螺旋神经节细胞的离子通道

（一）耳蜗神经纤维

耳蜗内神经纤维按功能可分为传入神经和传出神经纤维，其中的传入神经是将听觉信息传入中枢神经系统的唯一通道。传入神经的细胞胞体位于蜗轴的骨性结构内，神经纤维的一端延伸到毛细胞的底部形成突触，感受毛细胞释放的神经递质，另一端延伸进入脑干，与耳蜗核细胞形成突触联系（图11－5A）。传入神经元可分为一型和二型神经元，与内毛细胞相连的传入神经元称为一型传入神经元，与外毛细胞相连的传入神经为二型传入神经元，绝大多数神经元与内毛细胞相连，占传入神经总数的95%左右，尽管外毛细胞的数量是内毛细胞的3倍，但二型传入神经元的数量仅占传入神经元总数的5%左右，因而大多数耳蜗的兴奋是由与内毛细胞相连的一型神经元传入中枢的。传入神经的主要功能是感受毛细胞的兴奋，产生动作电位，并将动作电位传导至听觉中枢神经系统。许多实验证据表明，位于不同耳蜗部位的螺旋神经节细胞的放电特性不同，因而螺旋神经节细胞不仅仅是被动地传递神经兴奋，很可能也参与了对不同频率声音信息的编码。尽管对螺旋神经节细胞的神经递质和神经受体的类型和功能有很多报道，但这些报道多以一型神经元的功能为主。因外毛细胞下的二型神经元仅占神经元总数的5%左右，形体上很难与一型神经元区分，又没有特异的抗体对其进行标记，因而目前对其功能的了解非常少，其在声音传导中的作用尚不清楚。

毛细胞还与另一类神经纤维相连，这些神经纤维的胞体位于脑干的橄榄核，其神经纤维由脑干一直投射到毛细胞的底部，形成突触联结，这类神经元为传出神经（图11－5B）。其中起源于内橄榄核（MOC）的神经元在外毛细胞底部形成突触，神经元兴奋时在毛细胞底部的突触释放抑制性神经递质，可减少外毛细胞的兴奋性，从而减少毛细胞的振动，对强噪声刺激下的毛细胞起到保护作用；另一部分传出纤维起源于外侧橄榄核（LOC），神经纤维投射到内毛细胞下的传入神经侧壁并形成突触联结，神经元兴奋时可释放多种神经递质，对传入神经元的功能起到调节和保护作用。

（二）螺旋神经节细胞的受体通道

由于在离体条件下很难辨别一型和二型传入神经元，而一型神经元的胞体大，数量占绝大多数，因而目前对螺旋神经节细胞离子通道特性的研究结果主要来源于对与内毛细胞相连的一型传入神经元的研究，而对与外毛细胞相连的二型神经元的了解还非常少。

图11－5　耳蜗传入及传出神经元

大量的实验研究表明谷氨酸是内毛细胞和传入神经突触之间的主要兴奋性神经递质（Luo et　al，1995；Safieddine and　Wenthold，1997）（图11－6），谷氨酸是通过在传入神经突触上的两种谷氨酸配体门控通道（ligand channel），即离子通透型（ionotropic）和G－蛋白耦合型（代谢性）受体通道，来调节细胞兴奋性的。离子通透型谷氨酸通道按其结构和药理学特性又可分为三种类型：N－甲基－D－天冬氨酸（N－methyl－D－aspartate，NMDA）受体（分NR1和NR2亚型），α－氨基－3羧基－5甲基异唑－4丙酸（1－4－isoxazolepropionate，AMPA）受体（由谷氨酸受体1～4亚型组成）和海人藻酸受体（kainate acid）由谷氨酸受体5～7亚型和kainate受体1～2亚型组成。分子生物学研究分析表明，非－NMDA受体（AMPA和kainate受体）和NMDA受体均表达在螺旋神经节细胞上（Ryan et　al，1991；Safieddine and　Eybalin，1992），其中AMPA受体是成年螺旋神经节细胞的主要兴奋性受体（Ruel et　al，1999；Puel et　al，2002）。谷氨酸受体在胚胎期就已发育，NMDA受体在胚胎形成后11d（E11）就可检测到，而AMPA受体要到E17才能检测到，由此可推测这些受体在内耳神经通路的发育中可能起到不同的作用（Puel，1995；Knipper et al，1997）。

