炎症因子及其相关信号通路在内耳疾病中的研究进展

刘宇超 尹时华

广西医科大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科（南宁 530000)

由于内耳存在类似于血脑屏障和血视网膜屏障的血-迷路屏障（blood-labyrinth barrier，BLB），能将血液循环和耳蜗微环境严格分开，以前被认为是一个类似于大脑或眼睛的“免疫豁免器官”[1]。然而在生理条件下，耳蜗的螺旋神经节、螺旋缘和侧壁血管纹等部位含有免疫细胞，其中耳蜗巨噬细胞具有不同的形态和基因表达模式，对耳蜗功能有重要作用。除了常驻的免疫细胞外，耳蜗还能在病理状态下招募循环免疫细胞。这些免疫细胞与一些具有免疫功能的耳蜗细胞在复杂的炎症反应体系中发挥重要作用[2,3]，如图1所示，它们在感染、声损伤和耳毒性药物等刺激下会通过Toll样受体、细胞焦亡等信号通路分泌炎症因子，这些炎症因子能通过激活其下游信号通路调节耳蜗细胞功能[4,5]，参与多种内耳疾病的发病机制，其中肿瘤坏死因子α（tu‐mor necrosis factor-α，TNF-α），白介素1（Interleu‐kins-1，IL-1）和白介素6（Interleukins-6，IL-6）在内耳疾病中的研究较多，它们也可能是与耳蜗及听觉中枢病变关系最为密切的炎症因子。随着近年来耳蜗炎症研究日趋深入和神经炎症在内耳疾病机制的初步探索，炎症因子及其相关信号通路在其中的作用机制也在不断阐明。本文主要对TNF-α，IL-1、IL-6及其相关信号通路在内耳疾病的研究进展进行综述，以引起学者们对这一领域的关注。

图1 内耳疾病中炎症因子及其相关信号通路概览Fig.1 Overview of inflammatory factors and their associat‐ed signaling pathways in inner ear disease

1 肿瘤坏死因子α（TNF-α）

1.1 TNF-α及其相关信号通路概述

TNF-α是一种由157个氨基酸组成的肽类促炎因子,分子量为17kD[6]。TNF-α的生物效应是通过诱导白细胞进入组织感染或损伤部位[7]以及TNF-α与其两种受体结合实现的。TNF-α受体（TNF receptor，TNFR）包括TNFR1(分子量 55kD)和TNFR2(分子量75kD)，TNFR1在胞质区有死亡结构域，主要作用是诱导细胞凋亡；而TNFR2不包含死亡结构域，主要通过与死亡因子受体相关因子（receptor associated factor，TRAF）结合，介导细胞激活和抗凋亡等信号通路[8]。TNF-α在与TNFR结合后主要通过激活以下3条通路发挥其生物效应：1、激活核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）信号通路,抑制细胞凋亡和促进炎症反应。2、激活半胱氨酸天冬氨酸酶（cysteinyl aspartate specific pro‐teinase，Caspase）细胞凋亡信号通路，上调各种凋亡因子的表达，促进细胞死亡。3、激活丝裂原活化蛋白激酶/c-Jun-N端激酶(mitogen-activated protein kinase/c-Jun N-terminal kinase，MAPK/JNK)信号通路，增强多种转录因子的活性，对靶基因表达进行正调控或负调控[9]。

1.2 TNF-α与内耳疾病

TNF-a在许多疾病的炎症反应中处于重要位置，在内耳中同样如此。在耳蜗中，TNF-a主要由螺旋韧带纤维细胞、外毛细胞和Corti器官的支持细胞释放，并能导致免疫细胞进入耳蜗[10]。另外，培养的螺旋韧带纤维细胞在TNF-a刺激下会分泌炎症介质，包括白细胞介素（IL-6、IL-1）、单核细胞趋化蛋白1、巨噬细胞炎性蛋白2、可溶性细胞间粘附分子1和角朊细胞衍生趋化因子，进而引起耳蜗内免疫细胞聚集和炎症反应，导致螺旋韧带纤维细胞损伤、毛细胞损伤、耳蜗骨化以及随后的听力损失[11,12]。相反的，依那西普（一种TNF-a抑制剂）可阻止螺旋韧带、螺旋缘、血管纹、小叶腔隙、螺旋静脉及外毛细胞的炎性细胞因子的表达和分泌[13]，从而减轻TNF-a对耳蜗及听觉神经的毒性作用。

1.2.1 感音神经性耳聋

感音神经性耳聋（Sensorineural hearing loss，SNHL）是指由于先天性或后天性因素造成的听觉系统受损，声音的感受与神经冲动传递异常而致的听力障碍,主要病理改变为内耳毛细胞的损伤[14]。TNF-α通过激活JNKs、Bax和Caspase级联反应，诱导听觉毛细胞凋亡，在各种耳蜗及听觉中枢损伤(包括噪声性损伤、振动性损伤、低氧、顺铂耳毒性和细菌性脑膜炎)后导致的SNHL中起到重要作用[9,15]。

