《Frontiers in Cellular Neuroscience》：The cochlear macrophage in presbycusis: inflammaging, neuroinflammation, and targets for therapeutic modulation
年龄相关的神经退行性疾病和年龄相关性听力损失在全球范围内的患病率正在不断增加。免疫细胞是通过慢性炎症和适应性修复失调的共同机制将这些疾病联系起来的新的中介因素。在耳蜗中，驻留巨噬细胞和浸润免疫细胞通过采用激活的表型来应对损伤、噪声暴露和衰老，这些表型会破坏突触完整性、损害髓鞘形成，并促进毛细胞和神经元丢失。同样，在中枢神经系统中，小胶质细胞（即大脑的驻留免疫细胞）会发生年龄相关和疾病相关的预激活，其特征是炎症反应增强、补体激活以及对细胞碎片的清除能力受损。越来越多的证据表明，耳蜗巨噬细胞（CMs）和中枢神经系统小胶质细胞共享转录程序和信号通路。重要的是，当得到适当调控时，这些免疫细胞也作为修复和再生的关键调节因子，采用促再生表型以促进组织恢复而非损伤。随着听力损失日益被认为是神经退行性疾病的促成风险因素，加深我们对内耳年龄相关免疫反应以及免疫细胞调控机制的理解，可能有助于减轻这一风险，同时在这些相关疾病过程中发现共享的治疗靶点。
1 引言
年龄相关性听力损失（ARHL），即老年性听力损失（presbycusis），是感音神经性听力损失的一个亚型，由内耳感觉细胞——毛细胞和/或螺旋神经节神经元（SGN）的损伤引起。由于许多重叠因素（包括年龄、慢性炎症、创伤（噪声暴露、耳毒性药物使用、内耳疾病）和遗传因素），它日益被认为是一种多维度疾病。研究还提示免疫功能障碍和慢性炎症在ARHL发病机制中的重要性，与在已充分研究的神经退行性疾病（NDs）中发现的关键机制相似。
2 内耳的免疫功能
2.1 耳蜗巨噬细胞
内耳具有强大的局部免疫系统，包含位于多个位置的耳蜗驻留巨噬细胞，包括螺旋韧带和螺旋神经节，并与血-迷路屏障（BLB）密切相关。耳蜗巨噬细胞（CMs）具有多种功能，包括维持稳态和BLB完整性、清除受损细胞碎片或受损听觉神经元的髓鞘碎片，以及免疫监视。它们表达已知的巨噬细胞/小胶质细胞标志物，包括离子化钙结合适配分子1（IBA1）、主要组织相容性复合体II类（MHCII）、分化簇163（CD163）和CD68。这些在非疾病状态的人体颞骨样本中表达的蛋白质强调了CMs兼具生理和病理生理功能。此外，一群被称为血管周围驻留巨噬细胞样黑素细胞（PVM/Ms）的CMs直接参与BLB。
CMs主要来源于造血干细胞，其分化和维持依赖于集落刺激因子1（CSF-1）信号传导：单核细胞被刺激产生M0巨噬细胞。静息状态下，CMs呈分枝状形态，具有复杂的突起结构以持续监测局部微环境。激活后，它们转变为阿米巴样形态，回缩突起并获得吞噬能力。它们存在于两种经典状态之间的功能连续谱中：M1“经典激活”巨噬细胞驱动促炎反应，M2“替代激活”巨噬细胞促进组织稳态和炎症消退。
