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全球20%的人听力受损,它与肠脑轴之间可能也存在关联

 菌情观察室 2023-12-25 发布于北京

听力损失影响全球20%以上的人口,而全球5%以上的人中度听力损失甚至完全损失。听力损失可发生在不同年龄,原因也各不相同,70岁以上的老年人和5岁以下儿童的风险最大。成人和儿童听力损失的严重程度各不相同,可能发生在单耳或双耳。听力损失给世界各地的医疗资源带来了沉重负担,严重影响患者的生活质量。许多研究提供了大量证据,证明耳朵、肠道和大脑之间存在联系。

我们的听觉系统

听觉系统可以清晰地分为两部分:外周听觉系统包括外耳、中耳和内耳的结构,在这里,声音被接收并转化为电信号;中枢听觉系统负责将听觉电信号从耳蜗传送到大脑,并在那里进行加工处理。

  • 外周听觉系统

听觉信号由耳廓引导进入外耳道,然后穿过鼓膜。外耳的功能是根据频率过滤声音以及放大听觉信号。外耳在声音的方向定位中也起着重要作用,根据声音的频率和到达每只耳朵的时间,可以确定声源的方向。

中耳从外侧的鼓膜延伸到耳蜗的卵形窗。有三块重要的骨头参与声音通过中耳的传递:锤骨、砧骨和镫骨。声音以机械信号的形式从鼓膜沿着这些骨头传递。声音的放大也发生在中耳,这是至关重要的,因为声音到达内耳耳蜗时,由于声音所经过的介质密度的增加而产生阻力。中耳也是分别通过咽鼓管和乳突气房连接鼻子和呼吸系统的地方。

在内耳中,有许多重要的结构,包括帮助维持平衡的前庭迷路和耳蜗内的膜迷路。在这里,机械信号被转换成电信号。当镫骨振动时,膜迷宫周围的液体也随之振动,这会被转化为动作电位,通过动作电位,听觉信号沿着听神经传递到大脑。

  • 中枢听觉系统

听神经是中枢听觉系统的起点,听觉系统和大脑在这里交汇。电信号通过听神经从耳蜗传递到脑干的耳蜗神经核,然后信号传递到上橄榄核,再传递到下丘脑,再传递到内侧膝状体,最后传递到听觉皮层,主要信号在初级听觉皮层处理,而处理更细致的声音也需要次级听觉皮层的活动。白质神经纤维束连接着中枢听觉系统的结构。外周听觉系统的损伤或破坏可导致下游的中枢听觉系统的有害影响。

听力损失

听力损失主要分为四类:传导性听力损失、感音神经性听力损失、混合性听力损失和中枢性听力损失。

  • 传导性听力损失:当声音从外耳经中耳到内耳耳蜗的传导被中断时,就会发生传导性听力损失。这可能是由于中耳结构受损造成的,如鼓膜、乳突或听骨链。中耳感染或鼓膜周围的异常生长也会导致传导性听力损失。

  • 感音神经性听力损失:感音神经性听力损失是由于耳蜗向大脑的信号传递不正确引起的,这要么是由于耳蜗内的振动信号没有正确转化为电信号,要么是由于神经损伤。先天性感音神经性听力损失可由病毒感染引起,比如先天性巨细胞病毒感染。耳朵内化疗药物和抗生素的毒性作用也可能导致感音神经性听力损失。

  • 混合性听力损失:混合性听力损失是传导性听力损失和感音神经性听力损失的结合。

  • 中枢性听力损失:中枢性听力损失涉及到中枢听觉系统的破坏,它是始于耳蜗发出的听神经,一直到大脑的听觉皮层。中枢性听力损失和中枢听觉系统的处理障碍有许多可能的原因,包括脑部病变、脑膜炎感染、脑损伤、中风、多发性硬化症、重金属中毒、妊娠期缺氧等,也可能随着年龄的增长而发生。

肠道-听觉轴存在吗?

