陳琪 趙立東 王秋菊

1 解放軍總醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科醫(yī)學部，國家耳鼻咽喉疾病臨床醫(yī)學研究中心，解放軍耳鼻咽喉科研究所，聾病防治北京市重點實驗室(北京 100835); 2 浙江中醫(yī)藥大學

年齡相關性聽力損失(age-related hearing loss，ARHL)又稱為老年性聾(presbycusis)，被定義為一種雙側對稱性的、進行性的與年齡有關的感音神經性聽力損失(SNHL)，高頻聽力下降較為明顯[1]。對尸頭顳骨標本的研究發(fā)現，ARHL涉及多種聽覺結構，包括耳蝸內外毛細胞機械傳導退化(感音性老年性聾)、血管紋功能減退(代謝性老年性聾)以及聽神經退化(神經性老年性聾)，而現實中常表現為多種結構病變。ARHL被認為受到多種因素的影響，其潛在危險因素包括年齡、性別、種族、環(huán)境、生活方式、健康合并癥以及遺傳易感性[2]。

鑒于25%～75%的聽力改變與遺傳因素相關[3]，在過去幾十年間，人們對ARHL的遺傳學機制進行了深入的研究，本文將對ARHL遺傳研究的最新進展進行綜述，以進一步加深對ARHL遺傳學機制的認識。

1 與ARHL聽力曲線相關的已知耳聾基因

1.1GRHL2基因 GRHL2基因(grainyhead like transcription factor 2)是人類上皮組織中廣泛表達的轉錄因子，也在排列有毛細胞、側壁螺旋韌帶、螺旋神經節(jié)細胞和支持細胞的耳蝸管中表達[4]。該基因的缺陷是非綜合征型常染色體顯性28型(DFNA28)SNHL的原因。GRHL在整個生命周期參與上皮細胞的分化和維持，受損上皮細胞的完整性可能與遲發(fā)性聽力損失有關[5]。Van Laer等[6]對2 418個ARHL患者進行關聯研究，將703個單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)進行統(tǒng)計分析后，排名最高的前三個SNP均位于GRHL2基因中，并進一步分析證實GRHL2是ARHL易感基因。Lin等[7]嘗試在臺灣漢族人群中復制該結果，但其研究并未發(fā)現兩者之間積極的聯系。受限于樣本規(guī)模、研究設計、種族以及其他因素的影響，不同的研究結果之間存在差異。因此，Han等[4]基于已發(fā)表文獻進行了Meta分析，以評估GRHL2基因多態(tài)性與ARHL敏感性之間的關系，發(fā)現在白種人中rs10955255位點多態(tài)性可能是ARHL的重要危險因素，而在亞洲人中rs1981361位點多態(tài)性可能是ARHL的危險因素，但仍需要更大規(guī)模的研究來驗證。

1.2KCNQ4基因 KCNQ4(potassium voltage-gated channel member 4)基因編碼蛋白質在調節(jié)神經元興奮性，尤其是在調節(jié)耳蝸感覺細胞興奮性中尤為重要，其表達于內耳毛細胞、前庭器官和腦干聽神經核，在內耳鉀離子循環(huán)中扮演重要角色，該基因的缺陷是引起非綜合征型常染色體顯性2型聽力損失(DFNA2)的原因，以進行性的高頻SNHL為主(smith，1993)。表達于內耳毛細胞、前庭器官和腦干聽神經核，在內耳鉀離子循環(huán)中扮演重要角色。通道基因的突變被認為是緩慢進行性聽力損失的原因[8]。Van Eyken等[9]通過在兩個獨立的白種人群中將ARHL視為定量特征，研究跨KCNQ4的SNP與ARHL的關系，發(fā)現在兩個人群中，位于KCNQ4基因中部占據13 kb的SNP與ARHL顯著相關。

1.3GIPC3基因 對小鼠的研究表明Gipc3(GAIP interacting protein 3，C terminus)基因是耳蝸毛細胞和螺旋神經節(jié)長期存活的必需基因，染色體上Gipc3基因的純合突變會引起常染色體隱性15型(DFNB15)聽力損失。Charizopoulou等[11]確定Gipc3的PDZ域中的序列多態(tài)性是小鼠進行性SNHL和聽源性驚厥易感性的原因，其研究還表明Gipc3在耳蝸毛細胞的聲音信號獲取和傳播中起著關鍵作用，同時Gipc3343A等位基因會破壞靜纖毛束的結構，影響聽覺毛細胞和螺旋神經節(jié)神經元的長期功能。Yi等[11]的研究指出代謝型谷氨酸受體7 (mGluR7)和Gipc3在小鼠耳蝸中顯示出相同的定位域，且在功能上有相似之處，而mGluR7興奮性中毒的易感性被認為是ARHL的危險因素，因此提出Gipc3及其同源基因是ARHL的優(yōu)良候選基因。

