干細(xì)胞治療聽力障礙的作用機制

由于干細(xì)胞具有分化成多種細(xì)胞類型和修復(fù)受損組織的能力，因此可能為聽力損失提供有前景的治療選擇。ESC、iPSC和ASC已經(jīng)過測試用于治療聽力障礙。然而，每個品種在不同的未來潛在適用性和免疫原性方面都有優(yōu)點和缺點（圖1）。在聽力損失研究中，干細(xì)胞已成功在體外生成HCL。

1) ESC能夠分化成類似于SGN、SC和HC的類型，提供潛在的替代策略。

2) 可以通過刺激聽力損失患者的iPSC發(fā)育為HCL來實現(xiàn)特定策略。

3) 間充質(zhì)干細(xì)胞分泌一系列生長因子和細(xì)胞因子，可能有助于預(yù)防聽力損失。

4) NSC與納米材料有望預(yù)防聽力損失。

5) 內(nèi)耳前體細(xì)胞能夠被刺激發(fā)育成HC和SGN，為再生提供了另一種途徑。

6)源自干細(xì)胞的外泌體顯示出預(yù)防感音神經(jīng)性聽力損失的潛力。

胚胎干細(xì)胞用于治療聽力損失

最近的研究表明，利用三維培養(yǎng)系統(tǒng)， hESCs可以在體外分化為含有HCs的耳蝸感覺上皮細(xì)胞。此外，hESCs還被分化為純化的耳神經(jīng)前體細(xì)胞和螺旋神經(jīng)節(jié)樣細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在體外長時間存活。通過選擇性白喉毒素誘導(dǎo)的HC消融，將hESC衍生的前體細(xì)胞移植到Pou4f3DTR/+小鼠的耳蝸區(qū)域，可存活并分化為HC樣和SC樣細(xì)胞。這些發(fā)現(xiàn)表明hESC可能是治療聽力障礙的潛在方法，值得進一步研究。

誘導(dǎo)多能干細(xì)胞用于治療耳聾

最近，iPSC被認(rèn)為是治療耳聾的潛在生物療法。來自健康狀況良好的捐獻者的人尿細(xì)胞的IPSC分化為具有內(nèi)耳HC形態(tài)和電生理特征的HCL。這些HCL與共培養(yǎng)的SGN建立了突觸連接。此外，移植的iPSC遷移至常駐HC的Corti位點器官，分化為HCL，并與天然SGN建立突觸聯(lián)系。來自肌球蛋白7a和肌球蛋白15a患者的體細(xì)胞突變也被重新編程到iPSC中，并使用基因編輯技術(shù)糾正突變?；謴?fù)iPSC中的基因功能使分化的HCL能夠恢復(fù)形態(tài)和功能。總體而言，這些發(fā)現(xiàn)提供了新穎的見解，并強調(diào)了iPSC在治療聽力損失方面的潛在治療用途。

間充質(zhì)干細(xì)胞治療聽力損失的潛力

盡管ESC和iPSC可以分化為內(nèi)耳HC，但由于存在致瘤風(fēng)險，它們在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用受到限制。將成纖維細(xì)胞直接重編程為內(nèi)耳的HCL可能是一種可行的替代方案。在亞急性鼓膜穿孔大鼠模型中，生物打印的聚己內(nèi)酯/膠原/海藻酸鹽-間充質(zhì)干細(xì)胞支架已證明對亞急性鼓膜再生的有效性和可行性。BM-MSC還被證明可以促進慢性鼓膜穿孔大鼠模型的愈合。在骨侵蝕的情況下，其他小骨或軟骨可用于手術(shù)恢復(fù)聽力。此外，間充質(zhì)干細(xì)胞在治療傳導(dǎo)性聽力損失方面也表現(xiàn)出了良好的前景。

神經(jīng)干細(xì)胞治療聽力損失

近年來，人們在通過誘導(dǎo)受損聽覺HC和SGN再生來治療感音神經(jīng)性聽力損失方面做出了巨大努力。納米材料和干細(xì)胞的結(jié)合是一種有前途的改善聽力損失的方法，它將干細(xì)胞的增殖能力與納米載體的組織靶向能力結(jié)合起來。多項研究表明，干細(xì)胞和納米材料可以通過加速受損組織的修復(fù)來支持聽覺再生。

內(nèi)耳祖細(xì)胞用于聽覺再生

HC和支持細(xì)胞 (SC) 是由共同的感覺祖細(xì)胞產(chǎn)生的重要內(nèi)耳成分。內(nèi)耳祖細(xì)胞是具有自我更新能力的多能細(xì)胞，在適當(dāng)?shù)恼T導(dǎo)條件下可以分化為HC。在胚胎發(fā)育過程中，信號通路調(diào)控在柯蒂氏器的形成中起著至關(guān)重要的作用。Wnt通路的激活和Notch通路的抑制促進HCs的部分再生。Lgr5是Wnt通路的受體，也是耳蝸干細(xì)胞的標(biāo)志物 。在特定條件下，表達Lgr5的支持細(xì)胞可以在出生后轉(zhuǎn)分化為HC。此外，Sox2對于發(fā)育過程中的細(xì)胞分裂和分化至關(guān)重要。Sox2單倍體不足小鼠的內(nèi)耳上皮細(xì)胞顯示出分化和增殖增加，導(dǎo)致HC和SC擴大，并最終實現(xiàn)耳蝸功能的再生。Sox2單倍體不足還會激活耳蝸Wnt通路，進一步增強再生。

