听力障碍是一类常见疾病,严重影响着人类的身体健康和生活质量,据世界卫生组织(WHO)估计,全世界有轻度听力损失的人近6亿,2.5亿人患有中度以上听力损失,其中三分之二在发展中国家。而每出生700—1000个新生儿中,就有一个听障患儿。中国是世界上最大的发展中国家,13亿人口中听力障碍残疾人就有2780万,为各类残疾之首。能否找到有效的方法预防和治疗听力障碍,是我们共同面临的巨大挑战。听力障碍分传导性、感音神经性和混合性,绝大部分为感音神经性。感音神经性聋是耳鼻咽喉头颈外科学中常见病,是内耳及其神经传导通路一系列病变所致听力损失的总称,发病原因有遗传性、缺血性、耳毒性、感染性、老年性、噪声性、创伤性、代谢性、自身免疫、突发或特发性、中枢性、听神经病、肿瘤、功能性等,其中以缺血、病毒感染、耳毒性药物中毒及老年性退行性变等最常见。病理改变主要是耳蜗毛细胞损伤、螺旋神经节、支持细胞及神经末梢的器质性改变以及耳蜗神经、脑干听觉通路及听觉中枢病变或受损。耳蜗内包含两种类型感觉细胞：内毛细胞(IHC)和外毛细胞(OHC),它们负责将声音转化为电信号进行传递,这些信号经过螺旋神经节神经元(SGC)换元传递到听觉脑干通路。而这些IHC、OHC和SGC都缺乏再生的能力,因此,耳蜗的任何损伤都会导致不可逆的听力损失。在耳蜗损伤所导致的听力障碍里,耳毒性药物所致损伤是当前临床治疗上的难题,众多研究围绕其发病机制及治疗展开,希望可以为临床治疗耳毒性药物损伤提供更好的方法。关于药物性损伤的机制,目前多认为与自由基损伤、钙离子超载等有关[2],其中氨基糖苷类所致的耳毒性感音神经性聋属于临床中常见的类型。氨基糖苷类抗生素(Aminglycosides, AmAn)具有抗菌谱广、杀菌抑菌作用强、价格便宜等许多适用于临床使用的优点,但因其具有耳毒性、肾毒性等严重的不良反应,限制了临床应用,在短期应用AmAn治疗的病例中,耳毒性发生率为20%,而在治疗结核及其他严重细菌(尤其是革兰阴性细菌)感染的长期应用中,耳毒性发生率可高达80%[3]。近年来由于结核和其他新的感染性疾病如抗艾滋病的发生率增高,使AmAn又有新的应用。有研究表明AmAn可与HIV中的RNA的逆转录病毒蛋白应答因子(RRE)结构域结合,使HIV的RRE. Rev(逆转录病毒蛋白)相互作用产生抑制,从而具有阻遏HIV复制的活性[4],使得AmAn的很多应用不可替代。属于氨基糖苷类抗生素的庆大霉素(gentamicin, GM)是由绛红小单孢菌、棘孢小单孢菌等发酵产生的一种杀菌力较强的广谱抗菌素,目前被广泛用于临床。GM由于廉价抗菌谱广,在临床广泛应用,以至出现了不少致感音神经性聋的病例。同时,因GM的肝肾毒性较其他AmAn小,使其成为是实验研究中制造感音神经性聋动物模型的理想药物。GM在机体内的药理学分布特点是不易进入胞内,不易透入关节腔,也不易透过血脑屏障,其主要集中在细胞外液,特别是内耳淋巴液。庆大霉素的内耳淋巴液的蓄积[7]构成了其耳毒性的生理基础,机制较为复杂,一直是国内外众多学者研究的热点。目前认为内耳毛细胞受损与氧有自由基、钙超载和启动凋亡等相关。氧自由基主要通过一系列的过氧化反应造成组织细胞的损伤,往往损害细胞膜磷脂分子中不饱和脂肪酸的过氧化,最终使生物膜受到严重损伤。郭玉芬等证实聚天冬氨酸酶对庆大霉素致耳蜗组织氧自由基的产生有抑制作用,从而拮抗了庆大霉素所致耳蜗毒性的发生。McFadden等已证实一种超氧化物歧化酶的类似物,可防止由庆大霉素引起的毛细胞损伤。氧自由基和钙超载除直接造成细胞损伤外还可导致细胞的凋亡[11]。也有学者证明,细胞凋亡是氨基糖苷类抗生素致聋的主要方式,细胞凋亡的“瀑布式”级联反应主要有两条途径：①细胞外途径,即死亡受体途径。②细胞内途径,研究比较多的是线粒体途径。但两种途径最终都依赖于Caspase-3的活化,caspase-3在凋亡级联反应中处于核心地位,是凋亡的最终执行者。Shimizu等通过研究发现凋亡抑制剂—钙蛋白酶和半胱天冬酶抑制剂可以阻止AmAn耳毒性的产生,促进前庭毛细胞的存活,表明凋亡与AmAn前庭耳毒性有着紧密关系。目前临床上仍然缺乏治愈感音神经性听力障碍和保护听觉功能的有效的方法。