耳蜗内灌注谷氨酸受体兴奋剂可抑制动作电位的产生，其原因可能是谷氨酸兴奋剂会造成听神经持续性去极化，使细胞无法同步兴奋的结果。在耳蜗圆窗膜直接投放谷氨酸受体抑制剂，也会减小听神经动作电位的幅度，很可能是谷氨酸受体抑制剂降低了突触后受体对内毛细胞释放的谷氨酸的反应所致（Littman et　al，1989）。用全细胞膜片钳记录的方法，在单离的新生和成年鼠的螺旋神经节细胞上可记录到海人藻酸和AMPA诱发的受体电流（Nakagawa et　al，1991；Ruel et al，1999；Peng et　al，2003），而NMDA无法直接诱导出细胞电流。有趣的是当NMDA和水杨酸钠（阿司匹林的主要成分，大剂量服用水杨酸钠可引起耳鸣）一起作用时，可在螺旋神经节上诱发出明显的细胞电流。这一特性可能是由于水杨酸钠增加了花生四烯酸（arachidonic acid）的表达，从而激活了NMDA的反应所致（Ruel et　al，2008）。这些实验也表明谷氨酸受体同时表达在螺旋神经节细胞的突触和胞体上。

近年来的研究还发现，多种抑制性神经递质存在于传出神经与传入神经形成的突触（图11－6）及螺旋神经节细胞的胞体上，这些递质包括乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）、γ－氨基丁酸（GABA）、强啡肽（dynorphins）、脑啡肽（enkephalin）、多巴胺（dopamine）和钙调素基因相关肽（calcitonin gene－related peptide，CGRP）等（Puel，1995），多种神经受体也在螺旋神经节细胞的胞体及突触上发现，这些受体包括GABA受体、乙酰胆碱受体、多肽受体、多巴胺受体、P物质（substance P）受体等（图11－6）。由于全细胞膜片钳技术的应用，近年来对这些受体的功能有了很多的了解。

图11－6　毛细胞下的传入和传出神经

耳蜗的GABA主要表达在传出神经的胞体和传出神经纤维上，大多数的螺旋神经节细胞的神经纤维上也能检测到GABA （Whitlon and　Sobkowicz，1989），GABA受体的染色也发现在大多数螺旋神经节细胞的胞体上和内毛细胞附近的传入神经轴突上（Yamamoto et　al，2002），由此可推测GABA可能是传出神经调节传入神经活性的递质。离子通透型的GABA－A受体和代谢型的GABA－B受体的反应都可在胚胎期14d后的螺旋神经节细胞上记录到（Malgrange et al，1997；Lin et　al，2000）。研究报道，大约95%的螺旋神经节细胞可记录到GABA诱发的电流，说明GABA受体的表达非常广泛。局域释放GABA或GABA－B受体的兴奋剂巴氯芬（baclofen），可降低谷氨酸诱发的细胞电流，说明GABA在耳蜗起抑制作用，GABA－A受体的电流可被印防己毒素（picrotoxin）和荷包牡丹碱（bicuculline）阻断（Malgrange et　al，1997）。GABA受体也参与了螺旋神经节细胞的发育，GABA－A受体β3基因敲除的小鼠，表现明显的螺旋神经节细胞数量的缺失（除顶圈外）（Koo et　al，2002），这一结果表明GABA受体不但参与了对兴奋性递质的调节，还对细胞的发育起重要的作用。

