声电联合刺激下正常和噪声损伤后的內毛细胞突触的结构重塑

More than one third electroacoustic stimulation (EAS)-cochlear implant (CI) recipients suffered delayed impairments of residual low-frequency hearing, resulting in the loss of the benefits from EAS and the demanding for replantation of classic cochlear electrode array. The understanding of this mechanism of EAS hearing loss could benefit the improvement of EAS and the protection of residual low-frequency hearing. It was suggested there was no correction between EAS hearing loss and the loss of hair cells and cochlear nerves. Our previous work showed electrical stimulation used by CI could decrease the numbers of the synapses between inner hair cells and cochlear nerve fibers, as well as cochlear nerve fibers, which was associated with increased RNS and ROS level as well as calcium influx. We hypothesize that EAS hearing loss might be caused by EAS-induced remodeling of cochlear ultrastructures including inner hair cell synapses, which involves the modulation by nitric oxide (NO) and lateral olivocochlear system (LOC). In this study, we will employ EAS guinea pig model established in our previous work, to investigate study the impact of short-term and chronic EAS on the numbers and distribution of different kinds of inner hair cell synapses in cochlea both with normal hearing and short moderate noise-induced hearing loss. We will interfere the modulation processes of NO and LOC, measure the levels of corresponding metabolic and functional molecules in NO-LOC pathway, to evaluate the role of NO and LOC in EAS hearing loss and cochlear synaptopathy. Furthermore, we will investigate the protection role of Ebselen in EAS hearing loss and cochlear synaptopathy.

超过1/3的声电联合刺激技术(EAS)人工耳蜗(CI)使用者会有迟发性的低频残余听力下降，因而丧失EAS的优势并需更换植入体。EAS听损机制研究对于EAS的优化和其使用者残余听力的保护有重要意义。EAS听损与毛细胞和螺旋神经元的数量变化无关。我们的前期研究表明CI电刺激能导致体外器官培养的耳蜗组织中的內毛细胞突触和蜗神经纤维数量减少，其与RNS、ROS水平升高和钙离子内流有关。我们推测EAS听损可能与內毛细胞突触等超微结构的重塑有关；一氧化氮(NO)和外侧橄榄耳蜗束(LOC)的调控可能参与其中。本项目将应用已有豚鼠EAS模型，分别研究短期和长期EAS对正常和短时中等强度噪声损伤后耳蜗中不同类型內毛细胞突触的数量和分布的影响；并通过干预NO作用及检测NO代谢、作用途径的相应分子生物学改变以研究NO在EAS听损中的作用；并研究氧化应激保护剂Ebselen的对EAS听损和突触病变的保护作用。

本项目为探索使用声电联合刺激技术的人工耳蜗使用者迟发性残余听力损失的机制，分别研究了电刺激下正常听力（NH）和噪音性聋（NIHL）耳蜗结构和功能的变化，以及氧化应激和神经营养因子在其中的作用和机制，并研究前期噪音损伤是否增加了电刺激下耳蜗结构和功能变化的易感性。主要研究内容和重要结果包括：（1）研究了不同强度、时长的人工耳蜗电刺激对NH和NIHL耳蜗中内毛细胞突触的数量和电诱发听神经复合动作电位（ECAP）的影响，发现电刺激可引起NH和NIHL豚鼠耳蜗内毛细胞突触数量减少，并引起ECAP阈值升高，该作用效果与电刺激的强度和时间相关；（2）研究了氧化应激在电刺激下NH和NIHL耳蜗的结构和功能改变中的作用，发现电刺激可引起耳蜗内氧化应激水平的升高，NIHL耳蜗突触更易受电刺激影响，与其氧化应激水平的升高和抗氧化能力的降低有关，抗氧化剂Ebselen能减轻电刺激下的突触减少；（3）研究了神经营养因子在蜗内电刺激下NH耳蜗结构和功能改变中的作用，发现NT3和BDNF在突触重塑中起协同调控作用，即分别促进突触再生和退化；（4）研究了不同听神经功能状态下，不同算法的ECAP的电生理学特征，结果显示听神经功能异常时交替极性算法较前掩蔽算法能更敏感地反映听神经功能变化；（5）研究了不同听神经功能状态下人为判断和计算机判断ECAP阈值的差异，结果显示交替极性法在人为判断和机算机判断的线性回归阈值与视觉检测阈值中具有更高的一致性。本研究首次描述了人工耳蜗电刺激可以引起耳蜗的结构和功能改变，这可能是声电联合刺激迟发性残余听力损失的重要原因；首次揭示了氧化应激、NT3和BDN协同调控在电刺激下内毛细胞突触改变机制中的重要作用；首次证实NIHL耳蜗突触更易受电刺激影响；本研究建立了人工耳蜗电刺激NIHL豚鼠模型和长期点刺激模型，对未来人工耳蜗电刺激下内耳结构和功能变化研究将具有重要的应用价值。