毛细胞Ca2+ 通道门控调控耳蜗神经元活动的机制研究及其在听力障碍中的意义

研究人员通过构建CaV 1.3A749G 突变小鼠模型，揭示内毛细胞(IHCs)Ca2+ 通道电压依赖性激活的异质性如何通过调控突触前谷氨酸释放影响螺旋神经元(SGNs)的自发放电和声音编码，为理解功能性SGN多样性提供直接证据，并发现低电压激活突变导致噪声易感性增加。

　　

论文解读
听觉系统需要处理跨越六个数量级的声强范围，这一惊人能力依赖于耳蜗内毛细胞(IHCs)与螺旋神经元(SGNs)之间精密的突触传递机制。然而，突触前IHCs如何通过Ca²⁺
通道的电压依赖性激活来塑造SGNs的功能多样性，一直是听觉研究领域的核心问题。更令人担忧的是，某些导致Ca_V
1.3通道低电压激活的人类突变与神经发育障碍相关，但其对听觉功能的影响尚不明确。

德国哥廷根大学医学中心的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究，通过模拟人类Ca_V
1.3^A749G
突变的小鼠模型，结合电生理、活体成像和超微结构分析，首次证实IHCs活性区(AZs)的Ca_V
1.3通道门控特性直接决定SGNs的自发放电率和声音阈值。研究发现低电压激活突变会引发突触带丢失，提示这类患者可能存在噪声易感性风险。

关键技术方法
研究采用基因编辑构建Ca_V
1.3^AG
突变小鼠，通过全细胞膜片钳记录IHCs Ca²⁺
电流和胞吐作用；使用Fluo4-FF和iGluSnFR双标记活体成像技术同步监测突触前Ca²⁺
内流与谷氨酸释放；采用听觉脑干反应(ABR)和单单元记录分析SGNs放电特性；结合STED超分辨显微镜和三维电子显微镜(SBEM)解析突触超微结构。

研究结果

Ca_V
1.3^A749G
突变导致突触激活电压阈值降低
全细胞记录显示Ca_V
1.3^AG/AG
IHCs的Ca²⁺
通道半数激活电压(V_half
)显著超极化(-15mV)，电压敏感性增加。同步电容测量证实胞吐作用同样在更低电压下被激活。非平稳噪声分析揭示突变导致通道开放概率增加但可激活通道数量减少，这与STED显示AZs处Ca_V
1.3簇尺寸减小相吻合。

突触传递功能重塑
单AZs成像发现突变使最大Ca²⁺
内流(ΔF/F_{0 max}
)降低40%，但保留模轴-柱状梯度特征。iGluSnFR记录显示-65mV弱去极化即可诱发谷氨酸释放(V_10%
较WT降低18mV)，且Ca²⁺
-释放耦合指数(m=1.51)显示更紧密的纳米域控制。计算模型证实83%WT与17%AG通道混合即可解释杂合子的中间表型。

SGNs自发放电增加
在体记录显示Ca_V
1.3^AG/AG
小鼠ABR阈值降低，近阈值声刺激(40dB)诱发的波I幅度显著增大。单单元记录发现异氟烷麻醉下突变体SGNs自发放电率(SR)仍显著增加，但适应放电率降低，反映通道稳态失活增强。

环境噪声导致突触带丢失
SBEM三维重建揭示正常饲养的成年突变体耳蜗中-基转IHCs有50%突触后接触点缺失突触带，且剩余带体积增大。免疫荧光显示安静饲养可减轻该现象，提示环境噪声通过持续激活突变通道导致突触重构。线粒体分析显示突变体SGNs终末线粒体体积增加56%，反映代谢需求升高。

研究结论与意义
该研究首次建立IHCs Ca_V
1.3通道门控特性与SGNs功能多样性间的因果关系：电压依赖性激活梯度使不同AZs在静息电位下产生差异化的谷氨酸释放，从而形成从高SR/低阈值到低SR/高阈值的SGNs连续谱。这一发现为理解听觉强度编码的突触前机制提供重要依据。

临床意义上，虽然Ca_V
1.3^AG/WT
杂合子未表现显著突触损失，但其AZs在生理电压范围内的过度激活可能增加噪声性耳聋风险。研究建议对携带此类突变的患者进行长期听力监测，并为开发保护过度活跃突触的干预策略提供新靶点。超微结构揭示的突触带动态重塑机制，也为理解其他兴奋性突触的活性依赖性调控提供新视角。