多巴胺为螺旋神经节细胞的另一种重要的抑制性神经递质，内耳灌注多巴胺或多巴胺受体的兴奋剂可减小动作电位的幅度（d＇Aldin et　al，1995），并减少由谷氨酸兴奋剂引起的听神经单纤维放电的数量（Oestreicher et al，1997）。由于强声刺激造成的过多的谷氨酸释放对传入神经有兴奋性毒性，因此由传出神经兴奋引起的多巴胺释放，可减少谷氨酸引起的传入神经兴奋，由此对传入神经起保护作用。对离体的螺旋神经节细胞进行全细胞记录，发现多巴胺及多巴胺受体的兴奋剂可减少电压依赖性钠电流和动作电位的幅度（Sun and　Salvi，2001），这一结果可能是多巴胺减少神经兴奋性的原因。

免疫组化和膜片钳的研究还发现其他神经递质的表达。例如将P物质作用在螺旋神经节细胞的胞体上，会显著地延长动作电位的潜伏期和动作电位的宽度（Ito et　al，2002；Sun et　al，2004），这一作用可能是由于P物质可抑制电压依赖性钾通道和钙通道引起的（Sun et　al，2004）。P物质还可激活螺旋神经节细胞的非特异选择性的阳离子通道，从而调节螺旋神经节的放电特性（Ito et al，2002）。乙酰胆碱也发现可调节听神经的放电，其作用原理可能在于调控细胞膜上的非特异性阳离子通道（Ito and　Dulon，2002），然而乙酰胆碱及其受体在螺旋神经节细胞的生理作用还未明了。

（三）螺旋神经节细胞电压依赖性通道

神经兴奋性的传递主要靠神经的动作电位来完成，动作电位的产生主要依靠电压依赖性钠电流和钾电流来形成，内向型钠电流（相对于细胞内）可形成动作电位快速的上升期，而外向型钾电流则形成慢速的下降期。电压调控型钾电流决定超极化的程度和速度，从而影响螺旋神经节细胞的放电特性。研究发现内毛细胞下的Ⅰ型传入神经元表达钠通道河豚毒素（tetrodotoxin，TTX）敏感型和多种钾通道，已被确认的钾通道有：可被四乙胺（TEA）阻断的延迟整流钾通道、对四氨基吡啶（4－AP）敏感的瞬时（A型）钾通道、对树蛇毒素（dendrotoxin，DTX）敏感的钾通道和钙依赖性钾通道等。最近的一些研究表明，螺旋神经节细胞的放电特性受DTX敏感的钾通道影响（Mo and　Davis，1997；Mo et al，2002），而DTX敏感性钾通道的表达又受不同的神经营养因子的影响，表达在耳蜗顶部的神经营养因子（neurotrophy factor－3，NT－3）可促进DTX钾通道的表达，使螺旋神经节细胞兴奋后显示慢性适应性，从而对持续电流刺激产生多个动作电位；而表达在耳蜗底部的脑源性神经营养因子（brain－de－rived neurotropic　factor，BDNF）则抑制DTX敏感性钾通道的表达，神经兴奋时往往产生单一的动作电位，呈快速适应型。由此造成位于耳蜗不同部位的螺旋神经节细胞的不同的放电特性，这一特性可能参与了耳蜗对不同频率信息的编码。

除此之外，螺旋神经节细胞还表达L型、N－型和P/Q型多种钙通道（Roehm et al，2008），这些通道的表达对螺旋神经节细胞的发育和放电特性也起到很大作用。由于螺旋神经细胞是在耳聋患者接受电子耳蜗后，接受电刺激信号的主要感受细胞，认识螺旋神经节细胞的功能对电子耳蜗的应用和设计会有很大帮助。

综上所述，离子通道的研究已成为研究听觉机制和听力损伤的重要手段，耳蜗感受器和神经细胞离子通道的研究，使我们对耳蜗功能认识产生了质的飞跃，然而目前还仍有疑问亟待解决。

（孙　伟）

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