老年性耳聋的发病机制在动物模型中的研究

实验老年学动物模型中老年性耳聋的发病机理：综述摘要：老年性聋，随着年龄的增长是听力损失的最主要的因素，减少个人的交际。年龄相关性听力损失可以被定义为渐进的，双侧的，对称的听力损失，由于年龄相关的变性，它也可以认为是一种多因素复杂疾病，病因包括遗传和环境因素。由老化引起的听力敏感度的下降与不同程度的听觉系统（中枢和外周）的损坏有关。组织学，老的耳蜗表明血管纹、感觉神经的上皮细胞和中央听觉通路神经元的变性。造成年龄相关听力损失的机制尚不完全明确。这项工作旨在广泛概述老年性聋的相关的科学发现，重点主要在动物模型实验研究。1.引言年龄相关性听力损失（ARHL），简称老年性聋，随着年龄的增长是听力损失的最主要的因素，它影响老年人的认知能力、情感性能和社会功能。听力损失患病率随着年龄的增长显著增加（如图1），统计的40％的患者年龄在65至66岁之间，66.8%的患者年龄在73到74岁之间。ARHL可以被定义为渐进的，双侧的，对称的；一般来说，它从高频区的听力频谱开始发病，以2-4kHz的范围进展。从临床的角度来看，年龄依赖性听觉灵敏度下降可以起源于中央或者是周边，并且一般与讲话和声音定位困难有关。然而，与年龄有关的听力改变是不统一的不止一个的病理过程中可能会根据听觉系统来有所改变。有一个普遍的共识，这种听觉能力的恶化是一种多因素导致的不可避免的过程，这种改变的严重程度可以从轻度到大幅。这种多因素疾病被认为是由许多因素造成的，包括噪声，暴露于环境耳毒性药物，外伤，血管损伤，代谢的变化，激素，饮食，免疫系统，叠加在一个内在的，基因控制的，衰老的过程。老龄化导致的组织学，电生理和分子学的变化。组织学上显示，老人的耳蜗显示血管纹、毛细胞、初级传入神经元和中央听觉通路的变性。鉴别诊断一般来源于临床病理结果在周边听觉系统的量化评估。据Schuknecht拓扑结构它通过颧骨分析将听力丧失的模式和听力缺陷的位置联系在了一起，提出了老年性耳聋的三个主要类型：感音性，（高频损耗，毛细胞损失和随后的神经变性）以耳蜗底周外毛细胞和支持细胞的变性,损害,减少为特征；神经性，（单词辨别能力的损失和初步的耳蜗神经细胞的变性）以螺旋神经节和蜗神经萎缩为主要病变,听力曲线平坦下降,高频明显,语言识别能力比声音感觉能力差；血管纹性（代谢性），（血管纹的萎缩和一个平坦的纯音听力图）以耳蜗血管纹萎缩为病变特点，听力曲线逐步下降，语言识别能力好。其他类型有：机械性（耳蜗的/传导的假设），以基底膜的改变来影响其性能和功能，混合性和不确定性是由于多种因素相互作用来影响他们的功能。有一个假说，ARHL有遗传基础和环境因素参与，几种动物模型的研究提示，环境和/或遗传危险因素促进老年性耳聋的原因。由于人和老鼠听觉系统的相似点，老鼠寿命短、遗传标准化，尽管可能不同品系间的差异导致了在它们繁殖的过程中遗传漂移的可能，老鼠仍然在研究ARHL的细胞和遗传基础是具有代表性的模型。事实上，第一个ARHL基因就是在小鼠身上识别的，一些在小鼠身上发现的致病基因可能是人类ARHL基因的同源的基因。通过测量80个纯系株小鼠的听性脑干反应（ABR），许多小鼠到后来就发展为老年性耳聋，类似于人类ARHL的不同方面。条纹老年性聋已经在Fischer344大鼠中研究，有一个病理与螺旋韧带和血管纹结构损害相结合。蒙古沙鼠作为一个模型证明了血管纹性老年性耳聋和血管纹的萎缩和耳蜗内电位（EP）的下降有关。耳蜗血流的下降，小鼠耳蜗螺旋神经节神经元（SGNs）的变性，纤维细胞空泡形成以及螺旋韧带间质的水肿均可以在沙鼠中观察到。关于老年性聋的发病机制，在50多年前Harman提出的老化的自由基学说，经过几行的证据已取得共识，据报道线粒体作为一种活性氧（ROS）的主要来源在老化的过程中起重要作用。一些环境因素例如噪音，耳毒性物质，随着年龄增加血流量的减少和氧化应激和ROS生产的增加，造成线粒体DNA（mtDNA）的氧化损伤和mtDNA突变导致电子传递链组件的缺陷。