斑马鱼动感毛细胞损伤/再生新模型的建立

Otic mechanosensory hair cell (HC) damage/death accounts for both hearing loss and balance disorders in humans. Once lost, adult mammalian inner ear (cochlear and utricle) almost fails completely to regenerate HCs. However, recent studies reveal that like avian inner ear , neonatal mouse utricle can regenerate HCs via mitotic regeneration and direct conversion modes. Zebrafish lateral line neuromast resembles otic utricle in structure, composed of HCs and supporting cells. Although structurally simpler, ototoxcin-damaged neuromast can quickly regenerate its HCs in life time. In fact, features such as that neuromast cells are on body surface, easily subjected to live monitor their behaviors and experimentally accessible have already made lateral line neuromast to be an ideal model to study HC regeneration. Our preliminary research reveals that cisplatin-damaged neuromast can regenerate HCs via both regeneration modes, different from a previous consensus stating that only mitotic regeneration is present in fish neuromast. Taking advantage of genetic approach, cell biology and transgenic technology developed in zebrafish, we will find out signaling pathways and novel factors/genes that regulate HC regeneration in cisplatin-damaged neuromast and figure out a molecular genetics network of regulation. Ultimately, we may understand why newborn mammals quickly lose their ability to regenerate HCs while growing into adulthood.

内耳动感毛细胞损伤和死亡是人听力丧失和平衡紊乱的要因。近年来的研究发现初生小鼠内耳椭圆囊与鸟类内耳（耳蜗和椭圆囊）类似，可通过增殖再生和直接转分化两种模式再生毛细胞。而成年哺乳动物一旦毛细胞受损，其内耳几乎没有再生毛细胞能力。斑马鱼侧线神经丘与内耳椭圆囊有相似细胞组成（毛细胞和支持细胞），尽管结构简单，幼年和成体神经丘一经耳毒性伤害均可迅速自发再生毛细胞。事实上，分布于体表、易于实验操作和细胞追踪的特性使神经丘成为了一个研究毛细胞再生的好模型。不同于以往研究得出的共识，即神经丘只有增殖再生模式，我们近来发现神经丘被顺铂损伤后通过两种再生模式产生新毛细胞。运用斑马鱼作为模式动物的各种优势和手段，我们有望找到参与调控侧线毛细胞再生过程的信号通路，新因子以及它们之间的分子遗传学关联。本研究也有可能解密为什么初生哺乳动物内耳会逐渐失去再生毛细胞能力。

斑马鱼是平衡觉器官，包括内耳和侧线系统，及相关疾病研究的良好模型。与其他脊椎动物一样，斑马鱼侧线神经丘和内耳毛细胞是极易受伤致死的神经细胞，然而斑马鱼的内耳/侧线神经丘短时间内即可补充所有丢失的毛细胞，因此，斑马鱼毛细胞再生的分子调控机制研究有可能为最终实现人再生毛细胞提供理论基础。运用经典、分子及化学遗传学等手段，并结合细胞追踪和行为学分析技术，本课题发现了斑马鱼神经丘的一个全新毛细胞再生程序，1）在顺铂致残神经丘过程中出现的高Wnt信号是由毛细胞死亡->Sim1b->dvl3a/ctnnb1调控轴介导的；2）高Wnt/低Notch信号组合是新毛细胞命运特化的主要调控机制；3）存在转分化再生途径，新生毛细胞源自处于M-G1细胞周期的前体细胞，这些结果有别于新霉素致残神经丘所引发的再生程序。此外，本课题还首次揭示侧线神经丘对低频震动刺激的敏感性，而内耳椭圆囊感觉上皮（借助耳石）可感知水平移动和高频声音刺激。有趣的是，侧线神经丘和内耳毛细胞损伤均可导致多动症状，为解释人平衡功能缺陷和多动症的共病现象提供了有力证据。总之，本课题基本、甚至超预期完成了原定目标，并将继续深入探究神经丘毛细胞再生机制。