这种形态学分布并非在耳蜗中均匀一致。在螺旋神经节中，巨噬细胞类似于小胶质细胞，延伸长突起接触SGNs和周围胶质细胞。沿基底膜，顶转的巨噬细胞倾向于保持更分枝、静止的外观，而基转的CMs则呈现阿米巴样、激活的表型。在小鼠中，这种分化发生在出生后。这种进展也随年龄增长而更加显著：这一模式可能反映了年龄相关耳蜗变性的基转至顶转进展。在出生后小鼠中，随着耳蜗进一步发育，巨噬细胞在柯蒂氏器（OC）中发生凋亡。在OC中，支持细胞能够承担免疫细胞功能。然而有趣的是，在OC中，激活的CMs在耳蜗损伤的慢性期和衰老耳蜗中被观察到，更常见于基转。静息状态下，PVM/Ms高度分枝并沿血管纹分布，但一旦激活即变为阿米巴样并增加BLB通透性。
巨噬细胞对耳蜗发育至关重要，并在整个生命过程中经历动态变化。在胚胎阶段，它们广泛分布于整个耳蜗，被认为起源于卵黄囊或胎肝，并可分别归类为CSF-1依赖型或非依赖型。耳蜗巨噬细胞随后数量收缩并局限于耳蜗内的特定位置，此时新巨噬细胞从骨髓来源的循环单核细胞中募集。在CSF-1受体敲除的小鼠模型中，仅螺旋神经节和螺旋韧带中的巨噬细胞被耗竭。血管纹中的PVM/Ms被认为来源于浸润巨噬细胞。在胚胎阶段，巨噬细胞与耳蜗发育的关键事件存在时间和空间关联，包括感觉毛细胞的分化和SGNs的修剪。在病理条件下，单核细胞来源的巨噬细胞可从体循环中被募集，这可能放大或调节耳蜗内的炎症环境。
在成熟耳蜗中，巨噬细胞支持SGNs的维持和存活。这一功能的神经保护意义通过选择性巨噬细胞耗竭的后果得到证明：给予PLX5622（一种CSF-1受体抑制剂）后，在接受耳蜗植入的小鼠和未手术的对照耳中，SGN变性均显著大于巨噬细胞群完整的动物。这些发现强调CMs是主动的神经保护因子，在生理和应激条件下均能缓和炎症反应并维持神经元完整性。
耳蜗中胶质细胞与免疫细胞之间的相互作用对内耳的发育及其终身的持续功能至关重要。施万细胞是主要的胶质细胞群，是听觉神经元髓鞘形成的构建者。此外，在神经损伤后，施万细胞进入一种动态再生状态，其特征是重新进入增殖、重新表达发育转录因子以及积极参与髓鞘碎片的清除。
巨噬细胞对这一修复过程至关重要。它们是周围神经损伤的第一响应者之一，通过清除细胞碎片并通过情境依赖的分泌信号谱塑造局部炎症环境。它们释放促炎介质（如肿瘤坏死因子（TNF）-α、白细胞介素（IL）-1β和IL-6）以及抗炎或神经营养因子（如IL-10和胰岛素样生长因子（IGF）-1）的能力，使其成为再生平衡的关键调节因子。通过这些信号，巨噬细胞直接影响施万细胞的增殖和再生，因此对于损伤后神经完整性的恢复至关重要。
2.2 衰老耳蜗中的巨噬细胞和免疫系统调控
越来越多的共识认为，ARHL的病理生理学源于被称为炎症老化的低度慢性炎症。耳蜗免疫环境是一个复杂的过程集合，包括免疫细胞的监视、BLB对体循环的保护，以及对抗活性氧（ROS）积累的机制。衰老耳蜗中激活的、促炎性巨噬细胞的比例增加。局部免疫系统和CMs的异常激活与此有关。
2.2.1 巨噬细胞随年龄增长而日益激活
在老年性听力损失的小鼠模型中，在可检测到的毛细胞损伤之前，耳蜗中即观察到激活的巨噬细胞，并且它们集中在随后变性的毛细胞附近。这表明巨噬细胞激活可能驱动而非仅仅伴随感觉细胞丢失。与此一致，在衰老小鼠的耳蜗中鉴定出促炎性巨噬细胞，对ARHL小鼠模型耳蜗组织的RNA测序揭示了转录上独特的促炎性巨噬细胞群体的扩增。
