耳蝸炎癥反應在噪聲性耳聾中的作用機制

張國平 鄒靜

第二軍醫大學附屬長海醫院耳鼻咽喉頭頸外科（上海200433）

噪聲性耳聾（Noise-Induced Hearing Loss，NIHL）是指由于暴露于有害的噪聲環境，導致以內耳損傷為主要特征的感音神經性耳聾。過去認為內耳是被血-迷路屏障隔絕起來的“免疫豁免”器官，但后來人們逐漸認識到，在感染、噪聲等因素刺激下，耳蝸的“天然免疫系統”會被迅速激活，出現炎癥反應，越來越多的研究發現，耳蝸內炎癥反應是噪聲性耳聾的一個重要致病機制[1-3]。NIHL早期以4kHz處的感音神經性聽力下降為主要表現，隨后逐漸出現高頻區廣泛性甚至全頻區域的聽閾提高[4]。接觸噪聲后出現的耳聾于一定時間內能夠恢復至原來聽力水平，這種暫時性的耳聾，稱為“暫時性閾移”（Transient Threshold Shift，TTS），相反，對于那些噪聲暴露后聽力不能恢復至原水平的，稱之為“ 永 久 性 閾 移 ”（Permanent Threshold Shift，PTS）。噪聲性耳聾患者以工業噪聲引起為主，尤其是在發展中國家，機器相對落后并且噪聲防護意識較低；另外在某些特殊場合，如某些娛樂場所、飛機起飛時、輪船的機艙內以及軍人射擊時均會出現較強的噪聲，由此引起的噪聲性耳聾也越來越受到重視。據估計，噪聲性耳聾的患病人數僅次于老年性耳聾[5]，全球約有5%-12%的人群患有噪聲性耳聾[6]，對這部分人群的社會活動造成了不同程度的影響。

1 既往噪聲性耳聾的耳蝸內致病機制

第一，機械損傷，高強度噪聲可引起內耳基底膜劇烈震動，毛細胞與蓋膜之間的剪切運動顯著增加，造成毛細胞聽毛的損傷、斷裂，甚至corti器脫位、內耳毛細血管破裂出血、前庭窗膜破裂等[7-9]。第二，噪聲暴露后發現不同程度的毛細胞凋亡，這被認為是造成永久性閾移的主要原因[10]；第三，長時間噪聲暴露后會造成耳蝸內代謝異常，耳蝸內能量大量消耗，甚至耗竭，細胞色素氧化酶、Na-K ATP酶等多種酶系統功能紊亂，使得毛細胞無法進行有效的聲電轉換[11,12]；第四，噪聲暴露后耳蝸內產生大量的過氧化物質，而游離的ROS可以造成內耳廣泛性損傷[13]，第五，可在耳蝸毛細胞內觀察到鈣離子超載現象[14]；第六，強噪聲可引起耳蝸“血-迷路屏障”的緊密連接蛋白表達減少、通透性增加，破壞內耳穩態，尤其是擾亂各種離子的平衡，影響毛細胞的換能[15,16]；第七，噪聲除了損傷內耳毛細胞、血迷路屏障以外，同時噪聲暴露使內毛細胞過度釋放谷氨酸—興奮性神經遞質，引起谷氨酸毒性反應，造成突觸后螺旋神經元的損傷甚至死亡[17]；對于噪聲導致的暫時性閾移，并沒有出現類似于永久性閾移時的大量毛細胞丟失，而是發現耳蝸內毛細胞與螺旋神經元周圍突之間的帶狀突觸連接顯著減少或錯位，這種突觸病變也可能是上述谷氨酸毒性反應的結果[18-20]。