噪声暴露是获得性感音神经性耳聋最常见的原因之一，早在2006年Fujoka等[16]在暴露于噪声后的大鼠内耳中检测到TNF-α水平升高，随后研究不断深入，有学者[17]认为噪声刺激通过上调TNF-α介导的内耳感觉上皮细胞p38丝裂原活化蛋白激酶和JNK信号，促进促死亡基因的转录和Bax介导的线粒体凋亡蛋白表达，最终导致包括毛细胞在内的多种内耳细胞的死亡，引起噪声性听力损失(Noise-induced hearing loss，NIHL)。也有学 者 认为[18]噪声暴露会在激活TNF-α信号后损害耳蜗微循环，引起NIHL。用依那西普抑制TNF-a可以改善噪声暴露后耳蜗微循环，在血管纹中提供足够的氧气供应，通过保护耳蜗内电位来预防NIHL[18]。

此外，在耳毒性药物致SNHL的研究中，So H等[13]发现顺铂能引起大鼠血清和耳蜗中TNF-a的表达显著升高，而腹腔注射依那西普抑制了这种升高。并初步验证TNF-a通过激活NF-κB等信号通路募集炎症因子并上调凋亡因子的表达，诱导毛细胞死亡，同时他们在Corti器官的外毛细胞层也观察到了TNF-a的表达。这意味着TNF-a可能直接介导毛细胞层的损伤，导致听力损失。

1.2.2 耳鸣

耳鸣是指不依赖于外界声源的一种声音感知，其大多是持续性的，患者常伴有烦躁、焦虑甚至抑郁[19]。有研究发现焦虑、抑郁与神经炎症关系密切[20]，因此近几年TNF-α在耳鸣中的作用引起学者们的注意。Weber等[21]在一项对慢性耳鸣患者的研究中发现放松训练可显著减少患者的焦虑抑郁和耳鸣，并且这些症状的减轻与血清中TNF-α的减少平行，首次介绍了TNF-α与耳鸣的相关性。

但耳鸣机制是一个十分复杂的病理生理过程，其中一个主要学说认为耳鸣与神经递质受体改变及中枢可塑性密切相关[22]，研究证明，TNF-α也在其中发挥着重要作用。在神经系统中，TNF-α可以通过激活N-甲基D-天冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartic acid receptor,NMDAR)，使 Ca2+内流增加，神经元活动升高，从而改变神经元对神经递质的反应，影响神经可塑性。相反的，谷氨酸等神经递质的异常释放或摄取也可导致中枢神经系统炎症的激活[23]。介于此，有研究发现在腹腔注射水杨酸钠致动物耳鸣后可增加耳蜗、下丘[24]、耳蜗核[25]及听皮层[26]中TNF-α基因的表达，其中耳鸣评分与TNF-α和N-甲基-d-天冬氨酸受体亚单位2B（Nr2b）基因表达水平呈显著正相关，TNF-α基因表达水平与Nr2b基因表达水平也呈正相关[24]。当使用依那西普后能显著降低水杨酸盐诱导的耳鸣行为[27]。这可能是通过抑制TNFR直接发挥作用，也可能是通过影响TNFR和NMDA受体之间的相互作用间接减少水杨酸诱导的耳鸣。在最近一项研究中，李雅兰等[28]就发现TNF-α在耳鸣中的作用是TNF-α与TNFR1结合后影响细胞胞膜AMPA受体（一种离子型谷氨酸受体，位于脑中绝大多数谷氨酸能突触上，介导大部分兴奋性信号传递）的表达，导致突触的变化来介导耳鸣的发生发展。

不可否认，神经炎症可能是耳鸣的一种新机制，虽然TNF-α已经在耳鸣的作用机制中有初步的探究，但还需要后续更加深入的研究来揭示神经炎症在耳鸣中的作用。

2 白介素1（IL-1）

2.1 IL-1及其相关信号通路概述

IL-1是具有强烈致炎作用的细胞因子，以分子量相近的IL-1α与IL-1β两种表达形式存在[29]。其中IL-1β是IL-1家族中最重要的一员，能诱导出与TNF-α相似的生理和代谢改变，与TNF-α产生相互协同作用，它与靶细胞上的受体IL-1R结合后同样能激活靶细胞内的NF-κB及MAPK等下游信号通路，诱导细胞死亡及一系列炎症因子的表达，扩大炎症反应[30]。

介于IL-1β在生物体病理生理上的重要作用，近几年IL-1β的上游信号通路受到越来越多学者的注意，特别是细胞焦亡通路。细胞焦亡是一种新近发现并被证实的伴随炎症反应的程序性细胞坏死，其特征为活化后的NOD样受体热蛋白结构域3(NLRP3)炎性体介导多种Caspases（主要是Cas‐pase-1/11）的激活，造成包括GasderminD（GSDMD）蛋白在内的Gasdermin家族成员发生裂解，后者诱导细胞膜穿孔，引起细胞死亡和IL-1β、IL-18的释放[31]，以响应一系列生理病理反应。