对老年供体人体颞骨样本的分析显示，听神经（AN）和外侧壁——这两个结构的完整性对听觉功能至关重要且其变性是老年性听力损失的一个标志——中激活巨噬细胞的比例显著增加。与其他组织一样，耳蜗中的巨噬细胞随年龄增长而呈现日益促炎的表型，维持一种慢性炎症微环境，逐渐破坏耳蜗稳态。
2.2.2 血管周围驻留巨噬细胞样黑素细胞
在BLB中，血管周围驻留巨噬细胞样黑素细胞的数量在衰老耳中减少；然而，这些剩余细胞中更大比例处于激活状态，表明BLB中巨噬细胞的丢失和功能障碍可能导致ARHL。此外，由于BLB通透性增加而与体循环的相互作用增强，允许耳蜗中巨噬细胞激活增加。
2.2.3 参与巨噬细胞激活的信号通路
调控耳蜗免疫稳态的分子通路包括协调巨噬细胞募集、调节耳蜗内炎症反应以及在损伤情况下提供神经保护。参与巨噬细胞功能和激活的信号通路可能包括但不限于：Fractalkine信号通路、JAK/STAT（Janus激酶/信号转导和转录激活因子）信号通路、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路、MAPK信号通路、雷帕霉素机制靶点（mTOR）信号通路、NOD-、LRR-和含pyrin结构域蛋白3（NLRP3）炎症小体通路和核因子kappa B（NF-kB）通路。
Fractalkine（CX3CL1）是一种在SGNs和毛细胞上组成性表达的趋化因子，专门与免疫细胞（包括CMs）上的CX3CR1受体结合。该通路在炎症期间上调，并已被牵涉到神经退行性疾病和ARHL中。其功能包括免疫细胞募集和粘附、中枢神经系统（CNS）发育期间的突触修剪、神经元-胶质细胞通讯，以及通过抑制促炎性巨噬细胞活性和促进抗炎极化来实现SGNs的神经保护。破坏该通路的后果是显著的。CX3CR1敲除小鼠表现出SGN丢失增加并伴随IL-1β表达升高，与CNS中的观察相似，表明神经炎症是SGN易感性的机制基础。与野生型对照相比，缺乏或减少fractalkine信号传导的小鼠模型表现出毛细胞和SGN死亡增加、噪声暴露后自发性带状突触恢复受损、选择性毛细胞损伤后巨噬细胞募集减少以及SGN存活率降低。然而，在稳态条件下，该通路的破坏似乎不影响巨噬细胞数量，表明其保护功能在损伤或应激背景下最为重要。接受噪声暴露的CX3CR1敲除小鼠表现出显著增加的中性粒细胞浸润，与对照组相比伴有更差的听力结果和毛细胞丢失，进一步提示fractalkine信号在免疫微环境调控中的作用。
JAK/STAT信号通路在巨噬细胞极化中发挥重要作用。具体而言，STAT3已被证明在多种组织中促进M2极化。PI3K/AKT信号通路参与M1和M2两种表型。AKT1亚型的下调有利于M1极化，而AKT2亚型的下调则促进抗炎的M2表型和减弱的炎症反应。被雷帕霉素抑制的激酶mTOR，已被牵涉到年龄相关的神经炎症中，并在内耳疾病背景下被日益研究。mTOR通路分为mTOR复合物1和复合物2（mTORC1、C2），发挥多种作用，包括调节自噬、合成细胞存活和生长所必需的细胞组分以及细胞生长和存活。较新的证据表明，由于上游激活因子失调导致的mTOR通路过度激活，可能导致感音神经性听力损失（SNHL）。MTOR信号传导位于PIK3/AKT信号传导的下游，也可能在M2激活中发挥作用。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号传导也参与巨噬细胞激活和极化，通常在toll样受体（TLR）信号传导的下游被激活。
