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耳硬化症的病因及发病机制研究进展

来源:重庆仁品耳鼻喉医院 发布日期:2020-08-22 09:04 浏览:131次
  耳硬化症(otosclerosis,OTSC)又名耳海绵化症(otospongiosis),是一种以原发性迷路包囊骨海绵样变性为病理特征,导致听力损失的较为复杂的疾病之一[1]。当病灶仅局限于骨迷路的骨壁内而未侵及传音或感音结构,可无任何症状,仅在颞骨组织切片中被发现;当病变向骨壁外扩展,侵及环韧带,使镫骨活动受限或固定,则导致传导性听力损失[2];当病变侵犯耳蜗可导致进行性感音神经性听力损失,可伴耳鸣和眩晕[3]。迄今为止,其病因及发病机制尚未完全明确,目前多认该病发展由遗传和环境因素共同引起,且大量的研究已表明遗传因素在OTSC的发展中发挥重要作用,它参与一些分子途径,包括骨重塑、免疫途径、炎症、内分泌与代谢途径等,各种途径间又相互联系。本文重点从分子生物学角度,简要综述一些遗传和环境因素在OTSC发生、发展中的作用机制。
 
  一、流行病学
 
  OTSC的发病率存在种族和地区的差异,在欧洲血统的白种人发病率最高,为0.3%~0.4%,非洲黑种人、亚洲人、印第安人发病率则较低[4]。然而,亚临床或组织学上OTSC的发病率更高,在白种人中高达为12%[1]。这种种族和地区差异可能反映了环境和遗传因素的差异。本病的平均发病年龄为30岁,男女发病率之比为1∶2[1]。据报道,在德国,近几年临床OTSC的发病率有所下降,可能与实施自愿麻疹疫苗接种有关[5]。也许进一步的遗传学和流行病学研究将有助于阐明该病流行的种族差异和其发病机制。
 
  二、病理生理学
 
  正常的骨重塑以每年10%的速率发生在整个骨骼区域,然而,一个正常听软骨囊几乎没有骨重塑(更新速率每年只有0.13%)[1]。而OTSC患者中听软骨囊内的骨重塑增加,导致新生骨沉积,破坏了正常的听觉结构,导致听力下降。其异常骨重塑分三个阶段[6]:
 
  ①耳海绵化阶段,表现为破骨细胞活动增加和微血管增多。
 
  ②过渡阶段,开始于成骨细胞在先前骨再吸收区域沉积海绵状骨。
 
  ③耳硬化阶段,特征是血管减少,管腔变窄,代以含多量胶原纤维的成熟的网状骨,后又形成致密板状新骨。
 
  骨重塑是破骨细胞对骨吸收和成骨细胞对骨沉积的平衡过程,由一组细胞因子严格调控,包括骨保护蛋白(OPG)、核因κB受体激活剂(RANK)、RANK配体以及转化生长因子β1(TGF-β1)[7]。OTSC患者骨重塑的失调只发生在听软骨囊内,易发生硬化灶的区域包括前庭裂、椭圆窗、圆窗和耳蜗附近[8],尽管一些研究旨在确定导致听软骨囊内骨重塑失调的因素,但对此仍知之甚少。也许,对听软骨囊胚胎发生和其内正常骨重塑的进一步了解将对探究OTSC的发病机制提供更多线索。
 
  三、遗传基因及分子途径
 
  遗传因素可导致OTSC,60%的患者报告有该病的家族史[6]。大多数研究者认为OTSC是一种不完全显性的常染色体显性遗传病;然而,在40%~50%的患者中,OTSC是自发发生或具有可变的遗传模式[6,9]。在过去的几年里,研究复杂遗传疾病的方法已经有了显著的改进,遗传关联研究通常用于识别与复杂疾病或特征相关的遗传变异。另一种替代基因关联研究的方法是在病变组织中进行基因表达的微阵列,并与对照组进行比较。通过对耳硬化组镫骨和对照组镫骨骨细胞培养物的基因表达分析,发现一些基因和分子通路参与OTSC的发展,其中一些基因和分子通路与遗传关联研究中发现的基因通路重叠。近年来,有研究证实一些基因和分子通路在骨代谢、免疫系统、炎症、内分泌与代谢系统中发挥作用,参与了OTSC的发展。
 
  (一)遗传基因与骨重塑
 
  1.COL1A1/A2参与骨代谢改变:
 