有许多基因与肠道和耳朵的发育有关,这些基因的突变既会导致肠道功能的破坏,也会影响耳朵和听力。例如:

  • 胚胎期一个叫做RETrearranged during transfer)的基因突变通常与人类先天性巨结肠病有关。该基因是发育过程中肠道神经系统建立所必需的。一项调查该基因在先天性巨结肠病中的作用的研究发现,该基因突变也会导致人类的听力损失。最近的一项动物研究表明,该基因的突变可能会导致小脑发育不全。

  • Sox10SRY-related HMG-box 10, 性别决定区Y框蛋白10)、Edn3endothelin-3,内皮素-3Ednrbendothelin-B receptor,内皮素B受体)基因突变的小鼠中,也观察到结肠过度扩张和肠道神经系统发育异常。神经嵴细胞的末梢分化和凋亡可能导致这些细胞在发育过程中进入肠道区域的数量减少,最终导致肠道发育异常,从而缩短小鼠的寿命。此外,这些基因的突变还可以减少耳朵中黑色素细胞的数量,而耳蜗的功能需要这些细胞。人类研究也发现了黑色素细胞及其携带的黑色素在耳朵发育中的重要性,而SOX10通常被用作黑色素细胞的细胞类型标记,这强调了肠道神经系统与听力活动之间的联系。

  • USH1C基因的突变同样会影响耳朵和肠道。先天性感音神经性听力损失和肠道功能紊乱在Usher 1型综合征患者中都有报道。体外研究和动物研究表明,维持耳静纤毛和肠道微绒毛之间结构和稳定性的蛋白质相互作用在Usher综合征中受到影响。这是由于USH1C基因编码的蛋白是一种与钙粘蛋白形成蛋白质复合物的重要蛋白质,如果突变会导致肠道微绒毛和耳静纤毛的排列破坏。此外,在一项对Ush1c突变小鼠的小型研究中发现耳毛细胞的组织受到影响,这些小鼠在用于听觉脑干反应测试的典型阈值下没有反应,而野生型小鼠具有正常的听觉脑干反应。

这些遗传性疾病为肠道和耳朵之间的联系提供了证据。越来越多的研究开始触及听觉--脑轴或耳-肠轴的各个方面。

听觉--脑轴的证据

许多连接肠道菌群和大脑的关键角色也可能与听觉系统相连接,这就是听觉--脑轴。2000年,挪威的一项研究发现,与健康人相比,炎症性肠病患者在处理听觉信号方面存在差异,尤其是在大脑额叶。从那以后,越来越多的研究证据证明,耳朵、肠道和大脑之间存在联系。

  • 对动物的大量研究表明,听觉系统和肠脑轴之间存在着可靠的联系。在巴甫洛夫的条件反射实验中,大鼠在被电击前暴露在声音刺激下,通过手术切断传入迷走神经连接的大鼠对声音刺激表现出更高的恐惧反应。因此,迷走神经在调节或减少声音刺激后的恐惧反应中起着重要作用,而迷走神经是肠脑轴信号的重要组成部分。

  • 长期暴露在噪音中,会破坏肠道菌群组成,导致β-淀粉样蛋白的积累和小鼠认知能力的下降,β-淀粉样蛋白是阿尔茨海默病的关键标志物之一。这些小鼠的肠道通透性也受到影响,血脑屏障的完整性也受到损害。此外,长期暴露于噪音的小鼠血液中炎症标志物水平增加,氧化应激加剧,肠道菌群功能发生改变。补充益生菌可以成功地改善小鼠胎儿发育期间噪音应激引起的行为改变。总的来说,噪音可以影响肠-脑轴,它们可以通过多种信号通路与听觉系统相联系。

  • 在另一项调查衰老相关的听力损失的小鼠模型研究中,摄入热杀死的乳酸乳球菌可以改善听力结果,表现为脑干产生反应所需的听觉信号强度降低。因此,中枢听觉系统可以通过改变肠道菌群而受到影响。饮食诱导的肠道菌群组成的改变,可以在基因表达水平上影响耳朵,具体来说,影响脑源性神经营养因子(BDNF)的表达,这是向中枢听觉系统传递感觉信号的传入神经元存活所必需的。

  • 一项使用脑电图对一个月大婴儿进行的人体研究显示,抗生素(氨苄青霉素和庆大霉素)的使用与对听觉刺激的反应之间存在联系。与陌生人的声音相比,婴儿对母亲的声音通常有更大的脑电图信号,然而使用抗生素处理的婴儿则表现出相反的反应。接受抗生素处理的婴儿对陌生人声音作出反应的脑电图信号在前额和中央头皮区域较低,这两个区域参与处理听觉记忆。然而,当他们听到自己母亲的声音时,脑电图信号幅度的下降更为剧烈。因此,抗生素使用可能影响婴儿处理记忆和处理声音的能力。同时,抗生素的使用也会改变婴儿肠道菌群组成并对神经系统产生毒性作用,这也提示听觉与肠脑轴之间的可能联系。