衰老耳蜗中更广泛的炎症环境因氧化应激调控失败而进一步失稳。清除ROS的机制在衰老耳蜗中逐渐减弱，降低了下游炎症级联激活的阈值。其中最主要的是NLRP3炎症小体——一种多蛋白复合物，其过度激活已被牵涉到神经退行性疾病和ARHL的发病机制中。NLRP3激活遵循两步过程：初始启动信号，随后由病原体或损伤相关分子模式触发激活。这导致caspase-1激活、促炎细胞因子IL-1β和IL-18的释放以及焦亡性细胞裂解，使局部微环境充满炎症介质。启动可由上游炎症通路驱动，包括（TLR）9/NF-κB信号传导，其升高IL-6和TNF-α的表达。IL-1β反过来已知可在CNS中募集小胶质细胞，建立自我强化的神经炎症循环。补体级联的失调代表了一种额外的放大机制，通过与更广泛的神经退行性疾病过程共享的通路导致耳蜗组织损伤。
2.3 与神经元和胶质细胞的相互作用
CMs还与AN的髓鞘形成胶质细胞相互作用。在发育过程中，巨噬细胞主动调节胶质细胞群体；在衰老的AN中，其数量增加伴随着巨噬细胞-胶质细胞相互作用的平行上升——这一模式表明它们在老年性听力损失中逐渐进展的结构恶化中发挥作用。巨噬细胞和施万细胞在耳蜗和AN内直接接触，巨噬细胞通过这些接触影响胶质细胞功能，包括髓鞘形成的调控。与此一致，在老年人类供体的耳蜗和AN中记录到激活巨噬细胞数量升高。当巨噬细胞采用促炎表型时，这种关系变得有害：炎性巨噬细胞可能直接损害施万细胞功能，损害听觉神经元的髓鞘形成，从而促进AN变性。
一个有趣的病理部位是沿AN的胶质细胞过渡区，轴突髓鞘形成的责任从周围神经系统（PNS）的施万细胞转变为CNS中的少突胶质细胞。在老年小鼠和人类颞骨标本中，巨噬细胞/小胶质细胞在过渡区增加，并发现含有内化的髓鞘：这是髓鞘周转受损的标志，在神经退行性疾病中被充分认识，反映了吞噬功能障碍和促炎极化。髓鞘形成中断和髓鞘周转失调的证据延伸至整个AN。这些观察表明巨噬细胞吞噬功能是ARHL的治疗靶点。
旨在重新平衡巨噬细胞极化的策略，无论是通过减弱M1促炎表型、增强M2抗炎活性，或两者兼有，都可能保护施万细胞完整性并利用胶质细胞的再生能力，提供减缓或阻止老年性听力损失进展的途径。
3 免疫反应的调控
3.1 促炎通路的抑制
补体系统的下游效应物汇聚于巨噬细胞激活。来自年龄相关性黄斑变性（一种与老年性听力损失具有显著病理生理相似性的疾病）临床试验的证据显示，使用补体抑制剂取得了有希望的结果。在老年小鼠的耳蜗核中观察到C1q沉积增加和小胶质细胞激活，确定了ARHL中另一个潜在的干预位点。补体因子B（替代途径的关键激活蛋白）也被证明对AN完整性出人意料地重要：因子B缺陷小鼠表现出进行性听力损失、SGN丢失和髓鞘损伤，尽管柯蒂氏器结构完整且毛细胞正常——表明该通路独立于感觉细胞病理而参与胶质细胞功能、髓鞘形成和神经嵴发育。对补体系统和巨噬细胞特异性变化的进一步研究也可能发现新的靶点。
NLRP3炎症小体信号通路同样包含许多潜在靶点。Galectin-3（表达于小胶质细胞和巨噬细胞）已成为一个值得关注的分子，通过其与溶酶体失稳的假定联系——这是细胞衰老的一个特征，促成NLRP3激活。Galectin-3表达随年龄增长而升高，并与更广泛的神经退行性病理相关。考虑到Galectin-3在其他疾病中的作用，它可能作为调节耳蜗炎症的潜在靶点。Galectin-3也被牵涉到年龄相关听力结果和毛细胞损伤中。有趣的是，在Galectin-3敲除小鼠模型中，雌性小鼠的ARHL显著加速，相比雄性小鼠或对照组。