ROS的造成了一个“恶性循环”（线粒体时钟理论），mtDNA突变增加了活性氧诱导的细胞损伤，激活细胞凋亡级联和细胞死亡。尽管最近的实验证据获得转基因和基因敲除小鼠模型与这个理论有关，在耳蜗中线粒体ROS和电子传递链功能的障碍在其它组织中的作用已经作为老化的细胞死亡的因果关系过程进程。一并考虑，许多研究已经在老年性聋动物模型对耳蜗变性的发病机制进行了定义，然而没有动物模型含盖任何类型的人类ARHL的所有方面，在动物模型中报道的病理学，可能不符合一个真正的正常的老化过程。然而，随着遗传和药理工具的进步，有前途的方法既为更好地理解在内耳发生的分子和细胞的过程，通过对预防机制的研究未来的治疗干预可以实现在动物模型身上，例如抗氧化剂的实行，基因治疗和干细胞移植。在这里，我们回顾这一领域的研究中所使用的动物模型，老年性聋的发生和发展相关的几个致病理论以及这种令人衰弱的复杂疾病新的治疗方法。图1从意大利一个诊所耳鼻喉科为老年人做功能检查结果中收集的400个人的纯音听力图数据，这些人没有全身和耳朵病症的病史。老年性耳聋的特点是：高频率的渐进性听力损失。横坐标显示的频率（kHz），纵坐标显示的听力阈值（声级）（dB）。每个曲线代表的是特定年龄在给定频率的听阈的中位数。图2蜗管的侧壁结构示意图。耳蜗管通过前庭膜和基底膜将前庭阶和鼓阶分开。螺旋器（柯替氏器官）被耳蜗覆膜覆盖漂浮在淋巴液中，它是由感觉神经的上皮细胞(三行OHCs（外毛细胞）和单独的一行IHCs（内毛细胞）)和几种类型的支持细胞组成（外柱细胞，Hensen细胞，Claudius细胞,Deiters细胞），耳蜗壁外侧由两个组件组成，包含5个不同类型的纤维细胞螺旋韧带（五种纤维细胞的主要类型的位置是由罗马数字的I-V表示）和结缔组织，以及上皮组织；血管纹是由边缘细胞、中间细胞、基底细胞组成。血管纹是密集的血管构成，传入纤维（I型）是螺旋神经节。2.动物模型2.1.老鼠各种纯种的鼠已经被用于阐明ARHL的机制，它们显示出进展的听力损失的不同的形式。老年性耳聋可能与Corti器特定的变性关联，如一些株SGNs或侧壁，或者在老鼠和人的研究所证明的这些结构的混合的病理学。80个纯种株鼠中，19株显示早期听力损失在3月龄前，16株显示较晚的听力损失。至少10个纯系株有10号染色体上对ARHL有贡献的Ahl（年龄相关的听力损失）位点。这些老鼠是纯合子，有缺陷的Ahl等位基因，基因编码Cdh23（黏着蛋白23）是毛细胞特定的黏着蛋白，调节毛细胞的机械门控离子通道的活性。在等位基因上，毛细胞的死亡在细胞变老的不同时期被观察。CdhAhl等位基因不是ARHL模型的唯一发病机制。不同的株表现出很大程度上年龄相关的不同形式，一些这些株的截然不同的位点与加速的听力损伤有关。最经常使用的模型是C57BL/6J(B6)鼠，这个纯系株的鼠显示较早出现和进展的听力损伤，明显的变性在耳蜗和听觉皮层重叠部分的各个部分，ARHL的各个主要的类型被Schuknecht提及：这株已经考虑为人感音性老年性耳聋的模型。然而混合的病理学包括Corti,SGNs，侧壁仍被坚定地认为是临时的连接。成年的鼠事实上作为加速的听力的下降的特征，已经在六月龄的C57BL/6J鼠中在超高频段(b20kHz〉16000Hz)时显示出重要的听力损伤，12月龄的需要低频（30-300Hz）。15月龄的鼠，深度的听力损伤（b80dBSPL声压级）可以被发现。这些功能性的亏损与变性的组织病理学改变有关。在6-12月龄间，耳蜗的基底部分的旋转，尤其的Corti外面的柱细胞，退化。在那段时间，变质的过程需要毛细胞和支持细胞。2岁龄的鼠，在B6鼠的Corti基底部旋转没有可认出的结构。在SGNs，显著的损失与年龄有关，在基地转有几乎完全的损失，在第二年期间。中枢听神经也存在变性。尽管兴趣集中在ARHL的边缘病理学，这个动物模型有力于了解年龄对边缘和中间听觉皮层的影响。此外，这株已经用于研究易受影响的NIHL（噪声性聋），老龄化和引起听力损失的外因。