  • 最后,研究表明,肠道菌群可以在认知水平上影响中枢听觉系统。一项针对艾滋病毒感染者的研究发现,连续补充6个月的益生菌可以显著提高处理听觉信号和听觉记忆的能力。与补充益生菌前相比,这些人的听觉语言学习测试结果有所改善,与那些未补充益生菌的感染者相比,也是如此。2021年的一项研究发现,婴儿肠道菌群组成与语言发育之间存在关联,产短链脂肪酸丁酸的Coprococcus eutactus丰度高与更好的语言发育有关。

 

连接听觉系统、肠道菌群和大脑的关键角色

肠道菌群和大脑可以通过许多信号传导途径相互沟通,它们也可能影响听觉-肠道轴和听觉-大脑轴。

1、解剖机制

  • 迷走神经

迷走神经是肠脑轴信号传导的重要组成部分,它连接脑干的延髓部分与胃和肠。迷走神经在自主神经系统中扮演着重要的角色,调节消化系统和身体其它器官的无意识活动。在连接大脑和肠道的迷走神经纤维中,约10-20%的神经纤维将信号从大脑向下传递到肠道,而其余的约80-90%的神经纤维将信号从肠道向上传递到大脑。

除了连接肠道和大脑的迷走神经分支外,还有其它一些分支,包括耳廓分支,它连接外耳的各种结构。通过迷走神经提供电刺激是一种非侵入性治疗癫痫发作的技术,已经使用多年。最近,刺激耳廓分支已被确定为治疗许多神经系统疾病和损伤的一种有希望的方法,包括重度抑郁症和中风。在一小群患有炎症性肠病的成年女性中发现,刺激迷走神经耳廓分支可以缓解疼痛并缓解疾病症状的严重程度。

耳鸣是一种以耳内嗡嗡响为特征的疾病,有时可能由感染、脑损伤或药物引起的耳毒性所引起,研究表明,刺激迷走神经耳廓分支具有治疗耳鸣的潜力,可以缓解耳鸣相关的压力,减少耳鸣相关的症状。此外,刺激迷走神经耳廓分支还可以加强肠道和大脑之间的双向连接,特别是在食欲方面。

总之,这些结果为耳朵、肠道和大脑之间的联系提供了解剖学证据。刺激迷走神经的耳廓分支可用于治疗身体这三个部位的疾病,包括抑郁症、炎症性肠病和耳鸣。

  • 口腔、鼻腔和呼吸道菌群

口服益生菌可用于治疗中耳炎等耳部感染。此外,以鼻喷雾剂的形式引入益生菌,它可以通过咽鼓管起作用,也可以使中耳炎得到成功治疗。由于鼻咽部、口腔和肺部菌群在解剖学上接近耳朵,因此它们可能在肠道和耳朵之间提供另一种连接。

许多研究发现,中耳炎儿童的中耳菌群与鼻咽、口咽或外耳菌群存在相似性。因此,中耳的微生物可能来源于这些邻近的微生物群落。鼻咽部和外耳也可能是引起中耳感染的病原体的来源。鼻咽菌群可能比中耳菌群能更有效地预测中耳炎感染的结果。

有证据表明,呼吸道菌群也可能与中耳菌群有关。在患有中耳炎的儿童中,哮喘等呼吸问题会影响耳部菌群的组成。此外,研究已经发现,唾液链球菌是一种在新生儿早期发育过程中存在于口腔和肠道的细菌,常见于呼吸道,它可能对耳部菌群具有有益的影响。唾液链球菌被认为是治疗中耳炎的潜在益生菌,因为该菌株具有靶向抑制耳内致病菌的能力。

研究还揭示了鼻咽菌群与大脑之间的联系。一项关于新冠病毒的研究表明,该病毒可以感染大脑,而鼻粘膜可能是其进入途径。一些小的案例研究也表明,引起脑膜炎的病原体可能起源于鼻咽部。总之,这些发现表明,起源于鼻咽部的感染可以影响大脑。

最后,对鼻咽癌患者的研究发现,中耳炎感染可能是大脑细菌感染的一个促成因素。放疗期间对血脑屏障的破坏在引发大脑感染中发挥作用。

这些研究都表明,致病微生物可以在鼻咽部、耳朵和大脑之间转移,也为耳朵与肠道和大脑之间存在联系提供了证据。

  • 晕动病中的内耳迷路

所谓晕动病就是我们日常说的晕车、晕船等,它们为耳朵、肠道和大脑之间的联系提供了另一种证据。前庭是内耳骨迷路的一个组成部分,是保持平衡所必需的,并且与晕动病有关。内耳迷路有病变的患者或手术切除的个体不像健康个体那样容易发生晕动病。在运动过程中,大脑从耳朵和眼睛接收到的信号混淆,会引发晕动病。

