耳蜗切除与下丘核—耳蜗声信号通路重塑

　　作者：尹时华　   作者单位：广西医科大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科(南宁　530021)

　　【关键词】 耳蜗

　　下丘核(inferior colliculus，IC)是最重要的听中枢皮层下汇聚站，在声信号处理过程中起着至关重要的作用[1]。它主要通过内侧橄榄-耳蜗系统(medial olivocochlear system，MOC)和外侧橄榄-耳蜗系统(lateral olivocochlear system，LOC)与耳蜗外毛细胞(OHC)以及内毛细胞(IHC)发生功能联系，并受高一级中枢和听皮层的调控。IC通过调控MOC和LOC神经元影响外毛细胞和内毛细胞，并抑制蜗神经的输出，同样耳蜗结构和功能的变化也通过该通路来影响IC的结构和功能。本文中，我们将就耳蜗切除后如何影响下丘核-耳蜗声信号通路的重塑进行综述。

　　1　下丘核的音频定位及其在声信号处理过程中的作用

　　下丘核(inferior colliculus，IC)是最重要的听中枢皮下会聚站，由占据下丘大部分空间的球形主核(中央核，ICC)及周围带所组成。ICC有非常突出的板状层面结构，这种板状层面结构主要由盘状神经细胞和树突组成。ICC神经元的这些特征性结构与传入的外侧丘系一起便形成了ICC片层(ICC laminae)，核内的音调定位组合的神经元排列　规律，位于此核头端的神经元对高频敏感，核尾端对　　　2 000 Hz以下的低频敏感。诱发电位的潜伏期在4.5 - 5.5 ms，峰潜伏期则略长于此值。调谐曲线多为狭窄型，偶见宽型。核中有些神经元对不同方位声源的反应潜伏期亦不同。它在声音频率、强度、时间因素及声源定位的分析中均起着重要的作用，并受多种因素的影响。

　　2　耳蜗切除与下丘核 -耳蜗声信号通路重塑

　　在动物出生后的发育过程中，听觉输入不论是下行投射还是上行传递，声刺激是维持和促进其发育必不可少的前提条件之一。几乎所有单耳和双耳的上行传导都在ICC汇聚，而且这种输入高度有序[2]。在发育过程中若除去动物一侧或双侧感音器官将引起初级神经元至听皮层结构和功能的重塑。

　　2.1　耳蜗切除与下丘核 -耳蜗声信号通路重塑相关的递质、受体的改变

　　在听觉通路的传递过程中已经证明，乙酰胆碱(Ach)是MOC传出神经系统的主要神经递质。实验表明抗乙酰胆碱转移酶抗体(ChAT)能标记绝大部分MOC神经纤维和末梢，抗脑啡肽抗体能标记LOC传出神经纤维。

　　谷氨酸(Glu)和?酌-氨基丁酸(GABA)是中枢神经系统内一对重要的兴奋性和抑制性神经递质，它们对维持听觉神经细胞兴奋-抑制平衡稳定具有极为重要的作用。Glu和GABA以及它们的受体广泛地分布于各脑区[3, 4]。二者不仅在功能上协调一致，共同维持着脑神经元兴奋与抑制的平衡，而且在代谢上密切相关，如Glu和GABA之间存在着相互转化的代谢循环，GLu在谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase，GAD)作用下，转化为GABA，GABA也可以向GLu转化。还陆续发现多种神经递质，包括多巴胺、脑啡肽、强啡肽、降钙素基因相关肽(CGRP)及5-羟色胺等在听觉传导过程中发挥作用。

　　Mossop等[5]发现成年沙鼠一侧耳蜗切除术后24 h和7 d，术耳对侧IC的GAD较同侧明显减少，但是在术后4 h和一年进行检测则没有发现上述改变。认为出现这种结果是基于两种因素，一是与快速发生、与刺激相关的、去掩蔽(unmasking)所致的功能改变，一是因耳蜗切除后IC神经元GABA合成能力的减少而产生的迟发的效应。

