拯救耳蜗|中山大学研究发现,NMN或可抵抗化疗引发的听力丧失

  《毒理学报》发表的文章称,NMN可抵抗顺铂对耳蜗毛细胞的损害,保护小鼠听力。

  “马冬什么?什么冬梅?马什么梅?”,电影《夏洛特烦恼》中“耳背大爷”这句经典台词令人啼笑皆非、印象深刻。

  对于听力下降,人们往往认为是一种老年病。但其实还有一类容易被忽略的人群也在经历着同样的噩梦,如接受顺铂治疗的癌症患者。据调查[1,2],10%~20%的癌症患者会接受顺铂治疗,而这其中40~80%的成人及50%以上的儿童后会发生永久性听力丧失,发病率极高,直接影响患者的抗癌治疗和生活质量。

  一线化疗药物顺铂极易诱发耳毒性

  对于患有恶性肿瘤的患者来说,含铂化疗因其抗癌作用广且价格相对较低成为了许多人的“救命稻草”。然而其带来的耳毒性,却一直是令患者、医生苦不堪言的问题。因此,如何在利用好“救命稻草”的同时减轻耳毒性,已成为患者、医生以及科学家们的重要关注点。

  先前的研究表明[1],顺铂的耳毒性是因为其破坏了耳蜗中一种对声音敏感的特殊细胞(毛细胞,如图1)的结构和功能,且该作用长期存在,从而诱发了不可逆性的耳聋、耳鸣。

图1. 耳蜗毛细胞的结构

图1. 耳蜗毛细胞的结构

  近日,我国广州中山大学附属医院(孙逸仙纪念医院)的杨海弟教授、郑亿庆教授等人在一项研究[3]中发现,生命必需分子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+)可能与顺铂的耳毒性有关,其在顺铂处理后的耳蜗毛细胞中显著减少,而补充NAD+直接前体β-烟酰胺单核苷酸(Nicotinamide mononucleotide,NMN)可抵抗顺铂对耳蜗毛细胞的损害,保留了小鼠的大部分听力。目前该研究已发表于《毒理学报》(Toxicol Lett)。

图2. 中山大学孙逸仙纪念医院耳鼻喉科副主任医师杨海弟教授在《毒理学报》发表的文章称,调节NAD+的生物合成抵抗顺铂诱导的耳毒性。

  图2. 中山大学孙逸仙纪念医院耳鼻喉科副主任医师杨海弟教授在《毒理学报》发表的文章称,调节NAD+的生物合成抵抗顺铂诱导的耳毒性。

  顺铂可导致小鼠的耳蜗毛细胞死亡

  在这项研究中,杨教授等人从刚出生的小鼠中提取耳蜗组织进行离体培养(亦可称为人工耳蜗外植体),随后进行顺铂给药来剖析顺铂对耳蜗组织的具体影响。

  结果显示,顺铂以时间和浓度依赖性方式导致毛细胞死亡。简单来说就是,顺铂的毒性随着时间的延长和浓度的增加而增加(图3)。

图3. 顺铂可呈时间和浓度依赖性的“杀死”小鼠耳蜗毛细胞其中图A为考察顺铂用药时间对毛细胞的影响,图B为考察顺铂浓度对毛细胞的影响;A、B均为毛细胞的免疫荧光图和定量分析柱形图。

图3. 顺铂可呈时间和浓度依赖性的“杀死”小鼠耳蜗毛细胞

  其中图A为考察顺铂用药时间对毛细胞的影响,图B为考察顺铂浓度对毛细胞的影响;A、B均为毛细胞的免疫荧光图和定量分析柱形图。

  顺铂可导致耳蜗毛细胞中线粒体功能障碍和NAD+水平降低

  虽然上述结果与之前的文献一致,但细胞内亚结构的变化仍然不清楚。由于线粒体是细胞中最重要的细胞器之一,担负着产生能量、清除活性氧等重要功能,而NAD+是生命必需分子,因此杨教授等人重点关注了这两种生理指标在人工耳蜗外植体中的变化。

  结果显示,顺铂可导致细胞中的“能量工厂”线粒体功能障碍,且随着浓度增高,功能障碍越严重(图4A);而在NAD+方面,尽管低浓度(50、100μM)的顺铂在短时间(24小时)内会导致 NAD+ 水平略有增加,但高浓度(150μM)和长期(48小时)均导致 NAD+水平发生大幅下降(图4B和C)。

图4. 顺铂引起小鼠耳蜗外植体的线粒体功能障碍并改变NAD+水平A为线粒体功能障碍的免疫荧光图和定量分析,其中红色越深,表明线粒体功能障碍程度越严重,顺铂在此聚集的有害物质浓度越高;B为NAD+的水平变化柱形图。