晕动病可表现为恶心,呕吐,并可能导致肠道蠕动和信号中断,因此,肠道菌群也可能与晕动病有关。一项涉及19名参与者的小型研究发现,益生菌可以有效治疗晕动病,尤其是晕船。

因此,耳朵、大脑和肠道都与晕动病有关,这也证明了它们之间存在着某种联系。

2、细胞外机制

肠道和大脑也通过一些细胞外信号通路相互交流,包括下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴、神经递质、内源性大麻素和细菌肽信号。有证据表明,这些可能也提供了与听觉系统的连接,加强了听觉--脑轴假说。

  • HPA轴与压力

HPA轴是一种调节应激激素释放的神经内分泌信号机制, 它已明确与肠脑轴有关。与拥有正常肠道菌群的小鼠相比,无菌小鼠对压力的反应更强,大脑边缘区域的皮质酮和促肾上腺皮质激素水平更高。如果给这些大鼠单独补充大肠杆菌,这种情况会加剧;但是如果给它们单独接种婴儿双歧杆菌或移植正常小鼠的粪便细菌,应激反应会恢复到正常的水平。因此,在神经发育过程中,肠道菌群的组成可能影响HPA轴的负反馈调节。

HPA轴还会影响胃饥饿素的产生,这是一种主要在肠道产生的激素。血液皮质醇水平升高是诱导胃饥饿素产生的原因。特定的肠道细菌及其代谢物可以调节胃饥饿素的产生。

HPA轴在调节听觉系统活动中也具有重要作用。小鼠研究表明,预先接触低分贝的声音可以通过HPA轴减少高分贝声音对内耳造成的有害影响。HPA轴受到刺激,会导致皮质酮和促肾上腺皮质激素更多地释放到血液中,同时耳蜗和室旁核中糖皮质激素受体表达增加。最终,糖皮质激素受体移动到内耳中负责将声音信号传递给大脑的螺旋神经节神经元,在那里它们可能影响下游过程。预先的听觉刺激提供的保护作用可以被糖皮质激素受体拮抗剂或通过手术切除肾上腺所逆转。

小鼠研究进一步揭示,促肾上腺皮质激素释放激素受体在内耳中表达,并可能在其自身的信号网络中发挥作用或与HPA轴相互作用。益生菌可以积极影响小鼠对听觉压力源的反应。在胎儿发育期间暴露于听觉刺激的小鼠具有更高的皮质酮水平,产前和产后口服益生菌可以恢复皮质酮水平。

在人体研究中,HPA轴与耳鸣有关。有耳鸣的成年人在社会和心理压力测试后皮质醇反应更慢,更不明显。

总之,这些研究表明,HPA轴可以作用于耳朵,从而可能在听觉系统和肠脑轴之间提供另一种连接。

  • 神经递质

神经递质是一种化学物质,它被释放到神经元之间的突触间隙中,作为对电信号的反应,可以驱动或抑制相邻神经元的动作电位。神经递质介导的神经元之间的交流是大脑功能和行为所必需的,包括学习和记忆、睡眠和情绪。

此外,肠道细菌也会释放神经递质作为其代谢活动的产物。补充益生菌可以影响大脑中神经递质的水平,比如γ-氨基丁酸(GABA)和谷氨酸。将自闭症患者的肠道菌群移植到怀孕母鼠体内,足以促进后代自闭症样的行为;将精神分裂症患者的肠道菌群移植到无菌小鼠,可以诱导小鼠行为的改变。此外,神经递质信号在也受到影响,从自闭症患者身上获得微生物的母鼠的后代表现出较低的系统性γ-氨基丁酸和去甲肾上腺素水平,从精神分裂症患者身上获得微生物的小鼠显示出较低的系统性多巴胺和较低的肠道γ-氨基丁酸水平。

神经递质在大脑和身体许多部位(包括肠道)之间的信号传递中起着至关重要的作用,这也可能将肠脑轴与耳朵连接到一起。动物研究表明,GABA作为一种抑制性神经递质,对内耳神经的长期存活和功能具有重要作用。此外,衰老相关的听力损失与内耳螺旋神经节上各种神经递质受体的减少有关,包括乙酰胆碱、N-甲基-D-天冬氨酸和γ-氨基丁酸受体,这将限制神经递质在耳朵中的作用能力。一项对大鼠的研究还发现,乙酰胆碱特异性神经元可能导致晕动病,因为乙酰胆碱受体抑制剂能够减轻晕动病相关症状。这些发现支持了神经递质在听觉--脑轴信号中的潜在贡献。