2.2 IL-1与内耳疾病

与TNF-α类似，IL-1在多种耳蜗损伤及听觉神经损伤后表达量显著增高。Furuta等人[32]通过基因筛查证明IL-1基因的多态性与突发性感音神经性耳聋和梅尼埃病有显著相关性。另外，IL-1可以通过激活下游MAPK/JNK信号通路，激活线粒体的内源性死亡途径，引起毛细胞凋亡，而造成不同程度的听力损失，应用JNKs抑制剂可以抑制由于IL-1引发的毛细胞凋亡[17]。Muckle-Wells综合征（MWS）是一种由于NLRP3基因突变以及IL-1过量释放引起的遗传性自身炎症性疾病，感音神经性耳聋是其主要的临床症状。Kuemmer[33]在一项前瞻性队列研究中发现，21例MWS患者在经过IL-1阻断剂治疗后听力均得到改善，并且治疗开始越早，听力改善情况越好。同时，IL-1在水杨酸钠致耳鸣的动物模型的耳蜗、下丘[24]和耳蜗核[25]中表达增加，并与动物耳鸣行为成显著正相关。这可能与IL-1降低突触间隙的5-羟色胺（5-hydroxytrypta‐mine,5-HT）水平，引起5-HT受体（5-HT1A、5-HT2A）密度降低和功能减退有关[34]，需要后续实验加以验证。

2.3 细胞焦亡通路与内耳疾病

因为IL-1在众多内耳疾病中的关键作用，其上游NLRP3/Caspase-1介导的细胞焦亡通路研究在多种内耳疾病机制研究中有突破进展。

NLRP3蛋白被证明在小鼠耳蜗的常驻细胞，包括螺旋神经节神经元中有表达[35]，并且这些细胞能分泌IL-1β，正反馈激活NLRP3炎症小体介导的细胞焦亡通路，与许多内耳疾病相关[36]。Shi X等[37]发现老年小鼠的耳蜗较年轻小鼠会有大量活性氧（reactive oxygen species，ROS）产生，ROS在直接触发听觉系统损伤的同时，会激活NLRP3炎性小体，导致Caspase-1活化，IL-1β成熟和释放增加，进而激活衰老小鼠耳蜗的下游炎症，导致与年龄相关的听力损失。先天性巨细胞病毒（Cytomegalovirus，CMV）感染是儿童感音神经性耳聋最常见的原因，有研究发现[38]CMV能上调小鼠耳蜗和体外培养的螺旋神经节神经元Nlrp3、Caspase-1、IL-1β和IL-18的表达，引起SNHL。此外，塞娜等人[39]近期研究发现噪声暴露后也能激活耳蜗内NLRP3炎症复合体，促进IL-1β的释放，加剧耳蜗内炎症反应，导致耳蜗内重要结构的损伤，引起噪声性听力损失。

3 白介素6(IL-6)

3.1 IL-6及其相关信号通路概述

IL-6是一种由184个氨基酸组成，分子质量为26k的糖蛋白[40]。其表达主要受到IL-1β和TNF-α的诱导；IL-6受体是由IL-6受体亚单位(IL-6R)和IL-6信号转导子（gp130）组成的蛋白质复合物,但其是否发挥生物效应主要取决于IL-6R的表达，IL-6与IL-6受体结合后会引发下游信号级联反应，包括Janus激酶/信号转导和转录激活因子（JAK/STAT）、丝裂原活化蛋白激酶/细胞外信号调节蛋白激酶（MAPK/ERK）和磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）信号通路[41]。

3.2 白介素IL-6与内耳疾病

许多研究小组都报告耳蜗损伤后IL－6的水平是增加的，比如在顺铂耳毒性研究[13]及噪声过度刺激后听力损失的模型[16]中IL-6的表达显著上调。IL-6主要在螺旋神经节和侧壁细胞中被诱导，其在内耳的作用主要是通过上调多种抗凋亡基因（包括Bcl家族或细胞存活信号）诱导细胞死亡来响应各种刺激造成的氧化应激反应，以及调节免疫炎症反应。然而IL-6功能在很大程度上依赖于微环境,其在很多疾病同时具有促炎和抗炎双向作用。但是Wakabayashi等[42]证实IL-6受体抗体（MR16-1）在噪声暴露后通过抑制耳蜗内IL-6信号，能抑制免疫细胞募集，减少耳蜗螺旋神经节处螺旋神经元损失和炎症细胞浸润，对NIHL有保护作用。这说明阻断IL-6受体在耳蜗损伤后能起到积极作用。并可能成为未来治疗急性感音神经性耳聋的策略之一。

4 结语

诸如像感音神经性耳聋及耳鸣等内耳疾病的发病机制至今还尚不明确，但不可否认，不管是耳蜗炎症还是神经炎症都是许多内耳疾病发病机制中的关键一环，而了解炎症因子及其相关通路在内耳疾病发生发展或病理活动中的作用对于疾病机制研究是至关重要的，它们对内耳疾病的影响是多方面、多渠道的，是相互协调，相互交叉的，抑制TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子表达与调节其相关信号通路或许是未来治疗内耳疾病的关键性措施。然而，炎症是一种正常的适应性反应，盲目抑制炎症可能会产生意想不到的负面后果。因此，后续的研究重点应该在于进一步解决和完善炎症因子在内耳疾病中的调控机制网络，为将来的临床应用提供依据。