干細(xì)胞外泌體在聽力障礙方面具有廣闊的治療前景

一類稱為外泌體的小細(xì)胞外囊泡，直徑范圍在30至150nm之間。許多細(xì)胞，例如免疫細(xì)胞、癌細(xì)胞和干細(xì)胞，都可以分泌外泌體。源自不同細(xì)胞類型的外泌體具有高度異質(zhì)性。然而，干細(xì)胞來源的外泌體具有多種修復(fù)組織損傷的機制，包括促進細(xì)胞增殖和存活、增強血管生成以及抑制炎癥和氧化。（圖2）。

示意性模型顯示了由干細(xì)胞形成的外泌體的分子組成，其中包括多種貨物分子，例如DNA、RNA和蛋白質(zhì)。當(dāng)MVB的脂質(zhì)雙層膜經(jīng)歷向內(nèi)出芽過程時，外泌體就會形成。這些MVB可以被溶酶體降解，也可以與質(zhì)膜結(jié)合，釋放外泌體。

外泌體將囊泡的負(fù)載（例如脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和其他分子）遞送至目標(biāo)細(xì)胞。研究表明，這些外泌體可以通過激活特定的信號通路來促進受損組織的再生，調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫反應(yīng)并減少細(xì)胞炎癥反應(yīng)。干細(xì)胞衍生的外泌體可以幫助神經(jīng)元和突觸再生，減輕神經(jīng)退行性疾病的癥狀。此外，外泌體在耳蝸感覺HCs保護中發(fā)揮著重要作用。

外泌體也被證明可以預(yù)防藥物引起的聽力損失。例如，通過HSP70途徑響應(yīng)順鉑和其他藥物，BM-MSC分泌的外泌體減少了小鼠耳蝸HC的凋亡。

干細(xì)胞治療耳聾的臨床試驗

盡管多項細(xì)胞和動物研究已經(jīng)證明干細(xì)胞治療耳聾的安全性和可行性，但基于干細(xì)胞治療耳聾的臨床試驗仍然很少。α-甘露糖苷酶缺乏癥是一種罕見的遺傳性疾病，可導(dǎo)致多器官功能障礙和認(rèn)知缺陷。

一項臨床研究表明，五名α-甘露糖苷酶缺乏癥患者在移植同種異體造血干細(xì)胞后癥狀明顯改善。血細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和心肌細(xì)胞可以從臍帶干細(xì)胞分化而來。

國家科技部重大科技項目《干細(xì)胞治療感音神經(jīng)性耳聾的臨床基礎(chǔ)研究》于2012年正式啟動。浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究團隊經(jīng)過4年研究，試著通過干細(xì)胞移植實現(xiàn)內(nèi)耳毛細(xì)胞再生和功能重塑，從而達到治療感音神經(jīng)性耳聾的目的。這一研究成果在國際學(xué)術(shù)刊物《細(xì)胞死亡與分化》（Cell Death and Differentiation）和《干細(xì)胞轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》（Stem Cells Translation Medicine）上發(fā)表，引發(fā)學(xué)術(shù)界熱議，被認(rèn)為給遺傳性聽力障礙患者帶來一絲新的希望。

2018年，美國Cord Blood Registry臍帶血庫公布了采用自體臍帶血治療兒童獲得性感音神經(jīng)性耳聾（SNHL）的臨床研究積極結(jié)果。該研究在11例6個月至6歲獲得性SNHL兒童患者中開展，評估了靜脈輸注自體臍帶血的安全性和初步療效。研究結(jié)果顯示，輸注自體臍帶血安全、可行且耐受性良好，45%的患者在輸注后聽覺腦干反應(yīng)表現(xiàn)出顯著改善（p＜0.05）。

此外，間充質(zhì)干細(xì)胞來源的外泌體顯著抑制促炎因子TNF-α、IL-1β和iNOS的表達，同時促進抗炎因子IL-10的表達，從而抑制炎癥。

在2021年結(jié)束的一項臨床試驗中，將人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞來源的細(xì)胞外膠囊移植到內(nèi)耳，減少了人工耳蝸植入引起的炎癥副作用。

結(jié)論

本綜述討論了MSC、ESC、iPSC、內(nèi)耳祖細(xì)胞和NSC在聽覺損傷修復(fù)和再生中的應(yīng)用現(xiàn)狀。間充質(zhì)干細(xì)胞易于獲取和擴增，因此是最常用的干細(xì)胞類型。ESC和iPSC具有很強的分化潛力，但由于倫理和安全問題，其臨床應(yīng)用受到限制。能夠分化為耳蝸HC和螺旋神經(jīng)元的細(xì)胞是內(nèi)耳祖細(xì)胞，是ASC的一種。

盡管多項臨床前和臨床研究已經(jīng)證明干細(xì)胞在聽覺障礙方面的治療潛力，但干細(xì)胞療法也存在一些顯著的局限性，例如安全性和可行性。具體來說，干細(xì)胞移植存在移植后腫瘤發(fā)生和免疫排斥的風(fēng)險，現(xiàn)有的干細(xì)胞遞送方法會影響其治療效率。此外，倫理問題也需要解決。

未來，干細(xì)胞的來源以及治療的時間和細(xì)胞劑量將得到優(yōu)化，越來越多的優(yōu)質(zhì)生物材料和靶向輸送方式將被開發(fā)出來。總的來說，干細(xì)胞療法是恢復(fù)聽力損失的絕佳方法。

參考資料：Fang Q, Wei Y, Zhang Y, Cao W, Yan L, Kong M, Zhu Y, Xu Y, Guo L, Zhang L, Wang W, Yu Y, Sun J and Yang J (2023) Stem cells as potential therapeutics for hearing loss. Front. Neurosci. 17:1259889. doi: 10.3389/fnins.2023.1259889

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