氨基糖苷类药物损伤可能存在代偿效果[29]，因为在耳毒性药物损伤环境中CaV1.3蛋白表现为先增加后减少再增加的趋势，这可能也提示带状突触对这类药物存在一定的代偿作用。但是目前关于耳毒性药物如何引起突触病变的具体机制尚不清楚，多数研究推测可能与氧自由基损伤、线粒体损伤有关。Li[30]等发现成纤维生长因子22(Fgf22）可减轻庆大霉素引起的耳毒性和听力损害，肌细胞增强因子2C(MEF2C)是Fgf22的下游因子，上调Fgf22可以抑制MEF2C，从而导致IHC带状突触的数量增加。此外相关研究表明烟酰胺核糖苷具有抗氧化性，可提高多种动物组织中NAD+的水平，促进突触的恢复及内耳形态的维护，从而保护听力[31]。

3 听力学诊断

耳蜗突触病变是一种特殊类型的感音神经性聋，主要是带状突触数量或功能的改变导致IHC和螺旋神经节细胞之间的突触传递异常。目前突触病变的诊断主要依靠客观听力学检查。听性脑干反应，听觉阈值不变，但是ABR波I振幅降低，提示可能存在突触病变[32]；Liberman等对比了噪声暴露高风险和低风险人群耳蜗功能检查，发现其ECochG中SP/AP比值高风险组较低风险组明显升高，由此推测SP/AP比值对耳蜗突触病变也具有诊断价值[33]。此外言语诱发听性脑干反应与频率跟随反应对突触病变也具有一定的指导价值[34]。

4 展望

耳蜗带状突触的形态和功能有着独特的特点，针对带状突触的解剖学和生理学研究仍需要继续深入，因为这是开展突触病变治疗的基础。未来，针对耳蜗带状突触的病理学和由此引起的听觉通路功能障碍应该是聋病病因研究的重点，我们期望可以有更成熟的技术在人类耳蜗中更加深入的研究带状突触，在此基础上关于带状突触的保护及再生机制研究可以发现对突触病变更有效的治疗靶点。