耳鸣机制中神经递质系统和相关调控基因的改变

翟思佳 尹时华

广西医科大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科，广西壮族自治区南宁市530000

自上而下的投射在感官系统中无处不在，丘脑是皮层调节的关键靶点。从丘脑皮质到皮层神经元的突触数量至少是由丘脑皮层反向投射至丘脑的突触数量的3倍，如此便可大大调节丘脑信号输出[1]。在自上而下的调节系统中担任信息传递媒介的化学物质，就是神经递质。神经递质在神经元中合成，通过神经末梢贮存和释放，与其特异性受体结合而发挥作用[2]。倘若这个自上而下的调节系统出现失调，就可能引发耳鸣的产生[3,4]。

耳鸣常由听力损失引起。相关信号由丘脑向上反馈给听觉高级皮层，使病患产生主观感受的耳鸣病症。其发病机制复杂多样，尽管耳蜗损伤引发耳鸣，但更多强有力的证据表明耳鸣病症起源于中枢神经系统[5]。水杨酸钠（SS）易穿过血脑屏障，对中枢神经系统（CNS）代谢和神经递质系统[6]，例如N-甲基-D-门冬氨酸（NMDA）受体通路、γ-氨基丁酸（GABA）受体通路、甘氨酸能通路，产生强大的影响。本文将对新近报道的针对耳鸣发病机制中兴奋性和抑制性神经递质的作用，不同听觉通路的改变，以及神经突触可塑性的研究进行归纳总结。

1 N-甲基-D-门冬氨酸受体（NMDAR）通路

1.1 兴奋性受体NMDAR介绍

内毛细胞（IHC）和初级传入神经元之间的突触是谷氨酸能突触，传递AMPA和NMDA受体（NMDAR）[7]。AMPA受体介导快速兴奋性突触传递，并因此保持听力所必需的时间保真度[8]，而NMDAR不参与快速兴奋性神经传递是因为NMDAR通过Mg2+被静息电位阻断。谷氨酸分为离子型和代谢型：离子型分型为 AMPA（cluR1-4）、NMDA（NR1、NR2A-D、NR3）、KA（GluR5-7、KA1-2）和delta（1、2）；代谢型（mGluRs1-8）和G蛋白耦联而发挥作用。离子型的NMDA作为谷氨酸分型之一，和电压依赖型Ca2+通道耦联而发挥作用，其受体NMDAR是一种兴奋性递质受体。NMDAR有很多分型，其中NR2B发挥主要作用。

1.2 NMDAR的兴奋毒性作用

NMDA受体被来自IHC的神经递质过量释放激活，然后对初级听神经元产生兴奋毒性作用。这些兴奋毒性的产生可能是由于水杨酸盐过度暴露，噪音创伤或其他与突发性耳聋相关的因素所造成。NMDAR的兴奋毒性作用可能导致NMDA与非NMDA受体之间的活动不平衡，并产生显著的放电畸变，进而导致听神经的改变[7]。

耳鸣已被证明与NMDAR的活性有关[9]，水杨酸盐就可诱导急性兴奋性毒性，通过增强谷氨酸神经递质对耳蜗NMDAR的影响，导致I型听觉神经急性兴奋毒性损伤，造成耳鸣。谷氨酸的兴奋毒性可导致NMDAR激活，树突肿胀和活性氧产生[10]。

NMDAR在兴奋毒性损伤中非常重要。A:NMDAR活化，伴随着Ca2+上升，Ca2+依赖性酶的刺激，ATP消耗和脂质过氧化产物的增加。在水杨酸盐给药的条件下，活化的NMDAR可导致听觉系统中的兴奋毒性损伤[9]。B:耳蜗上花生四烯酸（AA）积累可能增强水杨酸盐诱导耳鸣中的NR电流[11]，使NMDAR活化，谷氨酸与NMDAR结合增加，听神经兴奋性增强，最终听皮层发生可塑性变化。C:谷氨酸受体还是具有多靶点特性的耳蜗螺旋神经节（SNG）神经元的靶点。耳蜗SNG上NMDA受体活化，使SNG超氧化物活化，继而诱发细胞凋亡[12]。D:NMDA受体活化后，下游形成NR2B-PSD-95-nNOS复合物，使NO大量释放，造成细胞凋亡，神经损伤。