此外,人类研究揭示了神经递质在耳鸣中的作用。利用磁共振波谱研究发现,与年龄相仿、听力测试结果相似的健康对照组相比,患有单侧耳鸣的成年人的听觉皮层中γ-氨基丁酸水平较低。因此,神经递质在内耳和初级听觉皮层中都起着重要的作用。

  • 内源性大麻素

内源性大麻素的有趣之处在于,它们可以阻止神经递质的释放。它们可以作用于迷走神经和HPA轴等信号通路,在肠脑轴中发挥作用。特异性敲除迷走神经神经元中的大麻素受体,可以增加小鼠的肠动力。此外,束缚应激会激活HPA轴,导致小鼠体内糖皮质激素的释放,一旦压力触发因素被去除,内源性大麻素就会抑制这一过程。如果基因敲除大麻素受体或者使用大麻素受体拮抗剂,会导致皮质酮在更长的时间内以更高的水平释放,也就是说在缺乏内源性大麻素信号的情况下,应激反应会延长。

内源性大麻素/大麻素受体信号会影响大鼠在噪声压力下HPA轴的负反馈回路。听觉相关应激会导致全身应激激素水平升高,肾上腺中编码大麻素受体的基因转录增加,大脑各区域c-fos基因转录增加,包括中央听觉区。此外,大麻素受体拮抗剂会迫使这些小鼠血液皮质酮水平升高。这表明在听觉-肠道-大脑轴上还有另一种可能的信号传导途径。

化疗会导致听力损失,激活大麻素受体可以防止小鼠内耳的炎症和氧化应激。大麻素受体信号传导的靶点之一是耳蜗血管纹上的钠/钾泵,以保持内耳膜迷宫中的淋巴液(内淋巴)中的高钾水平。内淋巴稳态的破坏,可能会影响耳蜗的发育并影响听力。因此,内源性大麻素信号通过耳内大麻素受体的传导,可以维持耳内稳态,最终防止内耳损伤。此外,内源性大麻素或大麻素信号会影响小胶质细胞的分化,这是中枢神经系统中的常驻免疫细胞,在这种情况下,它们从促炎状态转变为抗炎状态,促炎细胞因子的释放减少。

大麻素受体在中枢听觉系统神经元中的表达不同于许多其它神经元,这对于通过这些神经元控制神经递质信号传导非常重要。特别是,大麻素受体在听觉脑干的抑制性突触上较少,而在兴奋性突触上表达较多。最终,内源性大麻素对听觉神经元中抑制性信号的限制能力较弱,但它们仍然可以抑制兴奋性信号来源。在大鼠的中枢听觉系统中,大麻素受体也与“刺激特异性适应”现象有关,也就是听觉系统通常经历的声音频率的听觉刺激在大脑中引起的反应不那么明显。

内源性大麻素系统提供了听觉系统、肠道和大脑相互联系的另一种可能机制。

  • 细菌代谢物

肠道中的细菌会消化食物并产生对人体至关重要的代谢物。例如,丁酸和乙酸等代谢物参与肠脑轴信号传导,并可能在各种神经系统疾病中发挥作用,包括阿尔茨海默病、帕金森病和多发性硬化。

此外,细菌代谢物可以通过触发调节性T细胞的分化来影响免疫系统。缺乏肠道微生物的小鼠调节性T细胞严重减少,而短链脂肪酸可以恢复调节性T细胞分化的能力。因此,短链脂肪酸可以通过调节性T细胞影响炎症的调节。

在大脑中,短链脂肪酸等细菌代谢物可以调节小胶质细胞的发育和活动。通过敲除短链脂肪酸受体,小鼠会表现出异常的小胶质细胞发育。给小鼠重复使用广谱性抗生素(甲硝唑、头孢西丁和庆大霉素)一个月,会导致肠道细菌减少,从而导致小胶质细胞发育不足。因此,肠道菌群在塑造中枢免疫系统中非常重要。

细菌代谢产物对免疫系统的影响可以延伸到耳朵。益生菌可以改变小鼠耳部特应性皮炎的免疫反应。此外,丁酸水平的升高可以将免疫反应从Th2型转变为Th1型,这有利于更好的疾病结局。因此,肠道微生物的代谢活动可以影响耳朵的免疫反应。最近的一项研究表明,小鼠摄入或在受损耳朵处直接应用从银耳中提取的多糖,可以改变肠道微生物和代谢谱,最终缓解特应性皮炎症状。

G蛋白偶联受体GPR43是一种短链脂肪酸受体,也与特应性皮炎和牛皮癣有关。虽然GPR43受体激动剂可以抑制Th2型免疫反应并减少特应性皮炎症状,然而该受体激动剂却会使牛皮癣小鼠耳朵的皮肤炎症水平升高。这些研究共同强调了短链脂肪酸受体在耳内免疫系统的过敏和炎症反应中的作用。