2 耳蝸炎癥反應在噪聲性耳聾中的作用機制

2.1 NIHL的耳蝸炎癥反應情況

耳蝸內的主要免疫細胞之一為巨噬細胞[21]。耳蝸內的巨噬細胞（cochlear macrophage），形態是類圓形或伴有多個突起，可以分為兩類：第一，“耳蝸固有巨噬細胞”（cochlear resident macrophage），它們在機體出現“危險信號”時，迅速被激活，類似于其他組織內的固有巨噬細胞（resident tissue macrophage），如肺巨噬細胞、肝kuffer細胞、表皮朗格漢斯細胞等；另一部分是由循環系統中的單核細胞浸潤而來[2,21]，噪聲暴露后，這些巨噬細胞主要出現在耳蝸外側壁螺旋韌帶、螺旋神經節、螺旋緣，少量分布于蝸軸、基底膜，前庭膜、鼓階等處[22]。同循環系統巨噬細胞一樣，耳蝸巨噬細胞也起到吞噬異物或內源性細胞碎片、產生炎癥因子以及抗原呈遞等功能。耳蝸固有巨噬細胞是從何而來的呢？Takayuki Okano通過利用造血干細胞移植技術發現，骨髓源性細胞在耳蝸內結構性表達于螺旋韌帶、螺旋神經節以及聽神經，偶有表達于基底膜下表面和血管紋，并且這些細胞中80%以上具有巨噬細胞的表型特征，表達Iba1+、CD68+、F4/80+[21]等活化巨噬細胞表型標志，故而認為耳蝸巨噬細胞主要起源于骨髓，而非卵黃囊。在Stephen V.Tornabene的研究中，給予小鼠噪聲暴露后2小時，耳蝸內即出現MCP-1、MCP-5、MIP-1β、ICAM-1等細胞因子的mRNA表達提高，作者認為這部分炎性因子是由耳蝸固有巨噬細胞產生，隨后這些炎癥因子趨化并活化更多的巨噬細胞，造成噪聲暴露后12小時耳蝸外側壁螺旋韌帶及鼓階上開始出現大量的CD45陽性、F4/80陽性細胞，直至一周后仍有陽性細胞存在，而在正常耳蝸內這些細胞很少出現[2]。噪聲暴露后出現的大量炎癥細胞是由局部細胞有絲分裂而來還是由循環系統浸潤而來呢？在Keiko Hirose的研究中，噪聲暴路后上述部位的CD45+細胞顯著增加，實驗中給小鼠注射一種核苷酸類似物BrdU，研究噪聲暴露后增多的CD45+細胞是否含有BrdU，如果是有絲分裂而來的新生細胞，那么這些新生細胞則含有BrdU，而結果顯示這些細胞并不含有BrdU，因此作者認為這些細胞不是由耳蝸內的細胞原位有絲分裂而來，而是由循環系統中的白細胞浸潤而來[1]。另一項研究中得出了類似的結果，該研究通過手術造成內耳炎癥模型，發現創傷后耳蝸內CD68+細胞為原位增殖細胞的比例很少，推測增多的CD68+細胞多為循環系統浸潤而來[21]。

有的學者認為，噪聲暴露后耳蝸內出現的Iba1+細胞與中樞神經系統中的小膠質細胞相似，稱之為“小膠質細胞樣細胞”（microglial like cells），具有吞噬和分泌細胞因子的功能，正常情況下這種小膠質樣細胞呈現為未激活的狀態：小胞體且具有長而多的分枝突起，少量散在分布于耳蝸的螺旋緣、螺旋神經節、螺旋韌帶處，這種細長的突起可能是用于監視周圍更大范圍內的組織有無病原體入侵或自身細胞損傷物質，噪聲暴露后，耳蝸上述部位的小膠質樣細胞被激活，轉變成阿米巴樣形態：較大的包體且具有較少而粗的突起，且數量明顯增多，阿米巴樣形態有助于炎癥細胞向病變部位遷移，這些活化的小膠質樣細胞參與噪聲暴露后耳蝸內的炎癥反應，加重組織損傷[10]。而作者并沒有指出“小膠質細胞樣細胞”與其他研究中所說的Iba1+的“耳蝸巨噬細胞”有何區別。

耳蝸外側壁纖維細胞是耳蝸內最為豐富的細胞，也是噪聲暴露后參與炎癥反應的主要細胞之一，噪聲暴露后，耳蝸外側壁纖維細胞可以分泌多種炎癥因子，如MCP-I、TNF-α、IL、ICAM-1等，促進炎癥反應。有研究認為噪聲暴露后螺旋神經元自身也會產生炎癥因子參與炎癥反應。另外，耳蝸內Deiters’細胞可以起到類似于吞噬細胞的功能，高強度噪聲暴露導致外毛細胞的凋亡或壞死，這些外毛細胞的碎片由Deiters’細胞吞噬清除。

噪聲暴露后，耳蝸內炎癥相關細胞增多、活化的同時，伴隨著大量炎癥因子的表達增多，如TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1、MIP-1、ICAM-1、iNOS、TIMP-1等等[10,25]，這些炎癥因子可以加重耳蝸毛細胞等重要細胞的損傷。如TNF-α通過結合細胞表面受體TNFR，一方面啟動死亡受體信號通路，激活caspase凋亡蛋白級聯反應，促進毛細胞通過外源性凋亡途徑凋亡，同時還可以通過MAPK/JNK途徑調節Bcl-2家族蛋白的合成，促進內源性線粒體凋亡途徑，加速毛細胞的凋亡；另一方面，TNF-α激活免疫相關細胞內的NF-kB信號通路，促進細胞因子的合成[3,26]。炎癥因子一方面作用于耳蝸組織，加重組織損傷，另一方面可以趨化更多炎癥細胞浸潤，后者產生更多炎癥因子，使得組織損傷進一步加重，而后者更加促進炎癥細胞的浸潤，造成惡性循環。當然這一循環不會無終止的持續下去，在促炎細胞因子產生的同時也有一些抑炎成分的合成，如IL-10、A20等，使得炎癥反應在一定的程度內受到調控[27]。