  LⅠ型胶原基因(COL1A1)突变导致Ⅰ型胶原合成减少被认为是Ⅰ型成骨不全的潜在原因,与OTSC的发生有一定的关系。有研究表明一些临床OTSC患者的COL1A1在成纤维细胞中的表达和在Ⅰ型成骨不全中的表达相似[10]。Mckenna等[11]推测这些骨代谢改变的疾病有一个共同的遗传基础,并首次进行了遗传关联研究。他们对100例OTSC患者和对照组进行了比较,发现OTSC与COL1A1的第一个内含子中特异性β1糖蛋白(SP1)转录因子结合位点的多态性之间存在显著的相关性,也证实了骨质疏松症与OTSC有相同的遗传基础,含有相同的COL1A1基因。此外,他们还发现,一些相关的多态性改变了调控COL1A2转录的转录因子的结合,从而增加了COL1A1同源三聚体的产量(正常情况下,COL1A1和COL1A2以2∶1的比例结合形成Ⅰ型胶原三聚体)[11]。然而,Rodríguez等[12]报告了一项关于COL1A1/A2基因多态性与OTSC之间关系的独立研究,没有发现支持两者相关联的任何证据。近年来,Csomor等[13]研究了Ⅰ型胶原基因参与OTSC发病机制的可能性,COL1A1/A2等位基因的表达水平和模式与OTSC无显著相关性。因此,尽管在一些OTSC患者中,COL1A1/A2基因多态性与该病相关,但大多数临床OTSC病例可能与其他遗传畸变相关。
 
  2.单基因性OTSC基因连锁分析:
 
  LOTSC被认为是一种复杂的骨重塑疾病,具有相对常见的单基因形式。迄今为止,在单基因性OTSC家族病例中利用连锁分析已鉴定出8个已知的染色体位点(OTSC1-5、OTSC7、OTSC8、OTSC10)定位于不同的常染色体上(表1),并且在这些区域内,已经鉴定出几个很好的候选基因,但目前还没有在这些染色体位置上发现任何导致OTSC的基因突变。最近的一项研究表明,T细胞受体β位点是OTSC2区域的致病因子,导致T细胞发育和衰老的改变,但这些改变的机制以及它们对骨重塑失调的作用尚不明确[16]。
 
  (二)免疫系统
 
  1.人类白细胞抗原(humanleukocyteantigen,HLA):
 
  LHLA是人类主要组织相容性复合体(MHC)的表达产物,通过向T细胞呈递抗原肽而在免疫应答中发挥重要作用。20世纪80年代初首次提出HLA与OTSC存在关联。Miyazawa等[17]调查了62例临床OTSC患者,其HLA-AW33等位基因频率(24%)显著高于对照组(9%)。也有研究发现,OTSC患者的性别与组织相容性位点抗原(HLA)类型有明显关系,HLA-A9和A11在男性患者中明显升高,而HLA-A3在女性患者中较高。此外,与健康人相比,HLA-A3、A9、A11和B13的效价在OTSC患者中较高[18]。虽然有报道称OTSC症与某些HLA之间存在相关性,但在各种研究中,这种相关性不尽一致[15]。因此,需要进一步的研究来证实HLA与OTSC之间的真正联系。
 
  2.抗胶原自身免疫:
 
  L免疫细胞和免疫调节因子的参与已在耳硬化病灶中得到证实[19]。Yoo[20]首次在OTSC患者血清中检测到抗Ⅱ型胶原的自身抗体。随后,Yoo等[21]报道了大鼠Ⅱ型胶原特异性自身免疫反应可能导致听软骨囊溶解性骨损伤,与OTSC极为类似。这可能是OTSC的自身免疫动物模型。相反,Harris等[22]在类似的动物模型中无法辨认出这种骨损伤。虽然早期的研究提出了对Ⅱ型胶原的自身免疫反应是OTSC的一个可能病因[20],但随后的遗传关联研究、组织学分析和免疫组化分析不支持胶原蛋白作为导致OTSC的原因[23]。总体而言,对胶原的自身免疫可能参与了耳硬化症的发病机制,但由于存在争议,需要进一步确认。
 
  (三)炎性细胞因子
 
  1.肿瘤坏死因子-α(TNF-α):
 
  LTNF-α是一种促炎性细胞因子,在骨溶解过程中发挥作用,它在耳硬化的骨中的表达增加,可导致广泛的破骨细胞活化和骨吸收,也是OTSC患者感音神经性听力损失的一个潜在因素[15]。骨保护素(osteoprotegerin,OPG)作为TNF-α超家族成员(TNFRSF11b),是一种抑制性糖蛋白,能阻止破骨细胞的形成和溶解,诱导活性破骨细胞的凋亡,而过表达OPG会导致骨形成过度或骨硬化病[24]。
 
