对听觉皮层进行多会话硬膜外直流电刺激可缓解Wistar大鼠中与年龄相关的转录组失调现象

《Hearing Research》：Multisession Epidural Direct Current Stimulation of the auditory cortex mitigates age-related transcriptomic dysregulation in Wistar rats

年龄相关听力损失（ARHL）通过影响听觉信号传递和皮层过度兴奋性增加认知衰退风险。研究发现，早期衰老的大鼠经多疗程耳皮层直流电刺激（DCS）可维持听觉阈值和抑制皮层过度兴奋性。RNA测序显示，非刺激衰老组（NES）在耳皮层出现194个差异基因（DEGs），涉及GABA/谷氨酸能突触、长时程增强/抑制、炎症、自噬等通路。经电刺激组（ES）的DEGs数量显著减少，且与NES相比，ES组的DEGs主要涉及神经退行性相关通路。共有121个DEGs在NES和ES中变化趋势相反，涉及突触传递（Gabrb1, Grin2b）、突触支架（Dlg2, Prkca）、神经营养信号（Ntrk2, Igf1r）和突触周网（Tnr, Ndst1）等关键分子。结果表明，多疗程DCS通过维持兴奋-抑制平衡和突触周网完整性，有效抑制衰老相关的基因组重编程，从而保护耳皮层功能。

　　

作者列表： Inés S. Fernández del Campo | Alejandro Cebrián-León | Carlos Hernández-del Ca?o | Natalia Varela-Andrés | Ignacio Plaza | Rubén Deogracias | Miguel A. Merchán

卡斯蒂利亚-莱昂神经科学研究所（Instituto de Neurociencias de Castilla y León, INCyL），西班牙萨拉曼卡，邮编37007

摘要

与年龄相关的听力损失（Age-Related Hearing Loss, ARHL）会干扰听觉信号的传递，导致大脑皮层过度兴奋，并增加认知能力下降的风险。在早期衰老阶段，对听觉皮层进行多疗程的硬膜外直流电刺激（Direct Current Stimulation, DCS）可以保护听觉阈值，防止皮层过度兴奋。本研究假设多疗程的DCS能够在衰老的最早阶段阻止听觉皮层中的转录失调。我们通过RNA测序（RNA-seq）分析了与年龄相关的转录变化，以评估DCS的效应。18.13个月大的未受刺激的老年大鼠（NES）与年轻对照组（YG）相比，有194个差异表达基因（DEGs），这些基因主要涉及GABA能、谷氨酸能和多巴胺能突触、长时程增强/抑制、炎症反应、自噬、细胞凋亡和神经退行性变相关通路。上调的基因包括Gabrb1、Grin2b、Rac3c和Ndst1，这些变化可能表明存在兴奋性/抑制性失衡以及小钙蛋白（PV）中间神经元周围神经胶质网络的硬化。而接受电刺激的大鼠（ES）与YG相比有86个DEGs，但在与衰老相关的通路中没有显著富集。相比之下，NES与ES之间的比较显示有1,393个DEGs，其中许多基因在衰老相关通路中显著上调。此外，121个在NES中上调而在ES中下调的共通DEGs与神经传递（如Gabrb1、Grin2b）、突触支架（如Dlg2、Prkca）、营养信号传导（如Ntrk2、Igf1r）以及神经胶质网络（如Tnr、Ndst1）相关。这些发现表明，多疗程的DCS可能通过维持兴奋性/抑制性平衡和神经胶质网络的完整性，从而抑制老年听觉皮层的不良基因组重编程，进而保护听觉皮层免受ARHL和认知功能下降的影响。

章节摘要

引言

听觉系统以其音调组织、双侧表征和毫秒级的精确度而著称。与视觉或躯体感觉系统不同，听觉系统具有广泛的双向皮质投射，这些投射几乎与所有皮下中继站形成互惠回路，从耳蜗核延伸到丘脑的内侧膝状核（Salda?a, 2015; Terreros and Delano, 2015）。

方法

所有实验程序均获得萨拉曼卡大学动物护理与使用委员会的批准，并符合西班牙（皇家法令53/2013—法律32/2007）和欧盟（指令2010/63/EU）关于科学实验用动物保护的法规。手术过程在深度麻醉下进行，同时监测呼吸频率、核心体温和氧饱和度。我们尽一切努力减少动物的痛苦和实验数量。

听觉脑干反应（Auditory Brainstem Responses, ABRs）

点击诱发的ABR阈值分别为：YG组10.0 ± 0.0 dB SPL，NES组28.1 ± 3.3 dB SPL，ES组19.7 ± 1.5 dB SPL（见图2A左侧）。根据事后Tukey检验（图2A左侧），NES组的阈值显著高于YG组（p = 0.001）和ES组（p = 0.031），但在ES组中相对于YG组仍保持一定程度（p = 0.043）。在不同强度（20–90 dB SPL）下，NES组的波II潜伏期更长，幅度更小（见图2A右侧）。ES组的值介于两者之间。

讨论

本转录组分析显示，在早期衰老过程中，听觉皮层中的主要神经传递系统、突触可塑性信号传导和钙离子稳态发生紊乱，这与皮层过度兴奋和炎症反应的趋势一致。DEG分析还表明神经胶质网络成分发生广泛重塑，可能影响小钙蛋白（PV）中间神经元的放电调节。这些变化可能导致听觉功能受损。

结论性评论

听觉皮层在早期衰老过程中经历了协调且功能相关的重组，表现为神经传递、细胞外基质和神经胶质网络的改变以及轻度神经炎症。这些分子变化与听觉阈值的下降和皮层过度兴奋的出现相吻合，表明全基因组的失调在听觉处理的生理衰退中起积极作用。重复的硬膜外直流电刺激可能有助于保护听觉系统免受这些不良影响。

临床意义

正如现有研究和先前研究（Fernández del Campo等人，2024, 2025）所表明的，对听觉皮层的电刺激可以保护Wistar大鼠在早期衰老过程中的外周和中枢听觉功能。在内耳层面，听觉皮层刺激后的下行通路激活有助于结构和功能的维持（Fuentes-Santamaría等人，2024）以及听觉阈值的稳定（Fernández del Campo等人，2024）。在听觉皮层层面，电场刺激同样具有积极作用。

作者贡献声明

MAM、ISF和RD设计了实验方案；ISF、IP和ACL负责实验实施；ACL、CHdC、NVA和RD负责RNA测序工作；ISF进行了定量ABR和CAEP分析；ISF、ACL和MAM共同分析了转录组数据。所有作者均参与了实验讨论；MAM和ISF共同撰写了论文。

数据可用性

数据可应请求提供。

CRediT作者贡献声明

Inés S. Fernández del Campo： 负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、方法学设计、数据分析、概念构建。 Alejandro Cebrián-León： 负责撰写、审稿与编辑、原始稿撰写、方法学设计、数据分析。 Carlos Hernández-del Ca?o： 负责撰写、审稿与编辑、数据可视化及验证。 Natalia Varela-Andrés： 负责撰写、审稿与编辑。 Ignacio Plaza： 负责撰写、审稿与编辑、数据分析。