2.2 NIHL耳蝸炎癥反應的可能機制

機體組織內存在著“天然免疫系統”，也可以稱之為“固有免疫系統”，當機體內出現“危險信號”時，固有免疫系統會被迅速激活，引發炎癥反應。當感染存在時，“危險信號”即為入侵的病原體，稱之為“病原相關分子模式”（Pathogen Associated Molecular Paternals,PAMPs）；當機體受到創傷后，受損組織內出現的“危險信號”并非病原體，而是由嚴重受損的、凋亡或壞死的細胞釋放而來，稱之為“損傷相關分子模式”（Damage Associated Molecular Paternals,DAMPs），如：熱休克蛋白、高遷移率蛋白1、線粒體DNA、低分子量透明質酸等，這些DAMPs與固有免疫細胞上的“模式識別受體”（Pattern Recognition Receptors，PRRs）結合，進而激活固有免疫系統，隨后主要通過NF-kB信號通路促進各種炎癥因子的產生[28-30]。噪聲損傷是一種特殊的創傷，故推測噪聲損傷內耳后，可能釋放DAMPs。能夠識別DAMPs的“模式識別受體”主要有Toll樣受體、RIG-1樣受體、NOD樣受體，其中Toll樣受體4（TLR4）是與DAMPs關系最為密切且研究最多的PRR[29]。當前已有研究發現耳蝸內存在TLR4、TLR2等模式識別受體[27,31]，因此推測噪聲暴露后耳蝸內釋放DAMPs，后者與耳蝸內TLR等PRR結合，從而激活耳蝸內固有免疫系統，進而誘發炎癥因子的合成及炎癥細胞的浸潤，促進噪聲性耳聾的發生。噪聲暴露后，耳蝸內除了固有免疫系統被激活以外，耳蝸免疫細胞的抗原呈遞功能也被激活，“主要組織相容性抗原Ⅱ（MHCⅡ）”表達顯著增多，抗原呈遞功能的活化是連接固有免疫反應與適應性免疫反應的橋梁，進而誘發后續適應性炎癥反應[32]。

另外，既往研究已經證實，噪聲暴露可以損傷內耳“血迷路屏障”的超微結構，而屏障功能的破壞為炎性細胞的浸潤提供了良好的通道。噪聲暴露后血管紋緊密連接蛋白表達降低，內皮細胞間的緊密連接減少，內皮細胞外的基底膜層連續性中斷，血管周細胞部分足突與內皮細胞分離，使得血液內的免疫球蛋白、離子等多種物質易于滲透進入淋巴液[15,16,33]，由此不僅可以導致內耳內環境的紊亂，并且使得循環系統中的炎癥細胞易于通過破損的血迷路屏障向耳蝸浸潤，這一點與前面所述的噪聲暴露后耳蝸內出現大量骨髓源性炎癥細胞這一現象相互印證。

3 抑制炎癥反應可以減輕噪聲性耳聾的程度

由上述可見，噪聲性耳聾的耳蝸內出現了炎癥反應，這樣“炎癥”成為了一個未來治療噪聲性耳聾的靶點。既往報道通過抑制小膠質細胞樣細胞活性可以減輕毛細胞損失量[34]，由此推測，抑制炎癥細胞的活性可能減輕噪聲性耳聾的程度。地塞米松具有強大的抗炎作用，體外實驗發現地塞米松可以抑制由于TNF-α誘發的毛細胞凋亡[26]，臨床上也有應用甲強龍治療噪聲性耳聾獲得良好治療效果的報道[35]。在眾多炎癥因子中，TNF-α是最為重要的因子之一，這就使得通過抑制TNF-α成為一個治療噪聲性耳聾的可能途徑[3]。有研究發現噪聲暴露后會引起耳蝸內TNF-α增多，與此同時螺旋動脈血管收縮使內耳血供減少，內耳氧供減少、離子失衡，加重毛細胞損傷，當給予TNF-α抑制劑依那西普（etanercept）進行治療時，發現噪聲暴露后耳蝸螺旋動脈收縮程度及內耳血供明顯改善，聽力也得到一定程度的保護[36]。IL-6是另一個在噪聲暴露后耳蝸內顯著升高的炎癥因子，在螺旋神經節和耳蝸外側壁細胞內顯著增多[25]，Kenichiro Wakabayashi等的研究中，向噪聲暴露后的小鼠腹腔內注射IL-6受體抗體MR16-1，結果發現，噪聲暴露后耳蝸螺旋神經節處螺旋神經元損失數量減少、炎癥細胞浸潤減輕，并且聽力也得到一定程度的改善[37]。IL-1可以激活“應激活化蛋白激酶—JNKs”信號通路，進而可引起毛細胞凋亡，應用JNKs抑制劑可以抑制由于IL-1引發的毛細胞凋亡，起到減輕噪聲性耳聾程度的作用[38-39]。

綜上所述，噪聲作為一種創傷，可能是通過釋放某些損傷相關分子模式激活耳蝸固有免疫系統、破壞血迷路屏障功能，趨化炎癥細胞浸潤并合成釋放炎癥因子，加重內耳毛細胞的凋亡和內環境的紊亂，進而促成噪聲性耳聾的發生，基于這一機制，使得抗炎治療成為治療噪聲性耳聾的一種可能有效途徑。