1.3 Nr基因上调

在水杨酸盐诱导耳鸣期间，N-甲基-d-天冬氨酸受体亚单位2B（Nr2b）基因在耳蜗和中脑中的表达适度增加[13]。Nr2a在耳鸣大鼠的听觉皮层（AC）中的mRNA和蛋白质表达显著增加[9]。Nr2a受体作为调节性亚单位，上调Nr2a基因可能会增强整体中枢神经（CN）中的神经兴奋性传递。Nr2a的表达增加往往伴随着CN中的Ca2+流入的增加，刺激Ca2+依赖性酶，消耗ATP，并增加脂质过氧化产物，最终导致水杨酸盐给药后听觉系统中的兴奋性毒性损伤加重[14]。

1.4 临床治疗中的应用

已有研究证明在外淋巴液中灌注NMDA受体抑制剂能够阻断SS对耳蜗SNG的损害作用，NMDA受体抑制已被提出作为治疗耳鸣的药理学方法。

1.5 NMDA与神经炎症

神经炎症可能是耳鸣发病机制研究的新方向，研究发现在SS诱导耳鸣的发病机制中，通过NMDA介导，耳蜗和下丘（IC）中的促炎症因子肿瘤坏死因子（TNF-α）和白细胞介素（IL-1β）的基因及mRNA表达显著上调[13]。

这些促炎细胞因子可能直接和/或通过调节NR表达和/或功能导致耳鸣。TNF-α可调节离子通道的表达，包括NMDA和钾，从而改变神经元对神经递质的反应性，并进一步影响神经的可塑性。因此，TNF-α和NR2A的改变可能与CNS突触超微结构的变化有关，Hu SS等[14]证明了TNF-α和NR2A的变化引起神经系统CN水平发生可塑性改变。

由于TNF-α可能通过影响NMDAR表达和/或功能导致耳鸣，所以TNF-α阻断剂可通过阻断TNF-α和NMDA受体之间的相互作用，间接地减少水杨酸盐诱导的耳鸣[13]。TNF-α阻断剂作为耳鸣的治疗药物也是未来的研究方向之一。

2 γ-氨基丁酸（GABA）受体（GR）通路

2.1 GABA的分型及来源

抑制神经传递是对于声学信息必不可少的精确加工。它塑造输入/输出功能，改变频率调谐，是神经传递信息到听觉皮层（AI）的门控，使时间响应精确度得到锐化[15]。GABA正是一种抑制性神经递质，有至少三种抑制性受体类型：突触GABAA受体（GRA），介导快速突触抑制；突触外GABAA受体（GRA），通过高亲和力，介导持续性强直突触抑制；和GABAB受体（GRB），主要存在于下丘神经元突触前膜，介导缓慢突触抑制等[16]。GR主要通过促离子型GRA和GRC以及大脑中的GRB发挥其作用，其中GRA是配体化的氯通道[11]。

听觉丘脑中的GABA主要有三个来源，分别是丘脑网状核（TRN），核心神经元，透明带[17]。丘脑网状核（TRN）是一种与耳鸣的丘脑门控机制相关的重要结构，它包含能投射到背侧丘脑神经的GABA能神经元。TRN接收来自各种来源的信号输入，包括丘脑皮层、皮质丘脑轴突的分支、基底前脑、杏仁核、前额皮质以及胆碱能脑干纤维[18,19]。

2.2 GABA与MGB

耳鸣病变影响最严重的两个区域就是听觉丘脑和内侧膝状体（MGB），内侧膝状体（MGB）含有相对较少的GABA能中间神经元，但却接收大量来自下丘和丘脑网状核的GABA能抑制投射。相对于下丘脑神经元，MGB神经元对GABA非常敏感。MGB中存在两种主要的GABAA受体类型：1）一种快速的、突触性的、配体门控性的“野生型”GABAA受体，由2α12β2γ2亚基组成；2）一种高亲和力的、非脱敏性的突触外GABAA受体，其亚基组成中原本的γ2亚基被δ亚基替换[20]，这种含有δ亚基的GABAA受体类型在药理学和功能上与“野生型”突触GABAA受体不同，对GABA的亲和力更强并且脱敏性更弱，从而更有助于维持丘脑神经元上的持续性强直突触后抑制[21]。丘脑中的高浓度突触外GABAA受体，携带高达90%视觉丘脑的总抑制电流。这些突触外GABAA受体的激活将MGB神经元的放电特性从强直模式改变为突发模式，致使MGB神经元丧失正常的生理功能，这提示GABA与MGB参与耳鸣的发病[22]。