更上游，TLR4和TLR9通路均可独立启动NLRP3炎症小体，牵涉NF-κB及其下游效应物——包括IL-1和TNF-α——作为额外的干预点。IL-1β（NLRP3炎症小体激活的主要下游产物）在听力损失发病机制中发挥公认的作用。这些细胞因子的治疗相关性已在实验中得到证明：使用anakinra和etanercept分别同时抑制IL-1和TNF-α，保护了噪声暴露小鼠的听力阈值。在噪声暴露小鼠中阻断IL-6信号传导同样减少了巨噬细胞激活并改善了SGN存活。在新霉素诱导的耳蜗损伤后给予米诺环素，通过减弱巨噬细胞激活部分保留了毛细胞。综合来看，这些发现表明，调节炎症信号传导、补体级联、NLRP3炎症小体或其共享的下游介质，是限制ARHL基础的耳蜗损伤的可能策略。
3.2 抗炎和促修复通路的上调
鉴于其在CNS和PNS中炎症调节和神经保护的双重作用，fractalkine信号通路代表了听力损失和NDs的一个有前景的治疗靶点。
来自临床前模型的证据令人鼓舞：在tau蛋白病小鼠模型中，外源性fractalkine过表达挽救了认知功能；在帕金森病动物模型中，外源性过表达通过增强神经元存活、改善运动功能和减弱细胞因子释放赋予神经保护。
在耳蜗内，该通路的治疗潜力已被证明。对噪声暴露小鼠局部给予可溶性fractalkine恢复了突触完整性和听力阈值——但仅在巨噬细胞存在的情况下。噪声暴露后的巨噬细胞耗竭加剧了突触和神经元丢失并升高了听性脑干反应（ABR）阈值。将巨噬细胞重新引入耳蜗导致这些参数的恢复，强调巨噬细胞不仅是炎症的调节者，也是功能性突触再生的主动介导者。Fractalkine信号传导可能提供双重治疗机会：其抗炎特性可以在损伤累积前保护耳蜗结构，其修复潜力可以在损伤后提供挽救。其跨越CNS和PNS的活性拓宽了其潜在相关性，使其不仅成为老年性听力损失的候选靶点，也适用于其他神经炎症和神经退行性疾病。
4 修复与再生
CMs的再生潜力超越了炎症调节，延伸至主动的组织修复。在听觉神经病小鼠模型中，观察到造血干细胞来源的巨噬细胞向AN的浸润增加，被认为通过清除受损细胞碎片和促进胶质细胞增殖，为修复和再生做出有意义的贡献。这种再生能力可通过基于间充质干细胞（MSC）的方法得到改善：MSCs已被证明可抑制促炎性小胶质细胞激活，同时增强神经保护性、抗炎性小胶质细胞状态，部分通过激活fractalkine信号通路实现。MSCs已证明能够在多个器官系统（包括肺和内分泌环境）中推动巨噬细胞向M2抗炎表型分化，表明这是一种广泛保守的机制。
一种概念上不同但互补的策略是，用新生成的、具有免疫能力的细胞替换衰老的、功能失调的巨噬细胞。在脑出血小鼠模型中，使用CSF-1受体抑制剂药理学消除小胶质细胞后，停止治疗时细胞迅速再增殖；新生成的细胞表现出促炎细胞因子和激活标志物表达显著降低。在耳蜗中观察到类似的动态：与未治疗对照组相比，噪声暴露后消除驻留巨噬细胞导致持续的突触和神经元损伤以及持续性听力损失。停止治疗和巨噬细胞再增殖后，先前耗竭的小鼠恢复了听力阈值、重建了带状突触并保留了SGNs。这是新进入的巨噬细胞群体重现其前体的保护和修复功能，且这些功能对正常耳蜗功能至关重要的证据。