2 內耳中已知功能的基因

2.1參與抗氧化過程的基因 氧化應激在整個衰老過程中起著重要作用，活性氧(reactive oxygen species，ROS)是線粒體氧化磷酸化的副產物，包括超氧陰離子(O2-)、過氧化氫(H2O2)和羥基自由基(OH)[8]。正常生理條件下，氧化應激過程與抗氧化應激過程保持著動態(tài)平衡，復雜的酶和非酶系統(tǒng)相互作用，以抵消活性氧介導的氧化損傷。耳蝸中有兩類抗氧化酶：參與谷胱甘肽(GSH)新陳代謝的酶和參與超氧陰離子和過氧化氫分解的酶[2,12]。內耳的氧化應激，繼發(fā)于某些與人類抗氧化系統(tǒng)有關的基因的多態(tài)性導致的氧化應激防御機制受損，這種防御機制受損可能使個體更容易受到ARHL的影響[8]。

GST家族的N-乙酰轉移酶(N-acetyltransferase，NAT)基因所編碼的酶負責外源性物質的解毒，對氧化應激的平衡非常重要。在人體中發(fā)現的兩個同工酶分別是NAT1和NAT2[8]。一項ARHL與抗活性氧相關基因的多態(tài)性的研究發(fā)現，在芬蘭人群中ARHL與GSTM1和GSTT1之間存在相關性，而在其他歐洲人群中ARHL與NAT2存在相關性[2]。另一項研究也證實攜帶GSTM1和GSTT1空基因型(null genotypes)的白人患ARHL的幾率更高[13]。另有研究發(fā)現，與野生型基因者相比，GSTT1等位基因突變的受試者更有可能出現高頻陡降型聽力圖，表明耳蝸的基底部易受GSTT1調節(jié)的氧化應激的影響[12]。

UCP2是線粒體源性ROS的調控因子，在日本人群中UCP2 基因Ala55Val多態(tài)性與ARHL顯著相關[14]。Manche等[15]選取220個病例組和270個年齡、性別相匹配的對照組，對氧化應激相關基因的SNP多態(tài)性與老年性聾之間的關系進行探究，發(fā)現UCP2 (G-866A)的基因多態(tài)性對ARHL有顯著的風險。

超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)可以將超氧陰離子分解為H2O2和O2，產生的H2O2可以被過氧化氫酶進一步分解為水和氧氣[2]，從而使細胞免受氧化應激的損傷。對小鼠的研究顯示，耳蝸中缺乏SOD1表現出與年齡有關的耳蝸毛細胞缺失增加、血管紋厚度變薄、螺旋神經節(jié)神經元嚴重退化[16]。在嚙齒類和靈長類動物耳蝸中，神經節(jié)細胞中SOD2表達梯度增加[17]，與大多數ARHL高頻聽力損失差異一致。同時SOD2基因編碼一種普遍存在的線粒體超氧化物歧化酶，其啟動子變異可能與男性的ARHL風險相關[18]。Wang等[19]通過動物實驗探究老年性聾患者內柱細胞中SOD1水平降低是否與內毛細胞帶狀突觸可塑性降低有關，發(fā)現耳蝸SOD1表達降低與聽力閾值變化一致，同時內柱細胞中SOD1水平的降低可能導致基底膜振動減少和帶狀突觸數量減少，而帶狀突觸在ARHL中起著至關重要的作用。Keithley等[16]發(fā)現SOD1對于耳蝸神經元和血管紋的存活似乎很重要，但即使只有一半的SOD1也足夠維持正常功能狀態(tài)，且過量的SOD1對老年性聽力損失并不提供足夠的保護。

2.2線粒體相關基因 有推測認為，耳蝸線粒體氧化還原失衡、mt DNA突變和缺失可能共同參與了ARHL的發(fā)生。在ARHL患者的顳骨中經常觀察到一種特殊的線粒體缺失(mt DNA 4977)，其水平與ARHL的嚴重程度密切相關。此外，顳骨螺旋神經節(jié)神經元中mt DNA缺失，將導致COX3表達減少，而COX活性不足會導致高代謝組織出現明顯的病理變化[20]，進一步影響聽覺感知。

