耳蜗支持细胞与毛细胞再生

（一）耳蜗支持细胞的发育

在早期胚胎发育过程中产生的外胚层中一些细胞在一系列转录因子如：从脊索来的SHH，从中胚层和神经外胚层来的FGF10、FGF8、FGF3；从后脑来的WNTs、从总外胚层来的BMP4，以及Gata3，Pax2/8，Tbx1，Foxg1，Foxi1，Eya1/Six1和Oct4的作用下，细胞内SMAD信号途径被激活，导致这些细胞的Neurog1表达上调而转变成可以最终发育为耳的耳基板细胞（胚胎8．75d）。Neurog1能够在耳基板内下调SMAD信号，使这里的几个细胞获得感觉神经上皮的表型并开始下一步的克隆性扩增，在随后的5d里，这几个细胞将通过大约15轮（平均8．5h/轮）的有丝分裂而产生约32　000个感觉神经上皮细胞前体细胞。

毛细胞和支持细胞都来源于这些前体细胞。在Atoh1/Id/Notch信号途径的相互作用下，这些细胞会表达Atoh1和Ids1、Ids2、Ids3。Ids蛋白具有抑制Atoh1基因的作用，在某些细胞内，Ids基因表达下调，对Atoh1的抑制作用减弱，使其Atoh1基因表达上调，这些细胞就会发育成毛细胞。同时Atoh1的表达上调启动notch配体（Jag2和Dll1）的表达，引起邻近细胞的Notch1信号途径激活以及下游的HES1和HES5基因的表达，HES基因和Ids基因的持续表达导致Atoh1基因表达沉默；可见支持细胞和毛细胞分化依赖于其前体细胞内Atoh1和Id因子的比值。另一方面，发育中的毛细胞会产生诱导信号，激活Fgf信号途径，使其周围的细胞发育成支持细胞（如柱细胞）。Fgf3最初在第E15．5天表达，可以诱导细胞分化成柱细胞、外毛细胞和Deiter细胞。

（二）耳蜗支持细胞参与毛细胞再生

由于毛细胞是从低等的动物到人类感受外界声音振动的关键细胞，毛细胞的缺失将立即导致这种感受器功能的丧失而出现耳聋。治疗这种耳聋的最理想的办法就是诱导毛细胞再生，而这恰恰是这种治疗的关键难点之所在，这是因为哺乳动物的毛细胞在损失后，其周围的毛细胞不能发生有效的分裂增生来填补空白，因此哺乳动物的感音神经性聋常常是不可逆的，到目前为止也没有一个理想的治疗手段。如上所述，耳蜗毛细胞和支持细胞在胚胎发育过程中，来源于同一组细胞系，在毛细胞受损后，支持细胞有向毛细胞转化的迹象。鸟纲动物的耳蜗毛细胞在损伤后可以再生，Adler等用噪声造成小鸡的内耳损伤，然后用胞嘧啶阿糖胞苷及5－溴脱氧尿苷酸进行腹膜下注射，观察到一些不同寻常的细胞具有毛细胞和支持细胞的两种表型特征，并认为这些特别的细胞是支持细胞表型向毛细胞表型过渡的形式。Sun J．等通过对小鸡的试验表明：一些损伤区的支持细胞可能是再生毛细胞的前体。3　H－TdR标记阳性的支持细胞逐渐移动到基底乳头的表面并分化成毛细胞。在鸟类及其他非哺乳类脊椎动物，其再生的毛细胞最可能来源于感觉上皮中毛细胞附近的支持细胞。Warchol等采用体外组织培养方法，用激光束损伤鸡基底乳头毛细胞，培养16h后，毛细胞损伤区周围的支持细胞层最早出现了被氚标胸腺嘧啶标记的细胞，提示毛细胞损伤后可激活其周围的支持细胞。在成年鸡的基底乳头，支持细胞成为再生毛细胞的源头，有些支持细胞直接通过转分化而成为毛细胞。而其他支持细胞再次进入细胞周期而产生的子细胞，后者可能发育成毛细胞或支持细胞。研究表明，支持细胞之间的N－Cadherin链接破坏也许是导致支持细胞再进入细胞周期的信号之一。鸟类的毛细胞和支持细胞之间的可能同时有E－Cadherin和N－Cadherin两种钙黏蛋白。当细胞外的钙黏蛋白连接被破坏后，β－Cadherin and　p120catenin就被释放入胞质内，激活下游信号通路和基因表达，改变细胞形态和活动。针对培养的鸡耳囊感觉细胞的实验表明支持细胞之间的N－Cadherin之间的相互作用会抑制支持细胞增生。可见，虽然鸟类的毛细胞可以再生，但其再生毛细胞的来源是从支持细胞分裂、分化而来，其毛细胞本身也许是不分裂的。