在神经元损伤后，耳蜗胶质细胞扩增并可获得神经祖细胞特征，提供神经元替代的潜在来源。同时，巨噬细胞向神经保护表型极化，这对SGN存活和维持至关重要，表明免疫和再生反应不是平行的而是相互依赖的过程。因此，将巨噬细胞定向调节至抗炎和神经保护状态，可能增强未来ARHL细胞替代和再生疗法的疗效。
5 讨论
ARHL日益被理解为一种主动驱动的病理过程，其中免疫失调发挥核心且可能是始动的作用。本综述考察了CM——其慢性激活的促炎状态促成感觉细胞、听觉神经元和胶质完整性的进行性退化——作为老年性听力损失的中心介质。从文献中浮现三种治疗策略：抑制促炎信号级联、上调抗炎和神经保护通路，以及巨噬细胞替代。由于CMs与CNS小胶质细胞存在生物学重叠，ND研究的见解为耳蜗提供了宝贵的初步路线图。
一个重要注意事项是，对急性耳蜗损伤的免疫反应比ARHL基础的免疫反应得到更好的表征，且两者之间存在显著差异。在急性损伤中，浸润的单核细胞来源巨噬细胞是炎症反应的主要驱动者；在老年性听力损失中，驻留组织巨噬细胞的慢性失调似乎是主要的病理原因。即使是亚临床听力损失也可能留下免疫足迹：暴露于导致暂时性阈值偏移的低水平噪声的CMs表现出激活和吞噬能力降低。这一观察指向巨噬细胞预激活，即重复或累积的损伤使免疫系统对后续应激源产生夸大的促炎反应。数十年来此类事件的累积负担可能是衰老耳蜗炎症老化轨迹的一个显著但被低估的促成因素。尽管急性和慢性损伤范式之间存在差异，两者可能机制相关，从急性模型获得的治疗见解可能与ARHL干预措施的发展相关。
从文献中得出的一个重要原则是，巨噬细胞必须被调节，而非消除。完全巨噬细胞耗竭似乎使结果恶化：SGN变性加速、突触修复失败、听力损失加深。耗竭后重新引入巨噬细胞可挽救神经元存活和听力阈值，表明即使在缺失一段时间后，健康的巨噬细胞群体仍保留修复能力。这一证据坚决反对广泛的免疫抑制策略，而支持减弱病理性M1活性，同时保留或增强对耳蜗稳态至关重要的M2神经保护和促修复功能。Fractalkine/CX3CR1轴、NLRP3炎症小体通路和补体级联展示了耳蜗免疫调节的有前景靶点。
干预时机可能与靶点选择同样重要。巨噬细胞激活和向促炎状态的转变已在动物模型和人类颞骨标本中被记录，先于显著的毛细胞或SGN丢失，表明驱动结构变性的免疫学变化先于该变性，且可能是其发生所必需的。到老年性听力损失临床明显时，炎症环境可能已经牢固建立，有意义的神经保护窗口可能已缩短或关闭。这强烈主张在症状性听力下降之前采取预防性或疾病修饰性方法。一个显著的未满足需求是能够检测这种临床前免疫功能障碍的听力学和生物标志物工具，这对于早期干预策略至关重要。
耳蜗免疫调节的更广泛含义超越了听力。ARHL已被独立地与认知下降和痴呆风险增加相关联，尽管这种关系的方向和机制仍未完全理解。鉴于CM失调中牵涉的许多炎症级联与阿尔茨海默病、帕金森病及相关疾病共享，为耳蜗开发的治疗策略可能对大脑具有直接的转化相关性，反之亦然。
总之，耳蜗巨噬细胞处于ARHL中保护与病理的交汇点。对参与这种平衡的信号——以及重定向它的治疗工具——的更完整理解，不仅为保留听力提供了希望，也为揭示免疫驱动的神经变性机制提供了希望。