POLG基因編碼mt DNA聚合酶γ，用于維持mt DNA復制的保真度，OPA1基因編碼線粒體動素樣GTPase，影響mt DNA基因組的穩(wěn)定性，兩者的變異均可導致早發(fā)的聽力損失[21]。小鼠表達的易出錯的mt DNA聚合酶γ(PolgD257A)缺乏校對活性，增加突變頻率，導致呼吸鏈蛋白表達缺陷和早衰，這些Polg基因敲除小鼠也表現出早發(fā)ARHL，螺旋神經節(jié)神經元嚴重丟失和血管紋變性[22]。

2.3毛細胞纖毛相關基因 與纖毛組織和毛束形成相關的編碼蛋白包括CDH23、MYO6、CEP104等，CDH23編碼蛋白與纖毛組織和毛束形成有關，MYO6編碼蛋白是維持內耳毛細胞的結構完整性，維持正常纖毛結構所必需的，CEP104編碼中心體蛋白104，是纖毛形成和纖毛結構完整所必需的。

對小鼠的研究顯示，所有攜帶Cdh23ahl等位基因的近交系小鼠均出現ARHL。Yasuda等[23]將位于Cdh23的等位基因c.753A編輯為c.753G，發(fā)現基因編輯后可延緩ARHL的發(fā)生，但并不能完全抑制小鼠的ARHL。Bouzid等[24]采集感音神經性聽力下降和聽力正常的老年女性的血液樣本，進行CDH23基因特定位置甲基化的研究，發(fā)現CDH23基因CpG位點甲基化水平較高可能與ARHL相關。Oonk等[25]將一個由于MYO6基因突變而導致聽力損失的荷蘭家庭的聽力測試特征，與之前發(fā)表的三個不同家庭的聽力特征進行比較，發(fā)現該家庭成員的聽力損失與老年性聾非常相似，并推測MYO6的罕見變異可能導致老年性聾。一項以全基因組關聯研究為基礎，輔以分子動力學模擬、蛋白質翻譯分析和突變基因在模式動物中檢測的研究，對464個ARHL患者進行全基因組測序，最終獲得CEP104基因與ARHL相關[26]。

2.4其他已知功能的基因 代謝型谷氨酸受體7(glutamate receptor metabotropic 7，GRM7)[27～29]基因編碼代謝型谷氨酸受體7(glutamate receptor type 7,mGluR7)，被認為位于哺乳動物耳蝸毛細胞和傳入聽神經纖維樹突之間的突觸中，是維持谷氨酸突觸傳遞和穩(wěn)態(tài)的關鍵，在人顳骨模型中表達于螺旋神經節(jié)細胞，螺旋緣齒間細胞，內、外毛細胞和螺旋韌帶的II型纖維細胞內。Wells等[29]首次對大樣本人群進行ARHL的全基因組測序，發(fā)現并驗證GRM7基因(rs11928865)與ARHL之間存在顯著風險關聯，同時認為GRM7的常見等位基因可能通過改變谷氨酸興奮性中毒敏感性的機制而導致個體患ARHL的風險增加。Luo等[11]對982例ARHL和324例聽力正常老年男性組進行了病例對照候選基因關聯研究，結果表明GRM7(rs11928865)與ARHL相關，且在下降型和2～4 kHz陡降型的ARHL患者中更常見。Chang等[28]對臺灣地區(qū)老年人的GRM7基因單核苷酸多態(tài)性與ARHL的關系進行了研究，發(fā)現GRM7(rs9880404)與ARHL的易感性有關。

在CBA小鼠耳蝸老化模型中，幾個凋亡相關基因的表達隨年齡和聽力損失而發(fā)生變化，認為細胞凋亡可能在耳蝸老化和ARHL中起著重要作用。在C57BL/6J小鼠中，刪除線粒體促凋亡基因Bak可以阻止年齡相關的螺旋神經節(jié)神經元、毛細胞的損失和ARHL[29]。Falah等[30]研究發(fā)現，ARHL患者外周血樣本中促凋亡基因BAK/抗凋亡基因BCL2比值顯著上調。

由此可見一些參與氧化應激解毒、線粒體功能、細胞功能的相關基因的多態(tài)性都可能與ARHL存在一定的相關性。

3 全基因組關聯研究方法獲得的新基因

全基因組關聯研究(genome-wide association study，GWAS)采用大樣本人群，針對一部分而非特定基因進行測序，雖然目前ARHL相關表型的GWAS研究之間重復性較差，可能受到聽力表型差異、樣本遺傳差異以及樣本數目的影響，但仍發(fā)現了一些新型ARHL基因。

