哺乳动物耳蜗外毛细胞的马达蛋白:Prestin

近几年的研究发现,在耳蜗基底膜的外毛细胞膜上有一种新奇的蛋白质:prestin(马达蛋白),它能感受细胞膜电位的变化,进而发生构象改变,引发外毛细胞的形状和表面积的改变.Prestin作为一种独特的马达蛋白,能驱动耳蜗外毛细胞的电能动性(electromotility),产生耳蜗的放大器作用,因而使哺乳动物的听觉具有高度的敏感性,广阔的听觉域,敏锐的频率选择性.这种蛋白质的缺失或基因的突变会导致听觉功能严重受损,对于prestin的深入细致的研究,也许可以使人们进一步认识和理解哺乳动物的听觉调谐机制,通过对这种蛋白质基因的表达的调控,是否能够防治一些与之相关的疾病?这或许将是今后听觉研究领域的一个重要课题.     

听毛细胞钙信号转导及其与细胞能动性的关系

应用激光扫描共聚焦显微镜和ｆｌｕｏ－３／ｆｕｒａ－ｒｅｄ双重荧光标记法,研究豚鼠耳蜗分离外毛细胞钙信号转导及其与细胞能动性的关系。外毛细胞（ｏｕｔｅｒｈａｉｒｃｅｌ,ＯＨＣ）受药物或机械刺激后,其钙信号起源于一侧质膜,可形成钙波传向全细胞,对其中１个ＯＨＣ测得传播速度为０．０２５－０．０４７μｍ／ｓ。钙信号转导过程中各亚细胞区域游离钙浓度增加幅度不同。胞内游离钙增高时伴有细胞长度变化,缩短者占６／１０,伸长者占４／１０。对照组（不予刺激且胞内游离钙无变化者）３个外毛细胞中,缩短者２个,长度无变化者１个。实验表明,听毛细胞受刺激后可产生钙波,钙信号具有不均匀性,外毛细胞的钙依赖慢运动表现为细胞伸长,细胞缩短则在胞内游离钙浓度升高或保持于静态基准浓度时均可发生。     

盖膜的特性及其生理作用

盖膜是耳蜗螺旋器的重要组成部分。在接受声音刺激时,盖膜与毛细胞轻度接触,两者发生相互作用,使毛细胞产生电位变化,最终听神经产生传入冲动,本文主要对其结构特性和生理作用了简要阐述。     

听毛细胞钙信号转导及其与细胞能动性的关系

应用激光扫描共聚焦显微镜和ｆｌｕｏ－３／ｆｕｒａ－ｒｅｄ双重荧光标记法,研究豚鼠耳蜗分离外毛细胞钙信号转导及其与细胞能动性的关系。外毛细胞受药物或机械刺激后,其钙信号起源于一侧质膜,可形成钙波传向全细胞,对其中１个ＯＨＣ测得传播速度为０．０２５－０．４７μｍ／ｓ。     

蛋白纳米颗粒与细胞力电平衡

人体细胞的生命活动依赖于膜电位极化和胞内外离子不对称动态平衡(也称生物渗透压平衡)。膜电位改变及离子含量组成变化均参与了细胞对环境理化刺激的应激反应,调控其对环境改变的适应。最近的研究发现：人体血浆及细胞内的蛋白纳米颗粒变化参与了细胞膜电位的调控,与细胞内外离子的重新分布及跨膜渗透压的改变密切相关。电压依赖离子通道的激活及开放程度,是诱导细胞离子重新分布的重要调控机制,其活性与蛋白纳米颗粒调控的膜电位改变密切相关,且离子组成也参与了蛋白纳米颗粒吸附离子诱导膜电位变化的调节。因而,蛋白纳米颗粒是调控细胞膜电位平衡及生物渗透压平衡的重要物理机制,这一协同调控的力电活动与多种与蛋白纳米颗粒相关疾病的发生及治疗密切相关,该机制的阐明能为解析当前多种临床疑难疾病的发病机制提出新的研究方向。     

蟾蜍横纹肌在硫脲作用下兴奋和收缩的分离

蟾蜍缝匠肌在含0.7M 硫脲的任氏溶液中浸泡后,丧失对直接刺激作电反应和机械反应的能力。将肌肉放回正常任氏溶液后,电反应能力能逐渐恢复,而机械反应能力则不能,由此可以得到表现兴奋与收缩分离的肌肉标本。硫脲不仅能使活的肌肉失去收缩能力,还能使经甘油抽提过的肌纤维束不可逆地丧失因三磷酸腺苷作用而缩短的能力。经甘油抽提的肌纤维束因三磷酸腺苷的作用而缩短后,可因再用硫脲溶液处理而伸长。以上这些结果指示硫脲对肌肉收缩能力的影响是对收缩蛋白体系直接作用的结果。肌纤维经硫脲处理后膜电位下降,动作电位振幅减低,时程变慢,膜电阻和膜电容都减小。硫脲对神经肌肉接头传递也能产生可逆的阻滞。     

