听力妨碍医治新思路！《科学》研讨破解耳蜗听觉毛细胞发育“基因暗码”

  全球约有1/5人群遭到不同程度听力损害，遗传骤变、噪音和耳毒性药物等导致的听觉毛细胞逝世是感音性耳聋的首要的要素之一。因而，研讨外毛细胞和内毛细胞命运决议和保持存活的分子机制，对协助耳聋患者康复听觉功用具有极端严峻的临床意义。

  近来，中国科学院脑科学与智能技能杰出立异中心刘志勇研讨组在《科学》（Science）上在线 is required for both inner hair cell fate stabilization and outer hair cell survival的研讨论文。该研讨报导了锌指转录因子Casz1在听觉毛细胞命运安稳与生计保持中的两层效果，解析了Casz1发挥功用的分子机制，为研讨基因操作修正听觉损害供给了新的思路和靶点。

  哺乳动物的声响感知依赖于耳蜗中的内毛细胞和外毛细胞两类听觉毛细胞。它们顶部均具有纤毛结构，声响振荡使纤毛发生偏转并激活外毛细胞和内毛细胞。其间，外毛细胞经过改动其细胞长度以发挥声响放大器的效果；内毛细胞则是首要的声响感触细胞，与螺旋神经节构成突触衔接。

  近年来的研讨发现，Tbx2是内毛细胞命运决议、分解和命运保持的要害转录因子，而Insm1和Ikzf2关于外毛细胞的命运保持、存活和功用至关重要。当时，耳蜗前体细胞终究怎么发育为外毛细胞和内毛细胞的准确基因调控网络尚不清楚。该团队剖析了外毛细胞和内毛细胞的明显差异表达基因，发现了物种间保存的锌指转录因子Casz1。Casz1在胚胎晚期至成年内毛细胞中一向高表达，却只在胚胎晚期和幼年期外毛细胞中瞬时表达。

  该研讨经过一系列剖析条件性Casz1敲除小鼠发现，在胚胎期缺失Casz1后，内毛细胞可以正常发生，但其细胞命运状况变得不安稳，开端表达外毛细胞基因并逐渐下调内毛细胞基因，完结内毛细胞向外毛细胞的命运改变，发生一类外毛细胞样细胞。一起，研讨显现，出世后条件性敲除Casz1，内毛细胞发育不受影响或影响甚微。这标明，Casz1的核心效果在于胚胎阶段，好像“守护者”一般，保证内毛细胞命运不偏离轨道，避免其改变为外毛细胞。

  在外毛细胞中，Casz1的首要任务是保持内毛细胞存活，发挥着不同效果。虽然失掉Casz1的外毛细胞能完结前期发育，但随着小鼠生长至成年，这些细胞开端逝世。因为外毛细胞和内毛细胞反常，条件性Casz1敲除小鼠表现出严峻的听力妨碍。

  ▲Casz1在耳蜗听觉毛细胞发育中的表达特征及功用（图片来自：原始论文[1]）

  为讨论Casz1调控听觉毛细胞发育的分子机制，该研讨凭借全长单细胞转录组剖析技能，解析缺失Casz1后外毛细胞和内毛细胞的基因表达改变。进一步，研讨经过遗传学回补试验承认转录因子Gata3是Casz1的重要下流效应分子。研讨显现，Gata3在Casz1-/-内毛细胞中明显下降，在Casz1-/-小鼠中回补Gata3, 可抑制Casz1-/-内毛细胞的反常和缓解外毛细胞的逝世表型，完成Casz1-/-小鼠听觉功用的部分康复。

  研讨发现，Tbx2在内毛细胞分解中发挥及其重要的效果，而Insm1在外毛细胞分解前期发挥效果。因而，研讨经过小鼠体内遗传学试验证明，Tbx2对Casz1发挥上位调控效果，过表达Tbx2可以彻底阻挠Casz1-/-内毛细胞向外毛细胞转分解。从而，研讨标明，Casz1-/-内毛细胞向外毛细胞改变的进程不依赖于Insm1，提示Casz1敲除介导的内毛细胞向外毛细胞的转分解进程不一定彻底重复外毛细胞正常的发育轨道。

  研讨团队经过单细胞转录组、电生理记载、电镜、细胞功用剖析和小鼠遗传学模型等技能，初次解析了Casz1在听觉毛细胞中的两层效果，提醒了Tbx2-Casz1-Gata3转录调控通路参加前期内毛细胞的命运安稳，发现了Casz1在纤毛发育和外毛细胞存活中及其重要的效果。这一效果为根底听觉科学研讨范畴增添了重要一环，为未来促进听觉毛细胞再生与纤毛功用康复供给了潜在基因靶点，有望推进听觉毛细胞损害基因医治范畴的开展，为听力妨碍患者带来医治新思路。

  研讨工作得到科学技能部、国家自然科学基金委员会、中国科学院及上海市的支撑。