一項基于電子健康記錄的GWAS研究[31]，選取非拉美裔白人并根據聽力情況分組，使用傳統(tǒng)的基因組圖譜獲得與ARHL相關的SNP。第一個高相關性SNP位于ISG20的5 kb 3'和ACAN的638 kb 5'端，第二個SNP是TRIOBP的內含子。經TRIOBP啟發(fā)，還發(fā)現兩個顯著相關的SNP為ILDR1和EYA4。Di Stazio等[26]以全基因組關聯研究為基礎對ARHL患者進行全基因組測序，收集單核苷酸變異(SNVs)和插入/缺失(INDELs)數據，結合之前全基因組關聯研究相關數據，獲得46個候選基因，并用81例超百歲健康老人所構成的內部數據庫中的等位基因頻率對變異進行篩選，再將感興趣的變異基因通過分子動力學模擬和蛋白質翻譯分析評估其致病作用，并檢測突變基因在小鼠或斑馬魚內耳中的表達，最終發(fā)現DCLK1、SLC28A3、CEP104和PCDH20基因與ARHL相關。在一項意大利人群的GWAS研究中[32]，用類似上述方法，發(fā)現TIAM1基因變異是ARHL的負擔基因，純合基因可導致嚴重的聽力損失。Nagtegaal等[33]對已有的GWAS研究進行了Meta分析，確定了7個相關基因位點，5個是新發(fā)現的基因(FXYD5、IPP、SPIRE2、SPTBN1和TRIL)，2個已報道與聽力損失相關的基因(ILDR1、ISG20)，還證實了一些先前報道的與ARHL相關的基因(ILDR1、ISG20和TRIOBP)。Hoffmann等[34]從成人健康和老齡化遺傳流行病學研究隊列中選取6 527例ARHL者和45 882例聽力正常者進行全基因組測序，發(fā)現TRIOBP與ARHL相關，在另一項研究中也證實了TRIOBP與ARHL之間存在聯系[29]。

近期一項對小鼠的研究[35]通過降低小鼠中每個基因的表達水平并分析聽覺功能，探究早期ARHL相關GWAS報道的17個候選基因(A430005L14Rik、Amz2、Arsg、Dclk1、Evi5、Fzd6、Grm8、Ptprd、Sik3、Slc16a6、Tgm6、Cmip、Csmd1、Dipk1a、Optn、Pthlh、Rimbp2)對聽力是否有明顯的影響，發(fā)現其中兩個基因對聽力有影響， Dclk1突變導致ABR閾值遲發(fā)性逐步升高，A430005L14Rik(C1orf174)突變者顯示出比對照組更嚴重的噪聲誘發(fā)性聽力損害。

迄今為止，GWAS對ARHL的研究尚未發(fā)現任何具有較大影響的變異，可能與遺傳缺失受到多種其他機制的影響有關，例如GWAS陣列上目前無法捕獲的稀有SNP和效應量較小的常見SNP，這些可以用更大的樣本量或副本數量變化來識別[31]。未來需進行更大樣本、更詳細的表型劃分，以探究ARHL復雜的遺傳因素。

4 展望

通常認為遺傳因素和生活方式是衰老相關病理狀態(tài)的主要因素，但越來越多的證據表明，表觀遺傳學因素也可能導致這些疾病。表觀遺傳學的定義為不是由DNA序列改變而引起的表型的改變，導致這些表型改變的表觀遺傳學機制主要是DNA甲基化和組蛋白修飾。Wu等[36]研究發(fā)現GJB2基因啟動子區(qū)域甲基化會導致連接蛋白26表達下調，增加ARHL的風險。此外，Xu等[37]報道SLC26A4和P2RX2基因的甲基化會導致男性ARHL的風險增加，同時P2RX2、KCNQ5、ERBB3和SOCS3基因在女性中甲基化和表達下調，與老年性聾相關。MTHFR是葉酸代謝的關鍵酶，在DNA甲基化中起關鍵作用，其等位基因的變異對ARHL有著保護作用[38]。從表觀遺傳學角度進行ARHL的研究，將成為未來的一大方向。

目前，對于ARHL的潛在機制仍不清楚，應繼續(xù)進行探究。相對于特定潛在基因的比較，全基因組關聯研究從更大樣本、更廣泛的遺傳信息層面進行易感基因的探究，具有更大的潛力。