  有研究认为,在OTSC的早期活动期,从病灶中释放出细胞毒性酶(弹性蛋白酶、胶原酶、组织蛋白酶)、炎性细胞因子(TNF-α、IL-1、IL-6)和补体片段(C3a、C3b、C5a)。这些介质可能进入外淋巴液,干扰外毛细胞的电活动[25]。另外,除了TNF-α,调节促炎因子产生的血管紧张素Ⅱ也被认为是OTSC炎症通路和骨重塑异常的关键因素[26]。血管紧张素Ⅱ的潜在作用稍后讨论。
 
  2.转化生长因子β1(TGF-β1):
 
  LTGF-β1是一种细胞因子,参与多种炎症性疾病、组织纤维化和修复的发病过程。在某些病例对照研究中,它被报道与OTSC有关[27]。TGF-β1是TGF-β超家族的成员,参与了听软骨囊的胚胎发育,并与其他细胞因子(包括OPG、RANK和RANKL)一起,在骨重塑中起到重要作用[28]。Bodo等[29]通过TGF-β1来处理OTSC的细胞和组织培养物,与其在正常细胞的作用相比,这种细胞因子抑制了总胶原和糖胺聚糖的合成,但刺激了纤维连接蛋白的分泌。因此,TGFβ1可能通过调节细胞外基质的产生参与OTSC的发展。
 
  3.骨形态形成蛋白(BMP):
 
  LBMP是TGF-β超家族的成员之一,因此它也起着炎性细胞因子的作用。根据最近的研究,特定的BMP及其基因多态性似乎与骨重塑的病理代谢有关[30]。Schrauwen等[30]研究了各种BMP亚型在患OTSC风险中的作用,其中BMP2和BMP4的表达与OTSC有显著的相关性。Lehnerdt等[31]对耳硬化组织中的BMPs和BMP受体进行了免疫组织学分析,BMP2,BMP4和BMP7被证实在耳硬化病灶中表达活跃;在BMP受体中,BMPR-1B和BMPR-2表现出显著的免疫反应性,而BMPR-1A始终呈阴性染色。因此,BMPs的作用可能是通过上述BMP受体介导的。这些结果表明,一些类型的BMP可能在OTSC的早期发展中起作用。
 
  (四)内分泌与代谢系统
 
  1.肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS):
 
  L由于耳硬化症多发于女性,且妊娠与绝经能激发并加重病情,故长期以来内分泌因素被认为与OTSC有关[32]。人们研究RAAS与OTSC的关联,其出发点可能是OTSC可在怀孕期间或怀孕后不久出现,而这可能与怀孕期间对该通路的刺激有关。由于血管紧张素Ⅱ刺激TNF-α和IL-6的分泌,RAAS可能在系统性和局部骨重塑的调节中发挥作用[33]。有研究证明血管紧张素原和血管紧张素原转换酶基因的遗传多态性与血浆中较高的血管紧张素Ⅱ浓度有关,也与较高的OTSC发生风险有关[34]。尽管如此,在比利时-荷兰的大型人群中进行的一项关联研究无法证实这种关联[35]。
 
  2.性激素:
 
  L在女性中,OTSC的发病率是男性的两到三倍,这表明性激素很可能在OTSC的发展中起着重要作用。有研究称,雌激素和孕酮水平升高等雌激素-孕酮-催乳素系统的紊乱可能导致OTSC的发生和发展[36],机制如下:雌激素可降低破骨细胞对RANKL的反应并诱导破骨细胞凋亡;雌激素和孕酮是催乳素释放的有效刺激物,而催乳素可降低OPG,增加RANKL的产量;雌激素诱导的高泌乳素血症可通过阻断OPG保护系统来对抗雌激素保护,表现为骨密度下降[36]。这也许可以解释为什么口服避孕药和激素替代疗法可能增加耳硬化和前庭疾病的风险。与怀孕和哺乳相关的高泌乳素血症也可能是多胎妊娠增加OTSC发生风险的基础[36]。
 
  3.甲状旁腺激素(PTH)和甲状旁腺激素相关肽(PTHrP)受体:
 
  L众所周知,PTH和PTHrP通过拮抗维生素D的作用增加骨吸收,诱导骨溶解。虽然早期的研究表明,OTSC患者体内钙、磷和碱性磷酸酶水平正常,但也有研究表明,长期患有OTSC的患者体内碱性磷酸酶水平升高[37]。另有研究指出,在OTSC患者镫骨细胞培养中,腺苷酸环化酶的激活需要较高的PTH浓度,且PTH和PTHrP受体mRNA表达降低与cAMP反应降低有关[38]。这些发现表明,细胞对PTH和PTHrP的异常反应,包括受体脱敏和受体表达减少,可能是导致OTSC患者骨重塑异常的原因。
 