  图4. 顺铂引起小鼠耳蜗外植体的线粒体功能障碍并改变NAD+水平

  A为线粒体功能障碍的免疫荧光图和定量分析,其中红色越深,表明线粒体功能障碍程度越严重,顺铂在此聚集的有害物质浓度越高;B为NAD+的水平变化柱形图。

  NMN可抵抗顺铂对小鼠耳蜗毛细胞的损害

  上述研究发现NAD+和线粒体功能与顺铂的耳毒性有一定关系。而NMN作为NAD+生物合成代谢的直接前体,已被证实是提升NAD+最有效的方式之一。杨教授等人也从该角度出发,探索NMN是否也可以抵抗顺铂带来的耳毒性。

  结果显示,与对照组相比,顺铂显著减少小鼠耳蜗外植体中毛细胞的数量,但与NMN(100 mg/kg)同用后,该作用被显著减弱(图5)。这说明NMN可抵抗耳蜗毛细胞的脱落。

图5. NMN在顺铂治疗中可减少毛细胞的损失耳蜗毛细胞先经NMN(100 mg/kg)预处理8小时,再与顺铂联合治疗36小时后,进行毛细胞肌球蛋白的免疫荧光反应。左图为毛细胞的免疫荧光图,右图为毛细胞数量的定量分析柱形图。

图5. NMN在顺铂治疗中可减少毛细胞的损失

  耳蜗毛细胞先经NMN(100 mg/kg)预处理8小时,再与顺铂联合治疗36小时后,进行毛细胞肌球蛋白的免疫荧光反应。左图为毛细胞的免疫荧光图,右图为毛细胞数量的定量分析柱形图

  NMN可保护顺铂治疗小鼠的听力

  杨教授等人基于上述试验的发现,在动物层面上进行了更直观的听力测试。小鼠按顺铂三周期给药方案进行听力测试,记录顺铂组和顺铂+NMN组小鼠对同一声音频率的敏感度(图6)。

图6. 小鼠进行听觉脑干反应测试的给药流程图

图6. 小鼠进行听觉脑干反应测试的给药流程图

  结果显示,在8、16和32千赫兹(kHz)的频率下,与仅接受顺铂治疗的小鼠相比,顺铂+NMN组的小鼠听力阈值均显著降低,对声音的敏感度增强(图7)。这说明,NMN可以保护顺铂对小鼠听力的损伤,保留其大部分听力。

图7. NMN可保护顺铂治疗小鼠的听力顺铂给药剂量为3.5 mg/kg, NMN给药剂量为100 mg/kg。听力阈值越高,说明对声音不敏感,听力受损,反之,阈值越低,听力越好。

图7. NMN可保护顺铂治疗小鼠的听力

  顺铂给药剂量为3.5 mg/kg, NMN给药剂量为100 mg/kg。听力阈值越高,说明对声音不敏感,听力受损,反之,阈值越低,听力越好。

  本研究中,杨海弟教授等人在微观(细胞)和宏观(动物)角度证实了NAD+和NMN可预防顺铂化疗诱导的毛细胞损失和听力下降,让人们更好地了解了“耳中毒”是如何发生的,也为顺铂的耳毒性提供了一种潜在的预防方法。

  无独有偶,东京大学(University of Tokyo)也曾发表了一篇关于补充 NMN 可改善了部分老年男性听力临床试验的文章[4]。越来越多的证据提示着NAD+在预防听力下降方面可发挥重要作用,希望未来更多的研究可以着眼于此,帮助癌症患者在抗癌之路上减轻耳毒性,拯救他们的“小蜗牛”。

  参考文献

  [1] Breglio Andrew M,Rusheen Aaron E,Shide Eric D et al. Cisplatin is retained in the cochlea indefinitely following chemotherapy.[J] .Nat Commun, 2017, 8: 1654.

  [2] https://www.cancer.gov/research/progress/discovery/cisplatin

  [3] Zhan T, Xiong H, Pang J, Zhang W, Ye Y, et al. Modulation of NAD+ biosynthesis activates SIRT1 and resist cisplatin-induced ototoxicity.[J]. Toxicol Lett. 2021 Jun 2:S0378-4274(21)00145-4.

  [4] Masaki I, Masaomi M, Yoshiko N et al. Chronic nicotinamide mononucleotide supplementation elevates blood nicotinamide adenine dinucleotide levels and alters muscle motility in healthy old men. PREPRINT (Version 1) available at Research Square. 2021 June

  文章来源:https://www.nmn.cn/news/yu17n