Wnt信号通路在小鼠前庭器毛细胞发育与再生中的作用

The cochlea and the vestibular organs use a small population of sensory hair cell (HCs) as mechano-electric transducers. Within the vestibular system, the loss of hair cells usually leads to the functional disability. Recent study found that the hair cells can initiate a spontaneous restricted regeneration after injury in mice utricle. In numerous kinds of organs and tissues, the Wnt/b-catenin pathway plays an important role in the stem cell proliferation and differentiation. B-catenin controls the expression of Atoh1 which is closely link with the hair cell development. Our previous study found that some of the Lgr5+ cells in the cochlear can proliferate and different to new hair cells after b-catenin signaling overexpression. This result revealed the Wnt pathway is important in inner ear hair cell regeneration. In this study, we will handle two parts of experiment to certificate that the Wnt pathway plays an important role in the hair cell development and regeneration in utricle, b-catenin down-regulation will inhibit the hair cell postnatal development and its up-regulation will induce proliferative hair cell regeneration after injury in adult mice. Completion of the proposed project will test and verify the feasibility of manipulation Wnt pathway to induce proliferative hair cell regeneration in the inner ear.

内耳毛细胞通过机械电信号发出并传递信息。在前庭系统中，毛细胞的丢失是平衡失调的常见原因。在近期研究中发现，虽然小鼠前庭毛细胞在受损后能够部分得到自发性再生，但其数量和功能恢复尚不完全。Wnt/b-catenin信号通路对众多器官及组织干细胞增殖及分化起着重要的调控作用。b-catenin调控着毛细胞Atoh1的表达，而后者又与毛细胞的发育紧密联系。前期研究中，高表达b-catenin能使耳蜗Lgr5细胞增殖并分化为毛细胞。从而揭示了该通路在毛细胞再生领域的重要研究价值。本课题尝试通过在新生鼠椭圆囊毛细胞发育阶段敲除b-catenin及在受损成年鼠椭圆囊内提高b-catenin两种方法，验证其对椭圆囊内毛细胞发育与再生的调控作用。从而进一步验证调控Wnt/b-catenin信号通路可使内耳增殖性再生毛细胞。

耳聋是最常见的残疾之一。而在人类，绝大多数的听力减退或丧失是由于毛细胞和听神经的退行性变和死亡造成的。哺乳动物的支持细胞缺乏自发性增殖的能力和再生成为毛细胞的功能。但是，支持细胞的分裂增殖可能是最理想的毛细胞再生途径。通过这一途径，耳蜗感觉上皮有可能在生成新的毛细胞的同时，又保留支持细胞的数量和功能，从而为听觉功能的恢复保留结构基础。.Wnt/β-catenin信号通路是在胚胎发育和成年组织再生过程中对多种组织内干细胞的增殖及分化起着重要作用的信号通路。组织再生在原理上会遵循并再次使用在组织发育过程中的分子及细胞机制。本课题首先通过研究Wnt/β-catenin信号通路在耳蜗发育过程中，特别是前体细胞向毛细胞分化阶段过程中的作用。研究中发现，耳蜗毛细胞分化过程中，敲除β-catenin会抑制毛细胞及柱细胞从前体细胞的分化。但如果毛细胞一旦形成，β-catenin的存在与否对其并不产生作用。相反，在耳蜗分化过程中，过表达β-catenin会使感觉前体细胞再次进入细胞周期，分裂增殖并形成更多前体细胞，但向毛细胞分化的过程受阻。耳蜗感觉上皮扩张增宽，但长度缩短。然后，本课题在新生鼠耳聋模型中研究毛细胞再生的可能性，并且通过调控Wnt/β-catenin信号通路观察毛细胞再生现象，尝试了解该信号通路在毛细胞再生中所起的作用。研究中发现，白喉毒素诱导的毛细胞坏死模型中，存在自发性毛细胞再生的现象。在此模型中，支持细胞通过再次进入细胞周期或直接分化的方式转变为新的毛细胞。自发性毛细胞再生的现象在阻断Wnt/β-catenin信号通路后受阻。然而在氨基糖甙类抗生素诱导的毛细胞凋亡中，毛细胞不能自发性再生。但提高Wnt/β-catenin信号通路的活性可诱导新生毛细胞产生。上述结果为毛细胞再生领域的研究提供了借鉴。