虽然近年来一些研究报道了哺乳动物甚至人的内耳前庭及耳蜗毛细胞在受伤后可能再生,但哺乳动物OHC、IHC和SGC再生的在体试验尚未取得成功。有研究提出耳聋基因概念,认为耳聋与线粒体DNA突变有关,发现tRNAIleA4317G同质性突变,确认A1555G和C1494T突变与感音神经性耳聋和氨基糖甙类耳聋有关。上述研究停留在实验阶段,尚未展开临床应用。感音神经性耳聋多数治疗效果不佳,大多数药物治疗无效的患者只能选择配戴助听器或行人工耳蜗植入术。当前人工耳蜗植入术可以赝复重度的感音神经性耳聋,但价格昂贵。所以,探索对各种因素导致内耳损伤的早期干预和有效治疗药物就显得尤为重要。由中国医学科学院药物研究所自主创新研制的化合物盐酸椒苯酮胺(peperphentonamine hydrochloride,PPTA),3个发明专利已获授权,2个国内和1个国际PCT发明专利己申请。2008年获11类化学药品临床试验批件并已完成127例Ⅰ期临床试验。临床前研究提示其具有清除再灌注损伤时自由基,抑制脂质过氧化反应的作用。徐江平研究PPTA对脑细胞受损所产生的氧自由基具有清除作用,可增加SOD活力和GSH含量。也有实验表明PPTA有抗钙超载的作用,对心肌损伤线粒体有明显的保护作用。PPTA也可使线粒体膜流动性保持正常,明显减轻线粒体的超微结构损伤。而氧自由基和钙超载往往导致机体大多数组织和细胞损伤,而线粒体的损伤又可活化Caspase-3启动细胞凋亡。有研究表明PPTA具有显著降低Caspase-3mRNA的表达,表现出良好的抗调亡作用。这为PPTA用于感音神经性耳聋的干预和治疗奠定了基础。本研究以庆大霉素的耳毒性制造耳蜗损伤豚鼠作为实验动物,采用鼓阶开窗微孔注入技术和腹腔注射方法,观察PPTA对耳蜗的保护作用,通过听性脑干反应(ABR)、免疫组化(IHC)、脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记技术(ternial-deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeing, TUNEL)、蛋白质免疫印迹技术(Western blot)、扫描电镜(SEM)等方法,透射电镜(TEM)等方法检测ABR RT、PL、T-SOD、GSH、Caspase-3等指标及凋亡和坏死等形态学变化,探讨GM的耳毒性机理及PPTA对耳蜗损伤的保护机制,为感音神经性聋药物治疗提供新的实验依据。本研究分为以下三个部分：第一部分庆大霉素致豚鼠耳蜗损伤模型和鼓阶开窗微孔注入技术的建立目的建立庆大霉素制造豚鼠的耳蜗损伤模型和鼓阶开窗微孔注入技术,探讨在模型豚鼠上ABR的应用及听力学特征,并研究经鼓阶开窗手术对听力和耳蜗组织的影响。方法听力正常实验级豚鼠30只,随机分为三组：A组(Control group):10只,生理盐水,等量,每日称重,按体重计算用量,肌注,28d；B组(GM group):10只,硫酸庆大霉素注射液,120mg/(kg-d),每日称重,按体重计算用量,肌注,28d。C组(Fenestration group):10只,左耳行鼓阶开窗微孔注入手术,注入人工外淋巴液,正常饲养7d。A、B两组GM前1h及第28天测ABR;A、C两组术前及术后7d测ABR。数据以X±S表示,采用SPSS13.0软件包进行统计学分析。对实验前后数据进行协方差分析,若实验前ABR反应阈对试验后ABR无影响,则用独立样本t-test检验两组前后差异,用配对样本t-test检验同一组前后差异。结束后将A,B,C组豚鼠断头取听泡,行扫描电镜(SEM)形态学观察、免疫组化(IHC)细胞染色观察。结果用药28天后,GM组比正常组ABR RT显著升高(t=18.108,P<0.001)；经鼓阶开窗微孔注入术7天后,C组和正常组ABR RT无显著差异(t=0.000, P=1.000)。IHC及SEM观察见GM组毛细胞纤毛倒伏、断裂、细胞缺失,细胞核出现固缩、棕染等,A组及C组未见这些现象。