针对鸟类毛细胞再生这些研究结果给研究哺乳动物的毛细胞再生提供了很好的借鉴，但哺乳动物的耳蜗各种细胞在毛细胞受损后的反应与鸟类却不相同。哺乳动物的毛细胞一般不能自发地再生。这也许是因为哺乳动物内耳的Cadherin的表达模式与鸟类不同。哺乳动物Corti器中的支持细胞高表达E－Cadherin，而毛细胞低表达E－Cadherin。而且以柱细胞为界限，内毛细胞区的细胞表达N－Cadherin，而外毛细胞区表达E－Cadherin（包括相应的毛细胞）。Cadherin蛋白通过隔绝β－catenin（连环蛋白，一类细胞骨架蛋白，分α、β、γ三种）使Rb蛋白去磷酸化和增加p27表达而调节上皮细胞增生。而且后两种蛋白可以调节哺乳动物毛细胞的增生。在药物中毒、噪声损伤、自身免疫或衰老的情况下，毛细胞的死亡可能会破坏细胞之间的Cadherin链接，促进p27的表达。而且破坏E－Cadherin和N－Cadherin介导的链接可能会激活不同的下游通路，这也许是哺乳动物和鸟类在毛细胞损伤后反应不同的原因之一。

最近的研究表明，耳蜗内的支持细胞可能是哺乳动物再生毛细胞的一个重要来源，对于感音神经性聋动物的听觉恢复具有极其重要的意义。Murakami用氧氮芥破坏正常成年豚鼠的Corti器，并用3　H标记的胸腺嘧啶核苷酸进行在体的放射自显影试验，结果发现有多种的耳蜗支持细胞处于S期，而在没有用氧氮芥的对照组动物没有这种现象。其中一个Claudius细胞可见有丝分裂。Li等用庆大霉素引起豚鼠耳蜗椭圆囊毛细胞的损伤，然后用5－溴脱氧尿苷酸进行豚鼠耳蜗的持续灌注来标记增殖的细胞和其子代细胞。发现所标记的细胞多数在支持细胞核的水平。在受到损伤的椭圆囊，有一些类似支持细胞的细胞停在基底膜上，其顶端有一撮微绒毛与未成熟毛细胞的静纤毛相似。还有一些细胞，其静纤毛束更为明显且在外观上几乎成熟。所有这些细胞均有神经末梢接触而且接触部位的膜特化明显。这些细胞的形态学特征与支持细胞向毛细胞转换的表现型一致。Abcg2被认为是干细胞的通用标志，在新生第3天（P3）小鼠耳蜗切片显示Abcg2主要表达在内外毛细胞下面的支持细胞上，也就是内指细胞和Deiters细胞、大上皮嵴（GER细胞），这一结果提示支持细胞可能是耳蜗中的一种干细胞，具有分化成毛细胞的潜能。Raphael试验室的结果为支持细胞经过有丝分裂修复损伤内耳感觉上皮的作用提供了直接依据，该研究显示噪声损伤后24h，支持细胞出现了增殖现象，应用结合有罗丹明的鬼笔环肽标记毛细胞静纤毛，发现噪声损伤后96h，在支持细胞周围出现了被标记的幼稚毛细胞。

上述研究都是通过观察在体动物模型的实验，通过体外培养胚胎大鼠的耳蜗Corti器，可以发现有很多额外的外毛细胞和Deiters细胞产生，这些现象令人振奋，同时也令人困惑：当时没有发现这种离体培养的基底膜有细胞分裂增生，那么这些额外的外毛细胞和Deiters细胞是从哪里来的呢？进一步的半薄和超薄切片分析发现额外的外毛细胞产生于Corti器的外边缘。通过对Corti器上的各种不同类型细胞的计数表明当外毛细胞和Deiters细胞的数量增加的同时发生了如下变化：①整体细胞数量不变；②　顶盖细胞（tectal cell）和Hensen细胞的数量减少了；也就是说这些额外的外毛细胞和Deiters细胞可能来源于这些顶盖细胞（tectal cell）和Hensen细胞的转分化。这一时期的Hensen细胞还保留着分化成边缘细胞或盖下细胞（Subtectal cell）的能力，后者可以分别分化成外毛细胞或Deiters细胞。

综上所述，对耳蜗支持细胞的研究使人们对耳蜗功能的认识发生了很大的改变。支持细胞的作用再也不仅仅局限于“支持”，而是涉及从离子代谢到对耳蜗的声音感受能力的调节以及毛细胞再生的各个方面。对耳蜗支持细胞的研究已经成为内耳生物学、生理学、病理生理学研究的重要方面，为人们了解内耳打开了广阔的天地，呈现出一个新的美丽世界。特别是对支持细胞进行毛细胞再生的研究，必将成为人类最终攻破毛细胞再生、根治感音神经性聋提供突破口。

（赵立东　李兴启　李建雄）

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