2.3 GABA能通路的改变

GABA能抑制可能通过传入神经通路改变而改变，除了改变丘脑信号输入[23,24]之外，这些GABA能通路中的每一条均能接收不同的信号输入，因此可能在不同状态下被激活和中断。耳鸣机制中下丘脑上由于神经放电活动增强，谷氨酸脱羧酶与GABA受体亲和力增强，此过程可被治疗药利多卡因阻断。SNG神经元具有多靶点的特性，因此也是GABA受体靶点。水杨酸钠对GABA受体竞争性拮抗，可改变下丘和SNG神经元上GABA的结合位点。

噪声暴露后豚鼠下丘GABA神经递质的减少，是产生耳鸣的电生理改变的物质基础之一。耳鸣的基本电生理机制为：频率地图重组；反应发放模式改变；听觉中枢的抑制效应减弱；对刺激的反应兴奋性增加[2]。下丘部位神经元兴奋性活动的增加与水杨酸钠的双向作用有关[25]，SS既增加兴奋性神经递质NMDA，同时也减少抑制性神经递质GABA，这可能就是导致耳鸣产生的原因之一。

2.4 听觉增益理论

耳鸣是一种抑制性神经递质功能障碍，其发病机制可能涉及多条皮质下丘脑通路。高剂量水杨酸钠的应用可降低大鼠听觉皮层中的抑制性GABA能电流[25]，这可能是由于从前额皮质到听觉丘脑网状核的投射减弱，这个投射从前额皮质发送GABA能递质到MGB，因此投射减弱可能会限制对听觉丘脑皮层信号传递的抑制性控制，从而增加“听觉增益”[26]。抑制性神经传递的下调，还可能与部分外周传入神经阻滞相关[27]。两种情况在耳鸣动物模型身上一致表现为部分支持神经元过度活跃。耳鸣病理学中增益控制理论[28]的特征是减少自发的、异常的神经元活动，增加相关抑制，以及贯穿整个中枢听觉通路的同步性。

脑成像技术的检查结果也支持听觉增益理论，脑成像技术micro PET可用于验证耳鸣病变所涉及的中枢听觉通路中的异常神经活动[29]。在水杨酸盐诱导耳鸣的情况下，中枢听觉增益加强，具体表现为当神经活动传递到内侧膝状体（MGB）和听觉皮层（AC）时，往往诱发耳鸣的反应更强。相关的功能磁共振成像（fMRI）研究也揭示了由AC，MGB和下丘（IC）组成的中枢听觉网络中的神经活跃过度[30]，并且表明中枢功能网AC，IC，内侧颞回，海马旁回和脑岛之间的功能性连接可能是耳鸣发展的根本原因[31]。另外由于耳鸣常与情绪困扰和焦虑有关，而杏仁核（AMY）作为中枢情感中心，与之密切相关，因此通过fMRI技术，Chen YC等[30,32]证实了耳鸣的严重程度与同侧AMY与双侧AC有效连接的增加呈正相关，验证了杏仁核作为情感中心参与耳鸣的产生。

2.5 Gr基因表达的变化

听觉皮质中SS通过干扰GABA介导的抑制作用来增强诱发耳鸣的场电位，相反，在下丘脑（IC）和听觉皮层中激活GR可以减少动物的耳鸣，所以，不同脑区的GABA受体变化也不尽相同，一些脑区的GABA受体功能和/或Gr基因表达在耳鸣发病机制中下调[33]，Chan YC等人[11]就发现在高剂量水杨酸盐注射后，耳蜗和大脑中几个与耳鸣有关的区域里，Graβ3基因的mRNA表达下降。

2.6 5-HT

5-羟色胺（5-HT）能使GABA活化。主要由5-HT2B和5HT2C两个分型上调快反应基因c-Fos起调控作用，c-Fos可以在听皮层、MGB中影响代谢[34]。5-HT还可同多巴胺一起，影响“阿控门”耳鸣清除系统，进而导致耳鸣产生[35]。

3 甘氨酸能通路

3.1 甘氨酸受体介绍

携带多模式感觉信息的平行纤维（PF）与车轮神经元（CW）相连，形成抑制性甘氨酸能神经元，甘氨酸受体是抑制性离子通道受体，可选择性通透Cl-离子。高剂量水杨酸钠通过α1-甘氨酸受体，可以抑制甘氨酸能电流[36]。