　　相似的研究发现，切除大鼠一侧耳蜗可使对侧IC甘氨酸受体α1亚基和GAD 67表达下降，这种变化从切除后第一天开始一直持续到术后第八天，此后150 d维持低水平表达。如果在术后8 d和150 d切除大鼠对侧耳蜗，那么，甘氨酸受体α1亚基表达不下降。双侧耳蜗切除后8 d可引起双侧下丘核GAD 67 mRNA表达下降，但是甘氨酸受体α1表达与正常对照组无差异;相反，甘氨酸受体，gephyrin(桥尾素)，GABAA受体，AMPA受体GLUR2和R3亚单位，NMDA受体NR1和NR2在术后一周是没有变化的。这样，单侧耳蜗切除可引起对侧IC选择性的和持久的甘氨酸受体α1亚型和GAD 67表达下调[6]。Suneja等[7]发现，切除成年豚鼠听骨链后术耳对侧IC GABA一直维持较高的释放，而除去耳蜗后对侧IC GABA在第5 d释放增加，在第59 d时释放接近正常水平，到145 d时又开始升高，认为这可能是伴随听力下降产生耳鸣和重振的机制。在随后的研究中发现切除幼年豚鼠单侧耳蜗后的第2 - 147 d外侧丘系背核核(dorsal nucleus of the lateral lemniscus )、IC背侧核(dorsal nucleus of the inferior colliculus)、IC中央核(central nucleus of the inferior colliculus) AMPA受体表达会出现短暂的升高或缺乏[8]。这些变化有可能导致IC兴奋性输入的不对称性，认为这可能是突聋患者遭受耳鸣的机制之一。

　　2.2　耳蜗切除与下丘核 -耳蜗声信号通路重塑相关蛋白、酶以及基因表达的改变

　　下丘核 -耳蜗声信号通路在参与听觉信号的传递过程中有多种蛋白、酶等参与，切除一侧或者双侧耳蜗将引起它们的改变或重新分布。Fuentes-Santamaria等[9]切除雪貂一侧耳蜗后，术耳对侧IC钙视网膜蛋白(calretinin)染色区域的面积和光密度明显较对照组和术侧IC大，对照组IC钙视网膜蛋白染色双侧对称。Alvarado等[10]发现单侧耳蜗切除后对侧ICC钙视网膜蛋白表达的区域和表达量(光密度值)比手术侧以及未手术动物ICC视网膜蛋白表达均要高。这种改变在术后第二天开始，一直维持到术后第90 d。幼年雪貂这种改变是对照组的2倍，但成年雪貂ICC中仅上升33%。说明视网膜蛋白在耳蜗切除24 h后出现在手术耳对侧ICC表达开始上升，但随年龄增加这种改变呈下降 趋势。

　　Suneja 等[11]研究细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase ，ERK)，应激活化蛋白激酶(stress-activated protein kinase ，SAPK)信号系统在单侧耳蜗切除后的改变，发现ERK1-P和ERK2-P在手术后第7 d和 145 d在蜗核(cochlear nucleus ，CN)各亚核、上橄榄复合体(SOC)以及ICC中的表达明显升高，但在第30 d和第60 d则表达下降。另外发现ERK1-P和ERK2-P在术后第 3 d在前腹侧蜗核(anteroventral cochlear nucleus，AVCN)和 后腹侧蜗核 (posteroventral cochlear nucleus，PVCN)中表达升高。免疫组织化学标记显示在术后第5 d，CN中ERK1/2-P主要在胞核中表达，SAPK和C-Jun水平几乎没有什么变化。认为在单侧耳蜗切除后ERK信号系统参与了中枢听觉通路可塑性过程，ERK的激化可能影响基因表达和胞质的调节机制，从而参与单侧耳蜗切除后听中枢通路的可塑过程调控。