短链脂肪酸丁酸可以通过G蛋白偶联受体抑制组蛋白去乙酰化酶,减少神经元死亡和氧化应激。除了在神经系统中发挥保护作用外,丁酸对组蛋白去乙酰化酶的抑制作用也可以改善先前受到庆大霉素影响的豚鼠的听力。因此,短链脂肪酸可以在表观遗传水平上影响听力。

最后,短链脂肪酸可以通过迷走神经发挥作用,而迷走神经与耳朵、肠道和大脑之间的解剖学联系,为肠道微生物与听觉系统相互作用提供了另一种可能途径。

3、免疫系统机制

免疫系统在人体中起着至关重要的防御作用,是连接肠道微生物和大脑的另一种机制。人体70%的免疫系统位于肠道,它们训练免疫细胞区分病原体、有益细菌和宿主自身的细胞。肠道细菌也可能通过影响细胞因子信号传导来促进大脑的炎症反应。免疫系统在耳朵、肠道和大脑的相互作用中也具有潜在的作用。

  • 炎症

一些研究证明,肠道菌群会影响耳内免疫反应。白色念珠菌是一种存在于人类肠道但不自然存在于小鼠体内的微生物,2011年的一项小鼠研究观察了白色念珠菌在各种炎症性疾病中的作用。通过在耳朵上施用2,4-二硝基氟苯模拟接触性超敏反应,当将白色念珠菌引入小鼠肠道时,会发生更大程度的耳部肿胀,并伴有更高水平的促炎细胞因子。这些细菌还会导致其它炎症性疾病模型小鼠出现更糟糕的结果,比如类风湿关节炎和过敏性腹泻。

尿石素A是肠道微生物代谢鞣花酸产生的一种代谢物,为了研究尿石素A的潜力,研究人员使用乙酸肉豆蔻佛波醇在小鼠耳中诱导水肿并模拟中性粒细胞相关氧化应激。口服尿石素A可以抑制髓过氧化物酶活性和耳内炎症。这一发现表明,微生物代谢物可能影响耳朵免疫激活后的免疫反应和氧化应激反应。

人类的各种外耳、中耳和内耳疾病可能与肠道炎症有关。有中耳炎感染的儿童患炎症性肠病的风险也更大。感音神经性听力损失在溃疡性结肠炎和克罗恩病患者中更为普遍,但严重程度为轻度。

听力损失还与大脑炎症有关,表现为小胶质细胞的聚集。在噪声暴露导致耳鸣和听力损失后,从形态学改变和炎症细胞因子水平方面,小鼠中央听觉系统中观察到更大的小胶质细胞反应性。促炎细胞因子TNF-α基因敲除的小鼠耳鸣减少,听觉皮层炎症减弱,听觉脑干反应恢复,达到与野生型对照小鼠相似的水平。此外,使用TNF-α抑制剂阻止小胶质细胞的反应性,也可以减少耳鸣。

  • 自身免疫

自身免疫性疾病的发生是由于宿主免疫系统无法区分宿主细胞和病原体,导致宿主细胞受到攻击。许多自身免疫性疾病可导致听力丧失,比如,多发性硬化和乳糜泻,它们也会影响肠道和大脑。这也为听觉系统与肠道和大脑之间的联系提供了又一个证据。

多发性硬化

多发性硬化症是一种自身免疫性疾病,其中包裹神经元的髓鞘受损,导致中枢神经系统改变和神经功能障碍。多发性硬化患者的肠道菌群被破坏,将多发性硬化患者的粪便菌群移植给无菌小鼠,调节性T细胞的分化能力也受到影响。调节性T细胞在调节免疫系统中起着重要作用,破坏它们的功能会导致免疫系统不受控制并攻击宿主。一项小鼠研究也表明,多发性硬化患者的免疫系统可以攻击肠道神经系统,可能导致多发性硬化患者的胃肠道并发症。一项对动物和人类研究的综述表明,益生菌可以改善多发性硬化的临床结果。此外,益生菌也可以改善多发性硬化患者的不同心理健康指标。

除了影响大脑和肠道以外,多发性硬化患者还会出现听力损失,实际上可能是多发性硬化的早期症状。感音神经性听力损失通常突然发生,且只是暂时的。研究表明多发性硬化患者的感音神经性听力损失可能是由于耳蜗神经受损,这可能会导致对中枢听觉系统的下游影响。此外,多发性硬化患者也有眩晕的报道,这可能表明多发性硬化对前庭系统的影响。