  四、环境因素
 
  (一)麻疹病毒感染
 
  30多年来,一些研究者已经研究了麻疹病毒感染在OTSC发病机制中的潜在作用,并描述了麻疹病毒RNA或蛋白在耳硬化骨中的存在[39,40],且抗麻疹病毒免疫球蛋白G在OTSC患者外周血和血清中浓度较高[41]。然而,并不是在所有OTSC病例中均能发现麻疹病毒,一些病例中找不到麻疹病毒存在的任何证据[42,43]。相反,也有研究指出,与对照组相比,抗麻疹IgG在OTSC患者中的表达降低[44]。麻疹病毒的两种主要人类细胞受体是CD46和CD150,其中CD46已被证明在人听软骨囊细胞中高度表达[45]。
 
  最近的一项研究表明,在OTSC患者的镫骨底板中,CD46受体基因的剪接发生了新的变异,这表明麻疹病毒感染、CD46受体和OTSC之间存在潜在的联系[46]。尽管如此,麻疹病毒感染在OTSC发展中的作用仍是一个有争议的话题,其发病机制尚未完全确定。从流行病学的角度来看,OTSC发病率的下降可能得益于20世纪70年代麻疹疫苗的引入[5]。然而,在发展中国家麻疹非常流行,耳硬化症的患病率较低,如非洲国家;相反,在以欧洲血统为主的发达国家人口中,儿童接种麻疹疫苗自六七十年代开始,相比之下OTSC的患病率仍相对较高[47]。所有这些数据表明,麻疹病毒感染可能是OTSC的易感性因素,但不是该疾病出现的单一原因或必要因素。
 
  (二)氟化钠(NaF)
 
  早在20世纪60年代就有流行病学研究表明,OTSC患病率及相关听力损失进展与饮用水中氟化物含量低有关[48]。有研究还发现接受NaF治疗OTSC的患者听力下降较对照组较少[49],最新的报告指出使用NaF治疗OTSC是一种重要的辅助手段,甚至可能是主要治疗方法[50]。关于NaF对OTSC患者听力的积极保护作用,有学者认为可能与NaF可抑制毒性蛋白水解酶,降低病理性的骨转换率,从而稳定病情有关[51]。
 
  另外,可能与其抑制异型增生硫酸盐转运体(DTDST)有关。DTDST参与了硫化骨基质糖胺聚糖(GAG)的合成,而GAG在调节骨代谢方面具有重要作用。研究发现,在OTSC患者的硬化灶细胞中DTDST活性增强可能与感音神经性听力损失有关,而DTDST活性受NaF的特异性抑制,可能有助于保护患者的听力损失[51]。也一些研究没有发现NaF和OTSC之间的相关性,并指出可能需要高剂量才能显示出NaF治疗的正面作用[52]。同样,最近一项系统综述评估了NaF对OTSC患者听力损失恶化的影响,得出结论为:NaF对OTSC患者的疗效证据有限[53]。
 
  (三)口服避孕药
 
  上文已提到雌激素等激素可能参与OTSC的发展,同样,口服避孕药在该病发展中的潜在作用也被提出,且OTSC被认为是口服避孕药使用的可能禁忌症。尽管有口服避孕药和激素替代疗法导致听力丧失的病例报告,但在一项对约17000名妇女进行的长达26年的大型队列研究中,没有发现口服避孕药的使用与OTSC发展之间的关联[54]。
 
  五、小结
 
  总之,研究结果提示OTSC的病因是多种多样的,尽管有广泛的研究表明不同的遗传和环境因素参与了OTSC的发病,但其发病机制尚不完全明确。虽然确切的遗传方式仍不确定,但遗传因素在OTSC的发病中起着重要的作用。常染色体显性遗传的不完全外显率仍然是最值得接受的理论,但还很难确定一个潜在的耳硬化基因在多大程度上影响该病的发展。
 
  利用基因关联研究和基因表达分析研究证实了一些基因和分子途径在骨代谢、免疫系统、炎症、内分泌与代谢系统中发挥作用,参与了OTSC的发展。此外,麻疹病毒等环境因素可能在OTSC的发生过程中发挥重要的环境触发作用。在OTSC的发生与发展中,研究基因与环境的相互作用及不同遗传因素之间相互作用显得尤为重要,也是当前面临的挑战。随着分子遗传学的进展,对环境因素、遗传因素和所涉及的分子通路之间相互作用的理解可能会进一步全面和深入。

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