Notch配体Jagged1在耳蜗毛细胞再生中的双重作用机制及其治疗潜力

本研究揭示了Notch配体Jagged1（JAG1）在耳蜗支持细胞（SCs）再生毛细胞（HCs）过程中的双重功能：既通过Notch1/2受体维持支持细胞的祖细胞特性（依赖PI3K-Akt-mTOR通路），又参与毛细胞命运抑制。通过耳蜗类器官模型和体内实验，发现JAG1-Fc肽处理可增强成熟支持细胞的再生能力，为感音神经性耳聋治疗提供了新靶点。

　　

研究背景与意义

哺乳动物内耳耳蜗中的毛细胞（Hair cells, HCs）是听觉感知的关键机械感受器，其不可逆损伤是导致人类耳聋的主要原因。与鸟类和鱼类不同，哺乳动物耳蜗支持细胞（Supporting cells, SCs）在出生后丧失再生HCs的能力。既往研究表明，Notch信号通路在耳蜗发育过程中具有双重作用：低强度信号维持前体细胞特性，而高强度信号抑制HCs命运。然而，Notch配体Jagged1（JAG1）在HC再生中的具体机制尚不明确。

关键科学问题

1. 1.

   JAG1如何协调耳蜗SCs的祖细胞维持与HC命运抑制？

2. 2.

   成熟耳蜗SCs再生能力下降是否与JAG1表达变化相关？

3. 3.

   能否通过调控JAG1/Notch信号促进HC再生？

研究方法概要

研究团队建立了新生小鼠耳蜗上皮类器官培养体系，结合条件性基因敲除（Jag1^cKO）、谱系追踪（Fgfr3^iCreER2; R26^LSL-tdTomato）和单细胞分选技术（FACS分离Lfng-GFP⁺ SCs）。通过RNA-seq分析差异基因，免疫印迹检测PI3K-Akt-mTOR通路活性，并采用JAG1-Fc肽（含人源JAG1胞外域）进行功能挽救实验。体内实验通过圆窗膜注射AAV-ATOH1-EGFP联合JAG1-Fc处理评估HC再生效率。

主要研究结果

1. JAG1的双重功能验证

类器官实验显示，Jag1缺失导致SCs增殖能力下降（EdU⁺细胞减少50%），但HC标志物Myo7a和Pou4f3表达增加3-10倍，证实其同时具有维持祖细胞特性和抑制HC命运的双重作用。

2. 代谢与祖细胞基因调控

RNA-seq发现Jag1缺失导致代谢相关基因（Eif4ebp1、Minar2）和祖细胞标记物（Sox2、Lfng）表达下调。免疫印迹显示p-Akt(Ser473)和p-4EBP1(Thr37/46)水平显著降低，提示JAG1通过PI3K-Akt-mTOR通路维持SCs的增殖能力。

3. 受体特异性机制

Notch1/2双敲除（Notch1/2^dKO）类器官表现为：

• •

  直径减小40%

• •

  p-S6(S240/244)蛋白水平下降60%

• •

  器官形成效率降低50%

  而单独敲除Notch3无显著影响，表明JAG1的功能主要由Notch1/2介导。

4. 治疗潜力验证

在P5耳蜗外植体中，JAG1-Fc处理使：

• •

  HC再生数量增加80%（42 vs 23.6个HCs/200μm）

• •

  再生HCs中21%来源于Deiter细胞和柱细胞

  该效应可被mTORC1抑制剂雷帕霉素阻断，证实JAG1通过激活mTOR信号促进再生。

结论与展望

本研究首次阐明JAG1/Notch1/2通过调控PI3K-Akt-mTOR通路维持耳蜗SCs的祖细胞特性，同时参与HC命运抑制的分子机制。发现JAG1表达随耳蜗成熟逐渐下降（P1-P13降低5倍），而外源性JAG1-Fc可逆转成熟SCs的再生能力衰减。这些发现为开发基于Notch信号调控的耳聋治疗策略提供了理论依据，未来需进一步探索JAG1在成年动物模型中的治疗效果及其与表观遗传调控的关联。

创新点

1. 1.

   揭示JAG1在HC再生中的"双刃剑"作用

2. 2.

   建立Notch信号强度与mTOR活性的直接关联

3. 3.

   开发JAG1-Fc肽的潜在治疗价值