结论庆大霉素可以建立稳定的感音神经性聋动物模型；庆大霉素耳毒性体现在RT提高,耳蜗OHC、IHC、SGC、SV细胞坏死及凋亡；通过豚鼠耳蜗鼓阶钻孔开窗,微孔注入手术后对豚鼠听力及耳蜗组织没有产生明显影响。第二部分鼓阶微孔注入PPTA对庆大霉素豚鼠耳蜗损伤的保护作用及相关机制研究目的将PPTA经鼓阶开窗微孔注入技术注入豚鼠耳蜗,研究其对庆大霉素耳毒性的拮抗作用及氧自由基机制。方法听力正常豚鼠45只,分为三组：A组(Control group)15只,以等量生理盐水肌肉注射,连续3d；B组(GM group)15只,以GM160mg/kg.d,肌肉注射,连续3d；C组(PPTA+GM group)15只,以GM160mg/kg.,3d,每日GM1小时前,行双侧鼓阶开窗微孔技术注入PPTA (浓度2mg/ml)10μl。(注：每组都以10只做统计学分析,额外为扫描电镜做形态学观察用)。三组动物分别在用药前,第3天用药后测ABR。在最后一次测ABR每组取10只迅速断头取听泡取左侧耳蜗(n=10)行T-SOD活力检测,取右侧耳蜗(n=10)行GSH含量检测；各组ABR RT、T-SOD、GSH统计使用SPSS13.0分析软件,数据以X±S表示,用协方差分析处理数据,若实验前ABR反应阈对实验后无影响,对试验后数据进行单因素方差分析。每组剩余5只豚鼠耳蜗行扫描电镜(SEM)形态学观察。结果用药3d后,GM组ABR RT显著高于正常组(P<0.05),GM组T-SOD活力、GSH含量显著显著低于GM+PPTA组(P<0.05)；经鼓阶开窗微孔技术注入PPTA3d后,PPTA+GM组ABR RT明显高于Control组(P<0.05),但显著低于GM组(P<0.05)。PPTA+GM组比GM组及正常组T-SOD活力、GSH含量显著低于正常组(P<0.05),但显著高于GM组(P<0.05)。SEM观察见：GM后毛细胞纤毛倒伏、断裂、细胞缺失等,PPTA+GM组亦有此现象,但较GM组轻微,正常组未见这些现象。结论促耳蜗组织内产生过量OFR造成耳蜗组织细胞损伤,是GM耳毒性的一个重要原因。经鼓阶开窗微孔技术注入PPTA可拮抗GM所致听力和耳蜗组织损伤；PPTA可以通过清除耳蜗组织内氧自由基和增强抗氧化能力从而发挥耳蜗保护作用。第三部分腹腔注入PPTA对庆大霉素豚鼠耳毒性拮抗作用及对耳蜗组织Caspase-3表达的影响目的研究PPTA全身给药对庆大霉素耳毒性的拮抗作用及相关机制。方法听力正常豚鼠45只,分为三组：A组(Control group)15只,以等量生理盐水肌肉注射,连续14d；B组(GM group)15只,GM120mg/kg.d,肌肉注射,连续14d；C组(PPTA+GM group)15只,PPTA10mg/kg.d腹腔注射+GM120mg/kg.d (1h后),肌注,连续14d。三组动物在用药前1h,第14天用药后测ABR。在最后一次测ABR后所有动物迅速断头取听泡,以左侧耳蜗(n=10)行Western blot检测Caspase-3表达,统计使用SPSS13.0分析软件,数据以X±S表示,用协方差分析处理数据,若实验前ABR反应阈对实验后无影响,对试验后数据进行单因素方差分析。以右侧耳蜗行TUNEL染色,每组剩余5只一侧耳做扫描电镜另一侧耳做透射电镜观察。结果GM组、PPTA+GM组ABR RT显著高于Control组(P<0.05), PPTA+GM组ABR RT显著低于GM组；Western blot结果表明用药后GM组豚鼠caspase-3表达显著增加(P<0.001); PPTA+GM组caspase-3的表达显著高于Control组但显著低于GM组(P<0.001)。SEM/TEM和TUNEL观察见：GM组毛细胞损伤严重,耳蜗Corti器、侧壁的血管纹和螺旋神经节存在阳性细胞,出现了凋亡和坏死的形态学特征；而PPTA+GM组损伤较GM组明显减轻；Control组未见阳性细胞。而结论庆大霉素耳毒性所致耳蜗组织损伤中,凋亡与坏死并存,GM通过caspase-3途径参与了耳蜗细胞凋亡；PPTA具有拮抗GM耳毒性所致的耳蜗功能和结构损伤的作用；PPTA通过降低caspase-3蛋白表达,抑制凋亡,从而对豚鼠耳蜗组织起到保护作用。