乳糜泻

乳糜泻是一种肠道疾病,以摄入麸质后的炎症反应为特征。乳糜泻患者肠道菌群组成发生了改变,葡萄球菌属细菌较多。免疫球蛋白AIgA)是肠道中的主要抗体,它发挥着一些重要作用,包括中和病原体。乳糜泻患者肠道中IgA中和菌的比例较低。总的来说,致病菌的大量存在,加上肠道免疫系统提供保护性IgA反应以中和这些细菌的能力下降,可能引发炎症并增加细菌渗漏。许多研究表明,益生菌可以用于治疗乳糜泻。同时,乳糜泻也可能会影响大脑,尤其是白质区域。除了影响肠道和大脑以外,在一些乳糜泻患者中也观察到感音神经性听力损失。

这些自身免疫性疾病中肠道、大脑和听力障碍的共同发生,表明自身免疫可能是参与听觉-肠道-大脑轴的一种机制。

4、饮食机制

饮食是听觉系统与肠道和大脑相连的另一种机制。一些饮食因素的缺乏会影响神经发育,比如碘、锌和omega-3多不饱和脂肪酸。此外,碘和omega-3多不饱和脂肪酸缺乏与听力损失有关,而锌补充剂具有治疗感音神经性听力损失的潜力,因此,这些营养物质也会影响听觉系统。所以,饮食因素也可能代表了听觉--脑轴的潜在关键因素。

  • 益生菌 

益生菌已被广泛用于治疗患者的肠道和神经系统疾病。益生菌在重建肠道菌群组成和减少菌群失调引起的胃肠道症状方面发挥重要作用。具体地说,益生菌可以最大限度地减少抗生素引起的艰难梭菌感染以及由此引起的腹泻。

此外,益生菌可以降低肠道通透性,减少LPS向血液的渗漏。益生菌还可以通过HPA轴影响应激反应。总的来说,这些发现表明益生菌会影响肠-脑轴。

益生菌也可能对耳部有影响,耳部感染可以通过摄入益生菌来治疗。例如,口服益生菌是一种治疗中耳炎感染的有效方法。益生菌可以影响小鼠耳朵对过敏性损伤的免疫反应,导致Th2型免疫反应的减少以及更少的肥大细胞被招募到耳朵。最后,益生菌也可以在中枢听觉系统水平上对听力产生影响。

  • 胆碱 

由于人体无法产生足够的胆碱来满足其代谢需要,因此需要从饮食中摄取。胆碱缺乏会改变肠道菌群的组成。

孕妇补充胆碱对大脑发育具有有益影响,可以改善婴儿的神经认知结果。例如,在怀孕期间为母亲提供胆碱补充剂可以减少产前酒精暴露对婴儿造成的神经解剖学损伤。胆碱是产生乙酰胆碱的重要前体,而乙酰胆碱是神经认知功能的主要神经递质。胆碱或乙酰胆碱的减少,或者胆碱依赖性信号的中断,与各种炎症状况有关。

乙酰胆碱可能通过迷走神经减少炎症,从而参与调节免疫系统,这被称为“胆碱能抗炎途径”。事实上,人类研究也表明,怀孕期间较高水平的胆碱可以抵消母体感染对婴儿神经发育的有害影响,特别是婴儿在睡眠时过滤不必要的听觉刺激的能力,胆碱水平较高的母亲所生的婴儿结果更好。

动物研究表明,补充胆碱对后代的听力和一些神经心理障碍有益。胆碱能够恢复抑制听觉刺激的能力。此外,杏仁核中胆碱能信号的破坏与前脉冲抑制有关,前脉冲抑制是大脑的一项正常功能,突然而强烈的外界刺激,比如声音,会诱发出机体的惊跳反射,但如果在给机体一个强刺激前先给予一个弱刺激 ,会大大降低机体出现惊跳反射的频率,这就是前脉冲抑制。

胆碱补充剂似乎在中枢听觉系统水平上对听力有帮助,对于那些听力因年龄增长而退化而需要助听器的人的中枢听觉系统尤其有益。

铁在神经系统中起着重要作用,缺铁会影响婴儿和儿童的大脑发育,包括认知和运动技能的发育。动物研究表明,缺铁,特别是在关键的发育阶段,会干扰轴突髓鞘形成,破坏神经递质活性,改变海马代谢物浓度,包括增加γ-氨基丁酸和谷氨酸水平。此外,炎症性肠病与人类缺铁性贫血有关。因此,缺铁会影响大脑和肠道。

