9月3日，中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、神經(jīng)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、上海腦科學(xué)與類腦研究中心劉志勇研究組完成的研究論文《同時過表達(dá)Atoh1和Ikzf2促進(jìn)成年耳蝸支持細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為外毛細(xì)胞》，在線發(fā)表在eLife上。該研究首次實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)原位再生Prestin陽性的外毛細(xì)胞。

耳蝸外毛細(xì)胞是聲音放大器，其特異表達(dá)的馬達(dá)蛋白Prestin（圖1A，綠色）可顯著提高對外界聲音感知的靈敏度。耳毒性藥物、噪音和衰老等因素均可造成外毛細(xì)胞的損傷（圖1B）。低等非哺乳類動物的毛細(xì)胞損傷后，其周邊的支持細(xì)胞能夠轉(zhuǎn)分化產(chǎn)生新的毛細(xì)胞。然而，人類和其他哺乳類動物均喪失了自我再生毛細(xì)胞的能力，臨床上外毛細(xì)胞損傷導(dǎo)致嚴(yán)重的聽力損傷。Atoh1是耳蝸毛細(xì)胞發(fā)育過程的重要基因。體內(nèi)過表達(dá)Atoh1可把幼年小鼠支持細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞，但無法將成年支持細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槊?xì)胞（圖1C）。因此，如何將小鼠成年支持細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為毛細(xì)胞，尤其是表達(dá)Prestin、有功能的外毛細(xì)胞是聽覺領(lǐng)域的重要卻懸而未決的科學(xué)問題。

Ikzf2是在耳蝸外毛細(xì)胞特異表達(dá)的一個基因，其功能突變導(dǎo)致外毛細(xì)胞發(fā)育障礙。劉志勇研究組提出研究假說：同時過表達(dá)Atoh1和Ikzf2能夠把成年小鼠支持細(xì)胞轉(zhuǎn)分化為Prestin陽性的外毛細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)這一假說（圖1C、D）：單獨(dú)Atoh1或Ikzf2均不能轉(zhuǎn)分化成年小鼠支持細(xì)胞，但Atoh1和Ikzf2一起可以把成年小鼠支持細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)镻restin陽性的外毛細(xì)胞（箭頭，圖1E-E”）。Atoh1和Ikzf2協(xié)同轉(zhuǎn)分化效率在外毛細(xì)胞損傷的模型中得到提高，達(dá)到16%-29%。

為了進(jìn)一步確定新生外毛細(xì)胞的特征，劉志勇研究組開展了超高分辨率的掃描電鏡（圖2A、B）和單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析（圖2C、D）。研究表明，新生的外毛細(xì)胞頂部不僅具有纖毛，而且其基因表達(dá)譜也與野生型外毛細(xì)胞相似（箭頭，圖2D），而與內(nèi)耳其他類型的毛細(xì)胞有明顯的差別。科研人員首次在成年小鼠耳蝸內(nèi)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)分化支持細(xì)胞為Prestin陽性的外毛細(xì)胞，其新生外毛細(xì)胞的成熟度超過此前的研究，這為臨床治療外毛細(xì)胞損傷提供了更堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

研究工作獲得腦智卓越創(chuàng)新中心分子平臺、光學(xué)平臺、電鏡平臺及實(shí)驗(yàn)動物平臺的支持，并得到科技部、中科院、國家自然科學(xué)基金委員會、上海市等的資助。

　　圖1.成年耳蝸外毛細(xì)胞再生。（A）耳蝸有3排表達(dá)馬達(dá)蛋白Prestin的外毛細(xì)胞。（B）外毛細(xì)細(xì)胞損傷是臨床耳聾的重要原因。（C）單獨(dú)過表達(dá)Atoh1或Ikzf2均不能轉(zhuǎn)分化成年耳蝸支持細(xì)胞，但同時過表達(dá)它們可以產(chǎn)生Prestin+的新生外毛細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)成年耳蝸支持細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。（D）成年外毛細(xì)胞再生體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的示意圖。成年支持細(xì)胞在表達(dá)Atoh1和Ikzf2的同時，被標(biāo)記為紅色，可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)的譜系追蹤分析。（E-E”）箭頭所示為一新生外毛細(xì)胞，紅色代表其初始來源細(xì)胞為成年支持細(xì)胞，表達(dá)了Prestin馬達(dá)蛋白。

　　圖2.新生外毛細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)錄組分析。（A）野生型外毛細(xì)胞頂部的纖毛呈V字形。（B）殺傷再生后的新生外毛細(xì)胞的纖毛形狀不規(guī)則。（C）結(jié)合手工分選和smartseq單細(xì)胞測序的辦法進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析。（D）轉(zhuǎn)錄組分析顯示新生外毛細(xì)胞（紫色箭頭）和新生野生型外毛細(xì)胞（P1_WT OHC）更接近。

來源： 腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心