3.2 甘氨酸能通路中的兴奋-抑制平衡

中枢神经系统依赖于兴奋性和抑制性信号输入的良好平衡。在背侧耳蜗核（DCN）中，几种不同类型的神经元组成有组织的突触电路，称为梭形神经元（FUS），严格控制其主要输出神经元的放电[37]。一方面梭形神经元在前馈抑制电路中与甘氨酸能神经元（由PF和CW组成）接触。另一方面，梭形神经元接收源自三叉神经和面神经，经平行纤维（PF）传递的感觉信息输入（传递过程中信号从听觉纤维的树突基底传至树突顶端）。因此，平行纤维的激活具有两种效果，即直接兴奋性突触后电流（EPSC）和间接抑制性突触后电流（IPSC）。这种兴奋-抑制平衡的变化显著影响梭形神经元的兴奋性[38]。而兴奋-抑制平衡的失衡可能导致耳鸣的产生。

3.3 中枢神经元的突触可塑性

耳鸣的起源并非耳蜗，而是与中枢听觉系统的可塑性改变有关[39]。由于长期抑制（LTD）和去极化诱导励磁抑制（DSE），背侧耳蜗核（DCN）中的平行纤维（PF）突触呈现数种形式的内源性大麻素（EC）依赖性突触可塑性[40]。

通过增加去极化期间EC的释放，DCN中的抑制性车轮神经元（CW）受到的抑制增强，这对于DCN过度活跃和耳鸣产生可能具有重要意义。EC依赖性突触可塑性还有可能减少CW对FUS的抑制作用，并在平行纤维（PF）激活期间增加其兴奋性[41]。因此背侧耳蜗核（DCN）中的甘氨酸能车轮神经元（CW）呈现出比在梭形神经元（FUS）中观察到的更强的EC依赖性突触抑制，这些结果表明大麻素受体的激活降低了背侧耳蜗核DCN上梭形神经元的抑制作用，由此导致兴奋性增加，更易诱发耳鸣。

研究表明，在用高浓度水杨酸盐孵育的背侧耳蜗核（DCN）切片上，甘氨酸能CW可抑制其自发放电，并减少梭形神经元（FUS）上的自发性抑制电流。CW和PF形成的前馈抑制性突触，控制着FUS的兴奋性[36]。PF-CW突触的兴奋性突触后电流（EPSC）的强度变化影响了梭形神经元（FUS）放电，也影响了FUS的兴奋-抑制平衡。PF-CW突触上的去极化诱导励磁抑制（DSE）可以潜在地减少对FUS的抑制，增加其放电。在听力丧失和耳鸣期间，通过PF传递，多条通路中发生可塑性改变，使FUS的激发增加[42,43]。

3.4 GAP-43是突触可塑性的标志

GAP-43是一种与神经发育、轴突再生、突触可塑性等密切相关的神经组织特异性蛋白，最可能来源于内侧橄榄耳蜗神经元。GAP-43在听觉脑干诸核团和听皮层上的表达，可作为突触可塑性的重要标志[44]。

Kari SK[5]等研究发现在噪音环境下10周后，无耳鸣大鼠比耳鸣大鼠VCN中的GAP-43表达更多。这表明耳鸣可抑制听觉可塑性和GAP-43表达，反之腹侧耳蜗核（VCN）中GAP-43的强烈上调可抑制噪声诱发的耳鸣。因为VCN中GAP-43的强烈上调可作为噪声引起突触大量生长[45]的证据[44]，大量的突触生长抑制了耳鸣发展，即突触可塑性改变了神经元连接，由此产生的神经元连接或突触效率的变化可以抑制耳蜗核或其他中枢听觉区域中的有关耳鸣的过度活动[46]，使得耳鸣不再产生。

3.5 甘氨酸能通路相关调控基因COX-2

环氧化酶-2（COX-2）是一种水杨酸钠抑制剂，反过来，水杨酸盐也可抑制COX-2活性。对耳鸣机制的研究已发现在中脑、耳蜗中COX-2基因的表达上调。有趣的是，COX-2可以使内源性大麻素（EC）失活[47]，而这一过程可被耳鸣诱导剂水杨酸盐抑制。COX-2抑制剂可以增强EC依赖性突触可塑性[48]，这或许可以成为未来耳鸣药物治疗的一个研究方向。

4 总结与展望

综上所述，关于耳鸣发病机制中神经递质系统的研究，包括NMDA受体通路，GABA受体通路，甘氨酸能通路，涉及电生理学，分子生物学等方方面面，虽距离完全解决耳鸣发病机制研究中的诸多问题仍有一段距离，但这些信号通路与相关调控基因的变化，对于耳鸣机制的后续研究有着非常重要意义，相关的通路阻滞剂也已投入药品研究，对于耳鸣的临床诊治同样意义非凡。