　　Tucci 等[12]将出生后第12 d和6 ～ 8 w的沙鼠的左侧锤骨切除或耳蜗切除，于术后48 h或3 w处死动物，使用组织化学方法检测细胞色素氧化酶(cytochrome oxidase， CO)在听觉通路中的改变。发现耳蜗切除后左侧低位脑干听核团CO活性明显下降,这种改变在成年动物尤其明显。锤骨切除后术耳同侧AVCN中CO活性下降而对侧AVCN中CO活性增强。耳蜗切除后内侧橄榄核(medial superior olivary nucleus，MSO)中神经毡减少。如果单侧锤骨切除 3 w后进行检测，发现双侧MSO中神经毡变宽，但是若在48 h处死动物检测则没有发现上述效应。

　　Illing 等[13]发现，生长相关蛋白43(GAP-43)在幼年大鼠几乎所有听觉脑干核团均高表达，但是在成年大鼠GAP-43的这种表达几乎完全消失。单侧耳蜗切除后，GAP-43在同侧上橄榄核急剧上升，而在其它听觉脑干核团则下降。同时发现在耳蜗切除后上橄榄核中GAP-43 mRNA表达增高的神经元其蛋白质免疫活性也高。相反，在术耳对侧ICC中GAP-43 mRNA的表达则明显减低。认为上橄榄复合体参与了在耳蜗切除后听觉脑干的重塑过程。

　　Tong 等[14]研究大鼠双侧耳蜗后切除听觉中脑(auditory midbrain)酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase，TH)的分布和改变。发现在切除大鼠双侧耳蜗后第3 d和第 21 d，IC中TH表达下降。比较3组(对照组，聋后21 d，聋后90 d)大鼠IC和外侧丘系TH的分布，发现对照组外侧丘系核和IC有较多免疫阳性神经纤维和着色点。认为多巴胺能神经元和神经纤维在耳聋相关的重塑过程和下丘核 -耳蜗声信号通路中发挥了重要的作用。

　　一般认为，脑干各听觉核c-fos mRNA表达会受声刺激而增高，并呈现一定音频定位分布，耳蜗切除消除或减弱了声音对这些核团的刺激。这种减弱对同侧斜方体外侧核、对侧斜方体中央核、对侧斜方体腹侧核、外侧丘系核和IC这种刺激的减弱是不能恢复的，即使是术后6月亦是如此。Luo 等[15]　研究耳蜗切除对成年大鼠听觉脑干c-fos mRNA表达的影响，实验结果显示，耳蜗切除后对侧斜方体中央核c-fos表达却急剧升高，并在此后的6个月内均出现高表达，即使在没有声刺激的情况下亦是如此。说明在听觉通路的重塑过程中可能存在某些平衡，而耳蜗切除会破坏这种平衡，通过听觉通路的重塑又达到新的平衡以维持听觉传导和神经编码的有序进行。

　　Mo 等[16]在研究豚鼠单侧耳蜗切除后脑干鳞酸化cAMP反应元件结合蛋白(CREB-P)水平的改变时发现在左耳耳蜗切除后3 ～ 7 d，除PVCN和ICC外，其它核团CREB-P表达均下降，第7 d 检测发现CREB-P在PVCN中表达是增高的，而ICC在两个时段(3 d和7 d)检测CREB-P均是增高的。在术后第60天，CREB-P在AVCN, PVCN和背侧蜗核，外侧上橄榄复合体(LSO)和内侧上橄榄复合体(MSO)，斜方体内侧核(MNTB)和下丘核的表达均升高。在AVCN中蛋白结合调节因子的表达也是升高的。到145 d，除AVCN和ICC外，其它所有核团CREB-P表达均下降;在AVCN和ICC中，CREB-P表达量维持在较高的水平。左侧AVCN中CREB-P表达还会进一步升高。CREB-P的这种变化与谷氨酸，甘氨酸递质释放水平和受体活性相一致，从而改变神经营养的支持，说明左侧耳蜗切除可使听觉传导通路上各核团中CREB-P表达改变，而在听觉信号通路重塑中发挥作用。