Erwayetal.证实在B6鼠单一位点存在承担易受影响的ARHL的等位基因(Ahl)。几年后，NIHL的易受影响的状态在10号染色体上绘制同样的位点，至少6个促进二者的位点。遗传学开始理解老年性耳聋，位点和等位基因的数量的增多在纯系株的鼠中已经被识别。B6鼠感觉神经性听力损失是Ahl基因的效果，这个基因编码毛细胞特定的黏着蛋白和影响立体声。额外的位点，Ahl3，在B6鼠中已经被识别，有易受影响的等位基因，然而，Ahl2,Ahl4和Ahl8位点在有抵抗等位基因的B6鼠中已经被公认。其他关于ARHL的研究利用以边缘神经元损伤为特征的CBA鼠纯系株抵抗与听力损失有关的加速老化。这个鼠保持大多数听力敏感性直到18月龄，听力下降日益增多开始于高频段，移动到低频段，OHCs和IHCs的进展性损失存在。CBA/J鼠显示听力损失复杂的形式和形态学上的改变，他们携带抵抗Ahl的等位基因，没有发展过早的听力损失。然而，重要的阈移在ABR（听力脑干反应）存在，没有毛细胞损失时4Hz的早于3月龄，在较大的年龄缓慢上升，同时有顶端毛细胞的损失。延时的高频的亏损大约在12月龄时开始于24kHz。没有血管纹的变性，EP在3-25个月龄保持稳定。EP在大龄鼠中稳定排除听力损失起源的条纹。此外，只有螺旋韧带的轻微的病理学被观察，过度色素沉着的出现，一些空泡形成依旧是没有条纹功能。细胞密度的降低在耳蜗的所有区域在18月龄显著，需要大部分的在基底转有IHC损失的OHCs。在20-26月龄，阈移在12-24kHz，伴随毛细胞的损失在耳蜗底，在一些动物中是高度变异的。SGN变异在CBA/J鼠中已经证实，在其他的物种，包括人，主要表现毛细胞损失。然而，这是有可能的，SGN损失不是继毛细胞之后，SGNs的变性可能作为独立的过程而存在，涉及一些线粒体机能障碍和凋亡瀑布状激活细胞死亡的通道。CBA/J鼠可能代表神经性老年性耳聋的模型，立足于人类重大的言语理解性的减少的特征（尤其是在嘈杂的环境中），低的信噪比和频率分解的削弱。CBA/CaJ纯系株鼠和CBA/J一起作为好的老龄化的模型，可是前者经历更加快速的听力损失，EP的下降，抵抗噪音的能力比CBA/J强。这些CBA/CaJ鼠保留毛细胞和神经元，保持这个年龄段好的听力，可以作为“单纯”的strial老年性聋模型鼠好的选择。EP的维持+80mV对于听力和各种血管纹（边缘细胞，中间和基细胞在螺旋韧带纤维细胞的对面）的间隔是不可少的，在它的发生中起着决定性的作用。引起EP电位的机制仍然不确定，一些实验已经完成了在体测量耳蜗侧壁的潜力。几个K+通道和运输已经表明，特别是参与EP形成，被边缘细胞和通道的基底膜局部化的Na,K-ATP酶和NKCC（钠钾2Cl的共转运），存在于相同的边缘细胞顶端膜的KCNQ1/KCNE1。在老年性聋的钾离子通道的作用已经在沙鼠中被解释。它作为条纹老年性聋的另一个模型。最近的论文，Ohlemilleretal研究CBA/J和CBA/CaJ之间杂交的的差异，证实早期出现的CBA/CaJ鼠的老年性聋可能是由于一个更大的SGN损失和EP下降，毛细胞的损失更大。有趣的是，这些作者报道，人工耳蜗病理的差异两株模型不同类型的老年性聋（例如，感音性对条纹性耳聋）。DBA/2J纯系株鼠（D2）已经作为ARHL的一个模型。这些鼠显示进展的，严重的听力损失和耳蜗病理学（包括2月龄的鼠毛细胞的损失和SGNs）。这株是Cdh23Ahl的纯合子，本身在发病初期有显著的易感性增加。遗传学的配合在Cdh23Ahl和Ahl8之间发现，表明基因的潜在的AHL8需要一些累积的毛细胞变异的机制方面。它也被认为是一种线粒体功能障碍由于呼吸链的累积损伤或mtDNA突变的积累。在老年性聋关系到使用的其他株SAMP-1,BALB/cJ,CD-1,129S6/SvEv,NOD.NON-H2nb1/LtJ(NOD.NON),B6.CASTCdh23CAST,C57BL/6-T