PNAS：新方法让内耳中的毛细胞再生，有望治疗听力损失

医学界一直没有找到有效的听力损失治疗方法，因为一旦内耳中称为毛细胞（hair cell）的感觉细胞遭受损坏或破坏，它们就无法再生。毛细胞的这种损失，可能是由老化、噪音暴露和其他因素造成的，使个人的听力损失成为永久性的。

来自美国麻省总医院下属的马萨诸塞州眼耳医院的研究人员希望开发出一种解决方案来解决这一长期存在的限制。在一项新的研究中，马萨诸塞州眼耳医院的Zheng-Yi Chen博士及其研究团队开发出一种由不同分子组成的类似药物的混合物，该分子混合物通过重编程内耳中的一系列遗传途径，成功地使小鼠模型中的毛细胞再生。他们希望这一新发现有朝一日能够为一种可用于听力损失患者的基因疗法的临床试验铺平道路。相关研究结果于2023年4月17日在线发表在PNAS期刊上，论文标题为“Reprogramming by drug-like molecules leads to regeneration of cochlear hair cell–like cells in adult mice”。

Chen说，“这些发现非常令人兴奋，因为在听力损失领域的历史上，在内耳中再生毛细胞的能力一直是人们追求的最高目标。我们如今有了一种类似药物的分子混合物，它展示了一种我们可以为未来的临床应用进行探索的方法的可行性。”

新方法实现听力损失治疗

听力损失影响着大约4800万美国人和全世界4.3亿人，预计这一数字将随着人口老龄化而增长。这些人中有90%以上患有感觉神经性听力损失（sensorineural hearing loss），这是由于内耳受损和负责向大脑传递声音的毛细胞受到破坏造成的。

包括人类在内的哺乳动物的毛细胞不能再生，因为与身体的其他细胞不同，内耳中任何存留下来的毛细胞不能分裂，其他内耳细胞也不能将自己转化为新的毛细胞。然而，诸如鱼类、鸟类和爬行动物之类的其他物种则拥有这种能力。

此前，Chen团队研究了斑马鱼和鸡，以揭开哪些途径负责诱导新的毛细胞再生所需的细胞分裂。他们发现两个分子信号通路---Myc和Notch---对这个过程至关重要。在2019年发表的一项研究中，他们首次发现，当这两个途径在成年转基因小鼠中被激活时，剩余的内耳细胞可以分裂并形成毛细胞的特征（Nature Communications, 2019, doi:10.1038/s41467-019-13157-7）。这些新形成的细胞具有转播声音信号的转导通道，以及与听觉神经元形成连接的能力---这些过程对听力至关重要。

Chen说，虽然这在当时是一个令人兴奋的发现，但这种方法并不能直接应用于人类。与转基因小鼠不同，人类不能像电灯开关一样开启Myc和Notch途径。他解释说，必须将药物疗法引入内耳以激活Myc和Notch途径。

以前的研究已表明一种名为丙戊酸（valproic acid,VPA）的化学物可以激活Notch，但是没有分子可以有效激活Myc。这导致Chen团队转而寻找能够改变当Myc被激活时开启和关闭的下游途径的药物分子。

VPA/MYC协同重编程成体支持细胞以实现毛细胞样细胞再生。图片来自PNAS, 2023, doi:10.1073/pnas.2215253120。

通过单细胞RNA测序，他们发现激活Myc和Notch会导致下游效应，在这种效应中，另外两条通途径Wnt和cAMP被激活。重要的是，他们发现了能够直接激活Wnt和cAMP的化学化合物。然后，他们使用称为小干扰RNA（siRNA）的小生物分子来消除抑制Myc途径激活的下游基因。

Chen解释说，“开车的时候要考虑刹车。如果刹车一直处于接合状态，你就不能开车了。我们发现了一种siRNA，可以去除这种遗传途径中的刹车。”

这些作者随后将这些化合物和siRNA分子组合成一种类似药物的混合物。他们将这种混合物递送到毛细胞受损的正常成年小鼠的内耳中。他们进一步通过一种利用一种无害的腺病毒的基因疗法将基因Atoh1递送到经过这种混合物处理的小鼠内耳中。值得注意的是，他们发现这种类似药物的混合物与腺病毒一起开启了Myc和Notch，从而导致了新毛细胞的再生。他们通过先进的成像和其他技术验证了这些毛细胞的功能。

通过基因疗法使毛细胞再生

像Chen这样的研究表明，基因疗法有望治疗像听力损失这样的不治之症。去年，在麻省总医院布里格姆世界医学创新论坛上，这个研究项目从数百个项目中脱颖而出，成为最有可能在未来几年对医疗保健产生重大影响的“颠覆性十几个”基因和细胞治疗技术之一。麻省总医院最近启动了它的基因与细胞治疗研究所，以帮助将像Chen这样的研究人员的科学发现转化为首次人体临床试验，并最终为患者提供改变生活的治疗。

Chen团队正在进行持续的研究，并在更大的动物模型中完善这种治疗方法，这在申请启动临床试验之前是必要的。他们指出，需要进行更多的研究来解决将疗法递送到内耳中的局限性和挑战。

他们正在研究不同的基因疗法和外科手术方法，比如一种称为腺相关病毒（AAV）的不同病毒载体能够通过一种新的外科手术精确而安全地将基因疗法递送到内耳。类似的AAV-外科手术方法目前在马萨诸塞州眼耳医院用于盲性遗传性视网膜疾病患者的获批和实验性药物治疗。

Chen说，“那些急于寻求有效治疗的听力损失患者经常联系到我和我的同事们经常。如果我们能将外科手术与精制的基因疗法递送结合起来，我们希望能实现我们的首要目标，将一种新的治疗方法带入临床试验。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Yi-Zhou Quan et al. Reprogramming by drug-like molecules leads to regeneration of cochlear hair cell-like cells in adult mice. PNAS, 2023, doi:10.1073/pnas.2215253120.