铁调素(hepcidin)是一种作用于铁转运体以抑制肠道铁吸收的激素,在控制大脑铁水平方面起着重要作用,它会受到炎症的影响。研究发现,循环中的C反应蛋白水平与铁调素水平升高有关,从而导致铁吸收减少。更高的系统性铁调素和C反应蛋白也会影响听力,它们还与IL-6反应有关。

除了影响肠道和大脑外,缺铁性贫血还会引起感音神经性听力损失。这表明缺铁可能会影响耳蜗或内耳的活动。在成人中,感音神经性听力损失和传导性听力损失的组合可能与缺铁一起发生,这可能与内耳的血液和氧气供应有关。

胎儿发育是听觉系统建立的关键时期。怀孕期间缺乏铁的饮食会导致后代耳蜗毛细胞受损。具体来说,这种损伤是caspase驱动的细胞凋亡的结果。Caspase也被确定为内耳(特别是前庭)发育和听觉信号传递的重要因素。缺乏caspase 3的小鼠具有更高的听觉脑干反应阈值,表明听力损失。缺铁性贫血也会影响婴儿中枢听觉系统的发育,这可能对他们的听觉功能产生长期影响。

最后,急性中耳炎感染多见于缺铁性贫血患儿,而治疗缺铁性贫血可预防中耳炎感染复发。此外,缺铁还会导致儿童中耳发炎,这可能会导致氧化应激。

显然,最佳铁摄入量对听觉系统、肠道和大脑都至关重要,也提示它们之间的潜在联系。

  • 维生素B12

维生素B12会影响肠道菌群组成。肠道中的一些细菌能够产生维生素B12,而其它一些细菌则依赖于维生素B12,它可以被代谢并特别用于酶活性。体外研究发现,维生素B12补充剂可以改变从维生素B12缺乏症患者身上收集的样本中细菌种类的平衡。有趣的是,一项研究发现,维生素B12补充剂对健康小鼠的肠道菌群几乎没有影响,而更高的维生素B12水平会导致结肠炎小鼠更大的损害。

维生素B12水平不足与各种神经系统疾病有关,包括阿尔茨海默病、精神分裂症和痴呆症,而且年龄与大脑中维生素B12浓度呈负相关。甲基钴胺素是维生素B12的一种特殊形式,较低水平的甲基钴胺素会导致精神分裂症和自闭症患者体内抗氧化化合物和DNA甲基化的减少,这会导致更大的氧化应激和干扰DNA转录。维生素B12可能参与损伤后的神经元恢复,这可能是由于其在BDNF产生或甲基化过程中的作用。此外,充足的子宫内维生素B12水平对婴幼儿的神经发育和长期认知能力至关重要。维生素B12也可能与肠脑轴有关。

除了维生素B12在肠道和大脑中的作用外,研究还发现,维生素B12水平不足可能会导致听力损失和耳鸣。因为这可能破坏内耳的血液供应或干扰耳蜗神经髓鞘形成。维生素B12补充剂也被证明可以缓解耳鸣相关症状,改善听力,特别是对缺乏维生素B12的老年妇女。

因此,这些饮食因素可以在肠脑轴和听觉系统之间提供联系。

总结

听力损失是全球范围内的一个重大问题,无论年龄大小,听觉系统都是关注的一个重点。听力损失有各种复杂的潜在原因,许多研究提供了大量证据,证明耳朵、肠道和大脑之间存在联系:

首先,迷走神经在解剖上直接将我们的耳朵、大脑和肠道连接在一起。刺激迷走神经的耳廓分支可以帮助治疗大脑、肠道和耳部疾病,包括抑郁症、炎症性肠病和耳鸣。

其次,下丘脑-垂体-肾上腺轴、神经递质、内源性大麻素和肠道细菌代谢物等细胞外信号同路既可以影响肠脑轴,也可以影响听觉系统,从而将它们联系在一起。

第三、肠道菌群会影响耳内免疫和炎症反应,而听力损失也与肠道和大脑炎症有关。同时,在一些自身免疫性疾病中,肠道、大脑和听力障碍通常共同发生,这表明了免疫系统可能是参与听觉--脑轴的一种机制。

最后、益生菌、胆碱、铁和维生素B12等饮食因素既与肠脑轴有关,也会影响听觉系统,是连接听觉--脑轴的关键因素。

总之,听觉系统可能在一定程度上受到肠脑轴的调节,它可能为开发治疗听力损失的有效干预措施提供新的见解和帮助。

参考资料:

Graham AS, et al (2023) A review of the auditory-gut-brain axis. Frontiers in Neuroscience 17: 1183694. doi: 10.3389/fnins.2023.1183694

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