外毛细胞底侧壁的离子通道与感受器电位

（一）外毛细胞的离子通道

对外毛细胞离子通道（图8－3）的研究常用在体记录及在离体记录两种。二者相比各有优缺点，在体记录的外毛细胞应近似于正常生理状态，但操作不易，难度较大；而在单离外毛细胞上进行记录虽操作相对简单，但因外毛细胞在分离过程中受损伤较大，导致细胞膜电位向去极化方向偏移而大大增加了对外毛细胞离子通道研究的难度。同时，因大多数研究者侧重于对外毛细胞的电致运动的研究，所以对外毛细胞离子通道进行研究的报道并不多，故此处仅做一简要介绍。

图8－3　耳蜗毛细胞上主要的离子通道

A．内毛细胞；B．外毛细胞
（引自王坚，何志洲，2005）

Dallos观察到在体外毛细胞的静息电位通常处于－70mV的超极化状态。当在体记录的电极破膜后，外毛细胞的静息电位会发生改变并在－50～－70mV的水平上稳定下来，而内毛细胞的静息电位则呈去极化状态（－20～－30mV）。而毛细胞感受器电位的下降与细胞膜电位是直接相关的。有学者认为此现象产生的原因与细胞膜可能有一个基于时间相关的漏电导的存在。对外毛细胞与内毛细胞而言其产生机制亦不相同。相对于内毛细胞的非选择性，外毛细胞的漏电导是K＋选择性的。当胞内Ca2＋因外部刺激而升高时，可引起Ca2＋激活的外向性K＋通道的开放，使得外毛细胞膜电位降低，具有低通特性的外毛细胞膜的电阻电容（resistance capacitance，RC）电路时间常数也随之变小。但Sunose的工作提示此现象是由电极内液中高浓度K＋的外渗进入胞内所致。另外取自耳蜗底转的外毛细胞的静息电位一般处于超极化状态（平均为－80mV），实验中也未见细胞膜电位发生系统性的变化。这可能与底转外毛细胞相对较小，能够很快地进行K＋交换有关。底转外毛细胞与顶转外毛细胞相比在其处于静息电位时有着斜率较大的电导约100ns，超极化时可降至0ns，去极化时约为200ns。同哺乳类动物的外毛细胞相比非哺乳类动物外毛细胞的静息电位处于更负的状态，并可记录到一种内向性K＋整流电流（II，R），但在新生外毛细胞或将哺乳类动物外毛细胞的静息电位降至相同水平亦可记录到此类电流。提示外毛细胞离子通道的状态在其发育过程中可能有明显的变化。

外毛细胞在分离过程中因受损较大，Na＋浓度相对较高，约110nmol/L。在膜片式记录条件下达不到内毛细胞漏电流＜1ns的状态。通常在全细胞电压钳模式记录时通过采用零电流电位（电流钳中的静息电位），使其由－20～－30mV降低至－45～－75mV的相对稳定状态。基于这样的原因，对于外毛细胞电压依赖性或时间依赖性电流的研究明显差于对内毛细胞的研究。Hously曾比较过耳蜗底圈、中部及顶圈的外毛细胞的电导特性，研究发现电压钳模式下，控制电压为－50mV时，随细胞长度增大其电流幅值相应变小。外毛细胞分离后初始状态下，因受损胞内Ca2＋浓度增高，随时间延长漏电流增大，此电流主要在膜电位为－90mV以下时失活，－50mV时被激活，对细胞外的K离子有高选择通透性和依赖性，称为电压依赖性外向钾电流（Ik，n），可能参与静息电位与膜时间常数的形成并受胞内Ca2＋的调控。有证据表明Ik，n与电致运动均在出生二周时出现，提示Ik，n可能与生物体的发育过程有关。

在各种非哺乳类脊椎动物的外毛细胞都可记录有一种很小的Ca2＋电流（电压依赖型内向钙电流）。以龟类的毛细胞为例，在室温下时可被－60mV的电位激活，－20mV时达到700nA的最大值后缓慢失活，为L型钙通道；在非哺乳类脊椎动物的毛细胞上可记录到T、N及P型Ca2＋电流，但在哺乳类动物的毛细胞上则很难记录到。通常实验中常用Ba2＋替换Ca2＋或提高胞外Ca2＋来记录Ca2＋电流，但记录到的Ca2＋电流仍然较小（约为150pA）。研究表明有两种ATP受体P2X2、P2X7在外毛细胞侧膜上表达，ATP可通过其受体调控胞外Ca2＋内流与胞内Ca2＋释放与存储，并影响外毛细胞的电致运动，是耳蜗机械－电转换的过程中重要的调控因子。值得注意的是长时间的ATP刺激可使P2X7型受体形成可能通过900kD孔洞，形成去极化的非选择性阳离子电流，可被氧化型三磷酸腺苷（Oxidized ATP，oATP）、吡哆醛－5－磷酸－6－苯偶氮基－24二磺酰酸（pyridoxal－5＇－phosphate－6－azophenyl－2＇，4＇－disulfonic acid，PPADS）及亮蓝G（Brilliant Blue G，Blue G）等拮抗药特异性阻断。

