《Sensory Neuroscience》：Pathogenesis of Age-Related Hearing Loss and Therapeutic Strategies
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本综述系统阐述了年龄相关性听力损失(ARHL)这一全球高发的退行性疾病，其核心机制涉及氧化应激、DNA损伤及炎症反应，最终激活细胞凋亡、铁死亡和焦亡等多条死亡通路。文章在剖析分子通路基础上，全面总结了当前以抗氧化药物、激素疗法及干细胞/基因编辑(如CRISPR/Cas9)为代表的前沿治疗策略，尤其强调了基于干细胞的耳蜗毛细胞重建技术的巨大潜力，为改善老年听觉健康提供了重要理论框架和治疗新视角。
1 引言
年龄相关性听力损失(ARHL)，亦称老年性聋，是一种随着年龄增长发生的、进行性、双侧对称的感觉神经性听力损失。随着全球人口老龄化加剧，ARHL发病率逐年攀升，已成为重大公共卫生问题。患者通常表现为听力敏感性下降和言语识别能力衰退，严重者可导致心理健康问题及认知功能下降，显著降低老年人生活质量。
ARHL涵盖一系列退行性病变过程，包括毛细胞(HCs)丢失、螺旋神经节(SGNs)变性及血管纹(SV)损伤。根据主要病理特征，ARHL可分为感觉性、神经性和代谢性三种类型，这些类型可单独或合并出现。其发病是多因素共同作用的结果，受遗传易感性和环境因素（如长期噪声暴露、吸烟、酗酒等）双重影响。
2 ARHL的发病机制
2.1 分子机制
2.1.1 氧化应激
活性氧(ROS)的异常增加与衰老密切相关。耳蜗内抗氧化酶功能受损会导致ROS过量产生，对毛细胞和螺旋神经节产生细胞毒性，加剧血管纹变性。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在衰老过程中起关键作用，其中mTORC1的过度激活会促进ARHL，而mTORC2信号激活则具有保护作用。钙离子通道Cav1.3在衰老耳蜗中表达下降，其敲低会导致ROS过度产生和毛细胞凋亡。氧化应激还会通过过量ROS引发不可逆的DNA损伤，在ARHL小鼠毛细胞中，DNA损伤标志物γH2AX和53BP1水平显著升高。此外，ARHL患者外周听觉系统存在大量线粒体DNA(mtDNA)缺失和突变，以及细胞色素c氧化酶亚基3(COX3)表达降低，这些分子改变的程度与听力损失进展呈正相关。
2.1.2 炎症与免疫反应
低水平慢性炎症与大多数年龄相关疾病有关。随着年龄增长，听力阈值、免疫细胞（巨噬细胞、白细胞、中性粒细胞）数量以及炎症细胞因子（TNF-α、IL-6、Iba1）表达逐渐增加。衰老耳蜗中，血管纹和螺旋韧带区域是主要炎症区域，可见CD45阳性巨噬细胞浸润及促炎细胞因子TNF-α和IL-1β水平升高。NF-κB通过维持螺旋神经节神经元钙稳态，在保护听觉神经元免受毒性损伤、减轻ARHL方面发挥重要作用。全基因组关联研究提示，JAK/STAT通路中的促炎细胞因子可能参与ARHL进程。
2.1.3 离子通道和细胞器功能障碍
离子通道对听觉毛细胞功能至关重要。研究表明，外毛细胞中由Kcnq4编码的Kv7.4钾离子通道功能受损与ARHL密切相关。在加速衰老的SAMP8小鼠中，给予Kcnq4激活剂可显著减轻ARHL引起的听力阈值升高和毛细胞丢失。内质网(ER)应激被认为是衰老过程中的常见应激源，抑制内质网应激的关键调节因子热休克因子(HSF1)可减轻ARHL中内质网应激引起的毛细胞损伤。
2.2 细胞死亡途径
2.2.1 细胞凋亡
凋亡通过外源性途径和内源性途径在ARHL过程中被诱导。衰老小鼠毛细胞中Sirt1表达下降，导致下游因子NF-κB和p53去乙酰化水平降低，引发炎症和细胞凋亡。阻遏元件1-沉默转录因子(REST)在ARHL小鼠的螺旋神经节神经元和毛细胞中表达减少，其缺失可上调p53表达，促进凋亡。全基因组连锁分析和全外显子组测序揭示，Thoc1缺陷通过p53介导的凋亡导致ARHL。内源性凋亡途径通过线粒体激活，其中促凋亡基因Bak增加和抗凋亡因子Bcl-2减少触发螺旋神经节神经元和毛细胞凋亡。
2.2.2 铁死亡
铁死亡是一种以脂质过氧化不受阻碍和铁代谢异常为特征的新型细胞死亡方式。铁调节蛋白2在听觉皮层中的表达随年龄增长而增加，导致转铁蛋白受体1上调，促进铁在细胞内积累并引发铁死亡。铁死亡关键蛋白ACSL4和转铁蛋白受体1在D-半乳糖诱导的衰老小鼠听觉皮层中表达升高，而铁螯合可抑制铁死亡水平并延缓细胞衰老。研究表明，铂类药物和新霉素可通过铁死亡诱导毛细胞死亡。