　　2.3　耳蜗切除后下丘核 -耳蜗声信号通路结构、电生理 重塑

　　耳蜗切除后下丘核 -耳蜗声信号通路递质、受体以及参与调节的相关蛋白等发生相应的改变外，也可导致该通路的结构、电生理功能出现相应的重塑，以适应耳蜗切除后的改变，维持结构、生理和功能的平衡。

　　Franklin等[17]发现如果在出生后2 d就切除大鼠一侧或双侧耳蜗，从外侧丘系向下丘核的传入通路发育将被　中断。

　　Zacharek 等[18]将切除一侧耳蜗的地鼠暴露于10 kHz、122 - 127 dB SPL强纯音4 h，并记录耳蜗背核电发放率的改变，发现地鼠术耳对侧蜗核自发电发放较对照组明显增强。Kotak等[19]切除沙鼠一侧耳蜗而去除自斜方体内侧核至外侧上橄榄体(lateral superior olive，LSO)甘氨酸通路的递质释放，而同时保持兴奋性通路的完整;另外还使用甘氨酸受体拮抗剂士的宁以阻断甘氨酸的作用，对LSO神经元脑片行全细胞记录抑制性和兴奋性突触的电活动。实验发现具有MNTB诱发的抑制性突触后电位(IPSP)的LSO神经元所占比例减少，IPSP幅度减小，并有平衡电位　8 mV的去极化;相反，同侧LSO兴奋性突触后电位(EPSP)显著延长，这些长时程的EPSP又可被NMDA受体拮抗剂AP-5抑制而明显缩短，而正常LSO神经元的EPSP长周期不会被AP-5影响。

　　Lu等[20]观察耳蜗切除后第7天使用全细胞膜片钳方法记录的AVCN神经元自发性微兴奋性突触后电流(miniature excitatory postsynaptic currents，mEPSCs)的变化。实验发现出生后第7和14 d行耳蜗切除者的分枝状细胞(Bushy cell)mEPSCs放电频率高但振幅变化不大，星状细胞则没有这些改变，不论是在正常组或是耳蜗切除组。Vale 等[21]发现在切除幼年沙鼠耳双侧耳蜗后的第1到第5 d，用全细胞膜片钳技术记录由电刺激同侧外侧丘系核(LL)引发的IC神经元的EPSC的幅值，发现耳聋使得电刺激LL诱发的IC神经元EPSC的幅值增加和EPSC的持续时间延长。另外，双侧耳蜗切除可以导致LL通路兴奋性递质释放减少。与对兴奋性突触的影响相反，双侧耳蜗切除可使IC的IPSC幅值减少以及神经递质释放减少，认为耳蜗切除后所引起的IC神经元EPSP和IPSP的变化以及递质释放的改变是下丘核 ——耳蜗声信号通路重塑的结果，这可能重新调整听觉编码的性质，有学者认为这种调整可能是耳鸣的机制之一。在随后的研究中Vale 等发现单侧耳蜗切除可以导致聋耳对侧IC产生23 mV的IPSC去极化，但是在聋耳同侧IC仅产生　　10 mV的IPSC去极化。据此认为单侧耳蜗切除使IC抑制性突触发生改变，这种变化主要发生在对侧的突触后或同侧的突触前[22]。

　　3　展　望

　　随着耳蜗切除与下丘核 -耳蜗声信号通路重塑认识的进一步深入，使我们进一步认识听觉发生的生理、病理机制以及外周损伤对听中枢结构、功能等的影响。为我们认识耳聋、耳鸣的发生机制以及及其治疗提供了理论依据。耳蜗切除导致下丘核 -耳蜗声信号通路重塑的关键及促进因素到底是什么，耳蜗切除对听中枢神经元编码类型、听反应特性的影响如何?需要我们进行进一步深入的研究去解决这些问题。有关耳蜗切除导致下丘核-耳蜗声信号通路重塑的进一步研究将有助于推动听力学和耳神经科学的发展。

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