内耳细胞的棋盘图案使我们能够听到

一个研究小组率先揭示了内耳 Corti 器官中呈棋盘状排列的细胞对听力至关重要。这一发现从细胞自组织的角度对听力如何工作提供了新的见解，也将使人们更好地理解各种听力损失障碍。

该研究小组包括神户大学医学研究生院的助理教授 TOGASHI Hideru 和兵库县立神户儿童医院的 KATSUNUMA Sayaka 博士。

这些研究成果于2022年12月8日在线发表在Frontiers in Cell and Developmental Biology上。

要点

在内耳的柯蒂氏器中，有两种细胞排列成棋盘状马赛克图案;负责听力的毛细胞及其支持细胞。然而，这种棋盘模式与听力功能之间的关系长期以来一直不清楚。

在 Corti 器官中的细胞无法形成这种棋盘图案的小鼠中，只有毛细胞死亡(细胞凋亡)，从而导致耳聋。

据了解，棋盘布局在保护毛细胞及其功能方面发挥着基本的结构作用，因为这种排列可防止毛细胞相互粘附，这在世界上尚属首次。

已经在许多不同种类动物的各种感觉器官中观察到这种细胞镶嵌图案。了解细胞自组织如何形成这些镶嵌图案背后的机制将有助于阐明各种感觉器官的功能和疾病背后的机制。

研究背景

内耳耳蜗是听到声音所必需的，位于其内部的是柯蒂氏器 (*1)。当在显微镜下从上方观察柯蒂氏器时，可以看到两种类型的细胞以精确有序的布局排列，类似于国际象棋或棋盘。将声波传送到大脑的毛细胞被支持细胞隔开，从而防止毛细胞相互接触。尽管人们认为这种棋盘式排列对于 Corti 器官的正常运作是必要的，但这种模式与听力功能之间的关系长期以来一直不清楚。

该研究小组此前透露，这种内耳棋盘是由一种细胞分离机制形成的，这种机制使毛细胞和支持细胞能够正确地排成一行。毛细胞和支持细胞各自表达不同类型的细胞粘附分子连接素。这导致一个毛细胞和一个支持细胞比两个毛细胞或两个支持细胞更牢固地相互粘附。此属性导致毛细胞和支持细胞以棋盘图案排列。在这些连接蛋白分子之一不起作用的小鼠模型中，属性发生变化，棋盘图案无法正确形成。在这项研究中，研究人员使用这些小鼠来研究细胞的棋盘排列与听力功能之间的联系。

研究方法论

该研究小组将常规(对照)小鼠与一种 nectin 无法正常工作的小鼠(nectin-3 KO 小鼠，以下简称 nectin KO 小鼠)进行了比较。出生后即刻，在 Corti 器官中的毛细胞和支持细胞数量上没有观察到小鼠之间的差异。但是，这两种类型的细胞相互粘附的难易程度有所不同。在 nectin-3 KO 小鼠中，毛细胞粘附在一起(这通常不会发生)导致棋盘图案异常。在这一点上，研究人员假设测试这些老鼠的听力可能会揭示听力和棋盘图案之间的关系。他们使用听觉脑干反应 (ABR) 方法 (*2) 测量了一个多月大的 nectin KO 小鼠的听力。

研究人员随后检查了接受 ABR 测试的 nectin KO 小鼠的 Corti 器官，发现毛细胞数量减少了大约一半。接下来，他们着手找出为什么只有毛细胞(而不是支持细胞)消失了。他们发现，在 2 周龄后，毛细胞发生凋亡 (*3)。此外，对细胞凋亡痕迹的检查表明，许多相互粘附的细胞发生了细胞死亡。这导致研究人员假设毛细胞相互粘附(通常不会发生)导致细胞凋亡。

在上皮组织中，也包括柯蒂氏器，每个细胞之间都有紧密的连接。这些紧密连接不仅连接细胞，还阻止各种分子(包括离子)在细胞之间通过。如果柯蒂氏器没有这些紧密连接，毛细胞就无法正常运作，细胞就会死亡，听力就会丧失。在 nectin KO 小鼠中，在毛细胞粘附在一起的地方没有正确形成紧密连接。然而，紧密连接确实在毛细胞和支持细胞之间正确形成。只要两个毛细胞没有粘附在一起，就会保持正常的细胞功能。换句话说，仅在毛细胞异常粘附且紧密连接未正确形成的地方诱导毛细胞凋亡。

进一步研究

Nectin 是玛格丽塔岛外胚层发育不良 (*4) 的致病基因。除了唇裂或腭裂和智力障碍外，在这种遗传病的某些病例中也有耳聋的报道。因此，目前的研究结果可能会为一些病因不明的耳聋病例提供新的解释。

这项研究侧重于听觉，并证明了 Corti 器官中棋盘​​状细胞镶嵌图案的生理意义。然而，其他对外界刺激作出反应的感觉细胞及其各自的支持细胞也以相同的交替马赛克模式排列。这些马赛克图案存在于感觉器官中，例如负责嗅觉的嗅觉上皮细胞和负责视觉的视网膜。这些马赛克图案不仅存在于哺乳动物中，而且存在于各种其他生物体中，这一事实表明它们在功能上很重要。由于细胞之间粘附性的差异，感觉组织中的马赛克图案是由自组织产生的。