与内毛细胞不同，外毛细胞直接接受传出神经的支配，神经递质为乙酰胆碱（ACh），其受体位于外毛细胞的底侧膜。ACh可激活其受体并在外毛细胞上产生两个不同的电流：ACh可引起Ca2＋内流形成去极化电流，而后由胞内Ca2＋激活的无失敏感特性的外向性K＋电流，可使细胞超极化。与去极化电位引起的Ca离子激活K＋电流不同的是，此通道对铯（cesium）离子也有通透性。ACh诱导的电流可被多种N型受体阻断药阻断。因具有机械－电换能特性及由多层结构组成的复杂侧膜，外毛细胞对胞内压力及机械刺激敏感。压力、渗透压或机械刺激的变化均可引起离子通道的开放。如低渗条件下细胞明显肿胀可诱发非选择性阳离子电流，引起胞内Ca2＋的升高。

（二）外毛细胞纤毛的机械－电转换学说与感受器电位

虽然哺乳类动物的动纤毛早已退化，仅为静纤毛外侧的一个残迹，但低等脊椎动物耳蜗毛细胞的纤毛仍能产生自主运动。外毛细胞顶部表皮板几乎呈圆形，纤毛呈W形，开口朝向蜗轴。每一个外毛细胞胞顶部有100～150根静纤毛，豚鼠外毛细胞的静纤毛排成3～4排，而人的静纤毛排成6～7排，其中靠近蜗轴侧的较短，静纤毛的顶部与盖膜相接触。外毛细胞的纤毛由多股肌动蛋白微丝构成，紧密排列成平行晶线阵列。这种结构赋予纤毛一定的劲度。这些肌动蛋白微丝最终融合成根管植根于表皮。内毛细胞的纤毛植根于表皮板并贯穿表皮板，而外毛细胞的纤毛植根仅达表皮板一半的深度。近年研究表明，构成外毛细胞静纤毛的肌动蛋白微丝每6h可全部更新1次，提示纤毛对噪声等损害因素有着较强的修复能力。

除长静纤毛顶部与盖膜有接触外，纤毛之间亦有细小的纤维将其结成为一个功能整体。纤毛间的连接形式有三种类型：长静纤毛侧壁与短纤毛尖端存在着非常特殊的纤维连接，称为顶－侧连接（tip－to－side）或顶连接（tip link），此类结构被认为是在纤毛上离子通道控制的机构。在每一排静纤毛间经侧向纤维并排相连（side－to－side）形成侧连接（side link）。排与排之间有排对排纤维连接（rowto－row）形成横连接。与内毛细胞不同，外毛细胞的长纤毛的顶部实际上嵌入在盖膜中，而Corti器的底部位于基底膜上。由于盖膜与基底膜处于不同平面，当声波传来时，它们围绕不同轴心摆动并产生相对剪切运动，从而引起外毛细胞的静纤毛偏转，构成对外毛细胞的刺激。当纤毛没有弯曲时，这些换能离子通道有一定开放率。已有研究表明静纤毛处在静息位置时约有10%的通道开启。当外毛细胞和盖膜之间的剪切运动使纤毛发生向外侧偏折引起毛细胞兴奋，通道开启增加，以钾离子为主的各种离子进入细胞；而向相反方向弯曲时细胞抑制，通道开启减少。纤毛的状态随声刺激及相位的变化而不同，流经毛细胞的电流因而受到调变。此电流流入外毛细胞，再经毛细胞侧壁流至外淋巴的电流被称为换能器电流（transducer current），其在毛细胞侧膜上产生的电压即为感受器电位（receptor potential）。不同的纤毛弯曲状态可以调控位于换能通道的开放程度，从而调节换能器电流大小。

因为耳蜗深藏于颞骨内，其结构复杂，在体记录外毛细胞感受器电位相当困难。Dallos曾在活体条件下记录到了最大值约为15 mV外毛细胞的感受器电位，并发现外毛细胞的静息电位比内毛细胞的静息电位更负一些，另外来自底转的外毛细胞的静息电位也比其他转的静息电位更负一些；其电位直流成分的大小和极性与所接受到的刺激频率和强度相关，在外毛细胞特征频率处为正值，低频刺激时为负值，但刺激较大时直流成分会转为正值。现在认为这与处于不同频率、声强的刺激时，外毛细胞纤毛不同的静息状态有关，因为随静息条件下外毛细胞换能通道的开放比例不同，可使细胞处于变化的静息状态亦不同。