2.2.3 焦亡
焦死亡是最近发现的一种炎症相关的程序性细胞死亡途径。细胞和动物实验表明，耳毒性药物可激活炎症小体NLRP3，提高caspase表达水平，进而导致小鼠耳蜗边缘细胞焦亡。抑制炎症caspase的激活可防止螺旋神经节神经元死亡。临床数据证实，GSDM家族成员GSDME与耳聋有关，该基因突变已在非综合征型感音神经性听力损失临床病例中发现。此外，GSDMD已被证明在顺铂和基因突变引起的听力损失中诱导耳蜗细胞焦亡。
3 治疗策略
3.1 抗氧化药物
内耳氧化应激水平随年龄增长而增加，过量ROS造成的损伤可通过ROS清除系统以及给予内源性和外源性抗氧化剂来缓解。多种外源性抗氧化剂已被确定可保护内耳免受氧化应激，包括N-乙酰半胱氨酸(NAC)、他汀类药物、水杨酸衍生物和α-硫辛酸。在衰老小鼠中，阿托伐他汀治疗可显著改善听力损失， mitochondria保持正常结构和功能，通过激活HSF1/SIRT1通路发挥抗氧化作用。早期注射白藜芦醇的小鼠表现出较低的凋亡和炎症水平，有效预防ARHL。临床试验表明，口服α-硫辛酸的人在噪声暴露后听力阈值变化较小。
3.2 激素疗法
与ARHL相关的激素变化为治疗提供了可行途径。雌激素在调节听力功能中起重要作用，女性通常表现出优于男性的听力。老年人雌激素水平下降与听力损失增加相关，而降低老年男性睾酮水平可在一定程度上缓解ARHL。波动性甲状腺激素水平影响ARHL，甲状腺激素受体β1对于维持衰老小鼠的听力和毛细胞存活至关重要。与ARHL相关的生长激素胰岛素样生长因子1(IGF-1)在老年人中循环减少，IGF-1缺乏会导致耳蜗结构变性。研究发现，注射褪黑激素后，衰老小鼠耳蜗中血管纹和螺旋韧带的损伤显著减少。醛固酮作为毛细胞关键离子泵的组成部分，长期治疗可作为ARHL的预防和延缓策略。
3.3 干细胞和基因治疗
干细胞由于其多能性和持续分裂能力，被认为是体内治疗开发的有前途的模型。通过2D和3D培养可诱导多能干细胞在体内分化为内耳细胞。人类胚胎干细胞在2D培养中可发育成两种类型的耳祖细胞。同时，可结合CRISPR/Cas9技术纠正基因变异并研究这些遗传改变的发病机制。此外，3D培养技术可通过调节细胞聚集体内的信号转导，促进多能干细胞生成类器官。
基因治疗是干预ARHL的一种前沿策略，主要旨在防止毛细胞丢失、促进毛细胞再生和恢复ARHL中受损毛细胞的功能。它可以通过腺病毒载体在耳蜗中过表达过氧化氢酶、Cu/Zn超氧化物歧化酶(SOD1)和Mn超氧化物歧化酶(SOD2)来保护毛细胞免受氧化应激，并通过抑制线粒体促凋亡基因Bak实现。使用小干扰RNA靶向负责产生活性氧的酶NOX3，可降低氧化应激水平。此外，过编码葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的G6pd可调节NADPH产生以维持ROS水平。通过γ-分泌酶抑制剂LY411575进行基因治疗，可增加Atoh1表达并减少Notch信号传导，从而促进毛细胞再生。抑制细胞死亡途径可减轻ARHL的影响，例如，增加Sirt表达和抑制mTOR通路可减少耳蜗毛细胞死亡。AAV介导的TNFAIP8L2替代可有效改善基因缺陷小鼠的听觉功能。此外，抑制PI3K/Akt/mTOR通路可显著减轻H2O2诱导的HEI-OC1细胞模型中氧化应激相关的衰老。CRISPR/Cas9基因组编辑技术用于通过破坏外毛细胞中Kcnq4等位基因的显性抑制来增强Kv7.4离子通道的活性。
4 结论
ARHL已成为影响老年人的最普遍疾病之一，因其对老年人健康和生活质量的深远影响而受到全球广泛关注。本综述系统阐明了ARHL的内在分子机制，揭示了一个从初始氧化应激和炎症反应，到离子通道和细胞器功能障碍，最终汇聚成多条程序性细胞死亡通路的级联反应网络。ARHL的发病是一个多因素过程，涉及衰老所改变的分子机制和细胞死亡途径。氧化还原状态的失衡破坏了耳蜗稳态，引发炎症和免疫反应，损害毛细胞离子通道并破坏耳蜗内的细胞器。这些过程激活了包括凋亡、铁死亡和焦亡在内的细胞死亡途径，最终导致毛细胞随年龄增长发生不可逆的损伤和死亡，引发ARHL。未来研究应侧重于利用单细胞多组学等技术破译不同分子通路在时空维度上的交互网络，进一步研究螺旋神经节和血管纹在ARHL中的作用机制，阐明非细胞自主性病变对疾病进展的贡献。通过多学科合作，全面深入理解ARHL这一复杂网络疾病，从而制定能够有效延缓、阻止甚至逆转这一重大公共卫生挑战的创新策略。
