M型胆碱能受体在内侧橄榄耳蜗传出神经-毛细胞突触传递过程中的分布及作用机制

In mammalian inner ear, inner hair cells in the organ of Corti send acoustic information to the brain through synapses with peripheral afferent neurons. In return, feedback provided by efferent neurons located in the brainstem and projecting to the cochlea modulates that afferent activity, such as amplification of incoming sounds, discriminating sounds in a noisy background and protecting against acoustic injury, yet the molecular mechanisms remain for the most part unknown. Pharmacological studies suggest that efferent release of ACh activates a small conductance Ca2+-activated K+ channels (KCa) current (SK2), mediated by α9-containing nicotinic ACh receptor (α9nAChR) in cochlear outer hair cells (OHCs) of apical turn. However, recent studies suggested that efferent release of ACh activates a big conductance KCa current (BK) in cochlear OHCs of basal turn. Meanwhile, our recent studies suggested that efferent release of ACh activates m2 muscarinic ACh receptor (m2mAChR) mediating BK in type II vestibular hair cells of guinea pig. To better elucidate the type of AChR mediated BK in OHCs, we studied receptor localization using immunohistochemistry in cochlea and found m2mAChR was only present in olivocochlear neurons in cochlea, while m1mAChR was localized in OHCs. Therefore, the type of AChR mediated BK in OHCs is still subtler and the function of m2mAChR in the olivocochlear neurons should further study. If this work was supported by grants from the National Nature Science Foundation, we will clarify the type of AChR mediated BK in OHCs, the presynaptic role for muscarinic autoreceptors in ACh release, and provide the neuropharmacological basis for hearing loss therapy.

哺乳动物耳蜗传出神经系统对听觉具有重要调节作用，包括耳蜗放大作用、在噪声环境中辨别声音及保护听力免受噪声损伤，产生这些作用的分子机制尚未阐明。以往认为由于乙酰胆碱（ACh）通过外毛细胞上α9AChR介导小电导钙激活的钾电流（SK2）起作用，而最新研究发现在底圈外毛细胞上是通过BK起作用。我们最近在Ⅱ型前庭毛细胞上发现ACh通过m2AChR激活BK通道。然而在耳蜗免疫荧光预实验中发现m2AChR主要表达在传出神经末梢上，而m1AChR表达在外毛细胞上。因此，外毛细胞上介导BK电流的AChR类型及作用机制尚不清楚。本项目旨在探讨在外毛细胞上ACh激活BK电流的AChR类型及其作用机制以及揭示传出神经末梢上m2AChR作用机制。通过此项目完成将进一步从分子方面阐述耳蜗传出神经系统作用机制，并且揭示在耳蜗中是否存在自身受体反馈调控递质释放这一特殊现象，为耳聋疾病的治疗提供有价值的神经药理学基础。

哺乳动物内耳分为前庭和耳蜗两部分，前者维持机体平衡，后者获取外界声音。耳蜗通过其柯蒂氏器上机械敏感性的内毛细胞感知外界声音，同时脑干的上橄榄复合体发出传出神经纤维投射到耳蜗，对听觉产生重要的作用，主要包括对听觉信号放大作用、调控听觉的频率范围、帮助在背景噪声中识别听觉信号及在噪声刺激中起保护作用。传统的观点认为耳蜗传出神经系统通过释放乙酰胆碱（ACh），作用于外毛细胞上α9AChR受体，引起小电导钙激活的钾电流（SK2）而产生作用。然而我们最新研究发现在内耳的II型前庭毛细胞上发现了ACh激活的大电导钙激活的钾电流（BK），这个电流由m2AChR受体介导。高等脊椎动物II型前庭毛细胞和外毛细胞具有很多相似的电生理特性。近年来通过免疫荧光染色在大鼠的耳蜗外毛细胞上发现了BK通道的表达。根据前期大量的预实验研究我们提出了假设：在耳蜗外毛细胞上是否也存在ACh激活的BK通道，这个通道是否由m2AChR受体介导？获得了国家自然科学基金（81400462）资助。在国家自然科学基金的资助下，我们主要做了以下两方面研究：1.运用单细胞膜片钳技术对耳蜗底圈的单离外毛细胞进行电生理研究，探索在底圈外毛细胞上ACh受体介导的电流类型及产生该作用的胆碱能受体类型；2.运用免疫荧光染色行形态学研究，探索M型胆碱能受体在听觉传出神经系统上的分布。通过以上研究，我们发现：1. 在耳蜗底圈外毛细胞上发现了BK通道的表达，并且在传出神经末梢上BK通道也存在；2. 耳蜗底圈外毛细胞上发现ACh激活的BK电流由α9α10AChR介导；3. m2AChR不表达于外毛细胞上，而在耳蜗传出神经纤维末梢上也有表达；4.在耳蜗初级传出神经元即螺旋神经节上，M1、M3及M5型胆碱能受体在螺旋神经节神经元上表达，而M2和M4型胆碱能受体表达在包裹神经元周围的胶质细胞上，更为有趣的是M1型胆碱能受体主要表达在II型传入神经元上。通过以上发现我们得到在耳蜗底圈外毛细胞上存在α9α10AChR介导BK电流，同时提出了有意义的问题：1.传出神经末梢上M2型胆碱能受体有什么作用？2.II型螺旋神经元上表达的M1型胆碱能受体有什么作用？需要我们进一步探索。