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耳聋可在400多种综合征中产生,称为综合征性耳聋(syndromic hearing loss,SHL),约占遗传性耳聋的30%,但大多数综合征性耳聋的发病机制目前尚不明确。前期研究发现,B(?)rjeson-Forssman-Lehmann综合征(BFLS)、Wildervanck综合征(WS)和先天性多毛症(Congenital Generalized Hirsutism,CGH)患者均有耳聋症状。基因图谱检测结果显示,三类患者均出现Fgf13(Fibroblast growth factor 13)基因的功能丧失性突变。但这三类患者综合征性耳聋的发病机理是否与Fgf13的功能丧失性突变有关及Fgf13在听觉系统中的作用均不明确。我们推测:Fgf13可能在听觉系统中具有重要功能,其表达或功能的异常可能是导致耳聋的新的分子机制。为验证此假设,本研究检测了Fgf13在小鼠耳蜗内的表达及定位,并制备了在内耳特异性敲除Fgf13的转基因小鼠(Fgf13 cKO)。利用此敲除小鼠,本文首先在整体动物水平上研究敲除Fgf13对小鼠听觉功能的影响,继而检测敲除Fgf13对小鼠耳蜗整体结构形态的影响,并进一步探究敲除Fgf13导致小鼠产生耳聋的原因及其可能的作用机制。此研究揭示了Fgf13在听觉系统中的重要功能,并提示该基因可能是导致耳聋的潜在候选基因。此研究将为耳聋的致病机制及治疗靶点提供新的思路,具有重要的研究意义。目的:研究内耳特异性敲除Fgf13在小鼠听觉功能中的作用及其作用机制。方法:(1)利用免疫荧光染色及实时定量PCR(qRT-PCR)技术研究FGF13在小鼠耳蜗内的表达及定位。(2)利用loxP/Cre系统构建内耳特异性敲除Fgf13转基因小鼠,并对其进行敲除效率的验证。(3)采用听性脑干反应(ABR)和畸变产物耳声发射(DPOAE)技术研究敲除Fgf13对小鼠听觉功能的影响。(4)利用免疫组织化学技术检测Fgf13敲除对小鼠耳蜗形态学的影响。(5)利用免疫荧光染色和qRT-PCR等技术进一步探究Fgf13敲除导致小鼠螺旋神经元缺失的作用机制。结果:(1)FGF13主要表达在小鼠耳蜗的柯蒂氏器、螺旋神经元、血管纹和支持细胞内。在细胞水平,FGF13表达在螺旋神经元的细胞膜、胞浆和突起部位,以及毛细胞的细胞膜和胞浆,且以内毛细胞表达为主,外毛细胞有少量表达。FGF13在小鼠耳蜗内的表达水平在P0-P60内无明显改变。(2)利用loxP/Cre技术将Fgf13-loxP小鼠与Atoh1-cre小鼠杂交,构建在内耳特异性敲除Fgf13的转基因小鼠,从而实现该基因在耳蜗毛细胞、螺旋神经元和部分支持细胞内的敲除。qRT-PCR结果显示,FGF13在耳蜗内的表达水平下降~66.2%;免疫染色荧光强度显著降低,提示该敲除小鼠的敲除效果良好。(3)Fgf13纯合敲除(Fgf13-/-和Fgf13-/Y)可导致小鼠听觉阈值显著提高,并伴有听性脑干反应I波幅度显著降低,潜伏期增加,而II-IV峰间潜伏期无明显改变。Fgf13杂合敲除小鼠(Fgf13+/-)听觉功能正常。此外,敲除Fgf13对小鼠畸变产物耳声发射听觉阈值无明显改变,提示其外毛细胞功能正常。(4)敲除Fgf13可导致小鼠耳蜗顶至耳蜗基底部Tuj1标记的Ⅰ型螺旋神经元的细胞密度显著降低,且以耳蜗基底部的细胞密度降低最显著。敲除Fgf13对小鼠耳蜗的整体组织形态,包括柯蒂氏器、血管纹、螺旋韧带和盖膜等均无明显影响,但可导致小鼠耳蜗整体螺旋神经元的细胞密度显著降低。毛细胞铺片染色结果显示,敲除Fgf13对小鼠耳蜗内毛细胞和外毛细胞的形态及数目无明显改变。(5)敲除Fgf13导致小鼠耳蜗顶至耳蜗基底部的TUNEL和cleaved caspase-3阳性螺旋神经元的细胞数量均显著增加,提示caspase依赖性凋亡介导了螺旋神经元的缺失。对凋亡相关因子的表达水平进一步检测发现,敲除Fgf13导致小鼠螺旋神经元内促凋亡因子caspase-9、caspase-3、caspase-12、P53、细胞色素C、和Bak的表达水平显著提高,抗凋亡因子Bcl-2和Bcl-xl的表达水平显著降低,而caspase-8、AIF、Bim和Bax的表达水平无明显改变。对螺旋神经元内细胞色素C的表达和定位检测结果显示,在WT和Atoh1-cre对照小鼠中,细胞色素C在线粒体内成均匀点状分布。而Fgf13 cKO小鼠螺旋神经元内细胞色素C表达水平显著提高,且在细胞质内聚集成斑块状,提示敲除Fgf13导致了细胞色素C向细胞质的释放及线粒体凋亡通路的激活。结论:FGF13主要表达在小鼠耳蜗的柯蒂氏器,螺旋神经元、血管纹和部分支持细胞内。内耳特异性敲除Fgf13可导致小鼠产生感音神经性耳聋。敲除Fgf13导致小鼠螺旋神经元细胞密度显著降低,且神经元的缺失由线粒体凋亡通路所介导。