利诺吡啶对豚鼠耳蜗外毛细胞和Deiters细胞钾电流的抑制

为探讨KCNQ家族钾通道在耳蜗外毛细胞和Deiters细胞的功能性表达,我们观察并记录了KCNQ家族钾通道阻滞剂利诺吡啶对豚鼠耳蜗单离外毛细胞(outer hair cells,OHCs)和Deiters细胞总钾电流的影响。采用酶孵育加机械分离法分离豚鼠耳蜗单个OHCs和Deiters细胞：运用膜片钳技术,在全细胞模式下记录正常细胞外液中8个外毛细胞和5个Deiters细胞的总钾电流,并观察100μmol／L和200μmol／L利诺吡啶对外毛细胞和Deiters细胞总钾电流的影响。结果观察到,在正常细胞外液中的单离外毛细胞,可记录到四乙基二乙胺敏感的外向性钾电流和静息膜电位附近激活的内向性钾电流(the K^ current activated at negative potential,IKa)两种钾电流,而在单离Deiters细胞中只记录到外向整流性钾电流。在细胞外液中,加入100μmol／L利诺吡啶后,OHCs中的四乙基二乙胺敏感的钾电流峰电流成分被抑制,稳态电流幅值减小,且电流的失活时问常数明显延长;在细胞外液中加入100μmol／L和200μmol／L利诺吡啶后,OHCs的内向性钾电流IKa被完全抑制;而细胞外液中利诺吡啶终浓度为200μmol／L时,Deiters细胞的外向整流性钾电流幅值无明显变化。由此我们推测,KCNQ家族钾通道存在于豚鼠耳蜗外毛细胞,其介导的钾电流是四乙基二乙胺敏感的钾电流的组成部分,并构成全部的IKn,其功能是介导细胞内K^ 外流和防止细胞过度去极化;KCNQ家族钾通道不存在于豚鼠耳蜗Dciters细胞。     

豚鼠耳蜗外毛细胞外向钾电流的研究

哺乳动物耳蜗具有超常的敏感性和频率分析能力 ,这依赖于感觉细胞基底膜的微机械反应。豚鼠耳蜗外毛细胞底侧膜存在电压依赖性Ｋ 通道、Ｃａ2 激活Ｋ 通道和内向钙通道等。文献报道牛蛙壶腹嵴毛细胞有瞬息Ｋ 电流 (ＩＡ) ,然而豚鼠耳蜗外毛细胞是否存在ＩＡ,迄今未见报道。来自脑干的内侧橄榄耳蜗束传出神经纤维大量分布于外毛细胞 ,调控着外毛细胞的功能 ,一般认为乙酰胆碱是耳蜗传出神经递质 ,此外三磷酸腺苷 (ＡＴＰ)对外毛细胞具有神经递质和神经调质双重作用 ,那么是否还有其他的递质发挥作用呢 ?我们应用全细胞膜片钳技术观察了豚鼠…     

过氧化氢对老年豚鼠耳蜗外毛细胞大电导钙激活钾通道电流的影响

本文旨在研究氧自由基(oxygen free radical)供体——过氧化氢(H2O2)对老年豚鼠耳蜗外毛细胞大电导钙激活钾通道(large-conductance Ca2+-activated potassium channels,BKCa channels)电流的影响,探讨氧自由基对老年豚鼠耳蜗外毛细胞BKCa通道电流的作用机制。采用急性酶分离方法分离耳蜗外毛细胞,用全细胞膜片钳记录通道电流,鉴别并分析通道特性,观察不同浓度H2O2对BKCa通道电流的影响。结果显示,在膜片钳全细胞模式下,可记录到一串幅值较大、快速激活、几乎不失活的电流,激活电压大于-40~-30 mV,电流随膜电位的增加而增强,电流幅值不断增大,并表现出外向整流的特性,无"rundown"现象;IbTX(100 nmol/L)可完全阻断通道活动,证实该电流为BKCa通道电流。BKCa通道电流表现出明显的H2O2浓度依赖性激活,电流幅值和峰值电流密度随H2O2浓度(1、2、4μmol/L)增加而增大。以上结果提示,外毛细胞可能存在能够调节胞内钙平衡的氧自由基/BKCa途径。     

双重荧光染色监测听毛细胞游离钙

豚鼠耳蜗分离外毛细胞经fluo-3和fura-red染色后,用激光扫描共聚焦显微镜监测其胞内游离钙的空间分布和动态变化,以fluo-3/fura-red荧光比值大小指示游离钙浓度的高低。外毛细胞胞内游离钙呈不均匀分布,荧光比值分别为细胞质1.71±0.85,质膜1.61±0.75,表皮板1.47±0.65及胞核1.39±0.66,显示细胞质游离钙浓度最高而胞核游离钙浓度最低。静息状态下连续扫描时荧光比值变化小于0.1,而在受到机械刺激后荧光比值增加幅度达0.3—1.2。实验结果表明,fluo-3和fura-red双发射比例法能更准确反映听毛细胞胞内钙的空间分布和动态变化,第二信使钙可能参与了听毛细胞的机械-电换能过程,研究了换能过程中听毛细胞钙信号的时空模式。