GJB2基因突变患者人工耳蜗术后听神经功能研究

刘学铭 罗建芬 晁秀华 王睿婕 樊兆民 徐磊 王海波

耳聋是人类常见的疾病之一，由基因突变引起的遗传性听力损失（也称遗传性耳聋）约占先天性听力损失的50%～60%[1，2]，目前已知的非综合征型耳聋相关基因超过120种[3，4]。对于耳聋基因突变导致的重度、极重度感音神经性耳聋患者，人工耳蜗植入(CI)是首选治疗措施，遗传病因学已被证明是影响CI术后效果的重要因素[5～7]。对相同植入年龄、康复环境的CI患者，不同耳聋基因突变术后效果个体差异大，甚至同一种基因突变患者，术后效果在不同研究中亦不相同[8～10]，其电生理机制并未被系统研究，因此无法解释基因突变本身对听觉功能或CI效果的影响。

不同耳聋基因导致的病变部位不同，其致聋机制亦不相同。GJB2基因是常见的致聋基因，表达在内毛细胞[11]。GJB2基因突变导致内耳毛细胞间的缝隙连接蛋白失去功能，进而妨碍毛细胞内钾离子回流至耳蜗内淋巴液，导致Corti器局部钾离子中毒最终造成耳聋[12]。GJB2基因突变致聋患者CI预后效果优于无任何耳聋基因突变患者，但亦有报道称未发现此种优势[8～10]。

由于人工耳蜗术后效果受多项主观因素影响，例如术前残余听力、是否配戴助听器，术后是否进行正规语言康复等因素，目前尚缺乏客观的评价标准。近年来，电诱发复合动作电位（electrically evoked compound action potentials，ECAP）已被成功用于CI患者螺旋神经节细胞功能研究。ECAP是一组螺旋神经节细胞受到电刺激后发生的同步放电反应，可客观反映螺旋神经节细胞的健康状态[13]。ECAP增益曲线的坡度与耳蜗内残余螺旋神经节细胞数量成正相关，即坡度越大代表残余螺旋神经节细胞的数量越多[14，15]；ECAP阈值及最大舒适水平ECAP振幅在一定程度上也能反映蜗神经的存活数量，即阈值越低、振幅越大，表明神经存活数目越多[15，16]。

本研究拟通过人工耳蜗植入术后神经电生理研究，探讨GJB2基因突变患者耳蜗术后蜗神经功能情况，并与无常见耳聋基因突变的CI患者听神经功能进行比较，以期完善GJB2基因突变患者人工耳蜗术后效果的客观检查手段。

1 材料与方法

1.1 研究对象

GJB2组：收集2018～2019年在山东省耳鼻喉医院进行人工耳蜗植入手术，并明确GJB2基因纯合突变患者24名，植入年龄0.8～7.3岁，平均2.3岁，测试时年龄2.1～10.3岁，平均年龄5.0岁，耳聋基因检测示GJB2235delC 20名，299-300delAT 4名。植入产品为科利尔CI24RE（CA），所有患者均为电极完全植入。

对照组：筛选GJB2，SLC26A4和mtDNA12SrRNA三种常见的耳聋基因，共115个突变位点，未检出任何耳聋基因，并排除任意一种耳蜗畸形、听神经病患者共28名，植入年龄1.1～7.0岁，平均3.0岁，测试年龄2.1～8.3岁，平均5.0岁，两组均为佩戴人工耳蜗6个月后。植入产品为科利尔CI24RE（CA），所有患者均为电极完全植入。

1.2 蜗神经功能检测方法

1.2.1 参数设置 使用Custom Sound EPTM（Version 4.3）记录电极周围的电诱发复合动作电位（ECAP）评估电极周围蜗神经的反应。采用双相电脉冲波作为刺激，脉宽采用25 µs或50 µs，记录电极为蜗底方向距离刺激电极的第2个电极（即记录电极No.=刺激电极No.-2），参考电极为MP2；刺激速率为15 Hz；刺激强度在最大舒适阈值（C值）以下；放大器增益50；叠加次数50次；延迟98～122µs。分别测试3号、12号、21号电极周围的神经反应。

1.2.2 测试方法 由于ECAP属于客观检查，会受到电极阻抗变化的影响，人工耳蜗术后电极阻抗在半年后趋于稳定，这时测试ECAP获得的数据比较稳定；ECAP需要测试患者的C值，刚开机时，C值没有达到理想数值，患者不一定配合测试。因此，本研究选择患儿植入人工耳蜗6个月后测试，配合度更高。将患儿的言语处理器连接到Custom Sound EP软件中。首先测试调试前言语处理器程序（measurable auditory percept，MAP）中各个电极的最大舒适阈值，若患儿无法配合则通过行为观察法测试C值。记录C值下ECAP 波形的最大振幅，以及最大振幅下ECAP波形N1的潜伏期。设置刺激强度C值为初始刺激参数，若引出ECAP波形，则降低刺激强度，直至记录不到ECAP波形，将测试的刺激电量记作ECAP阈值。为了获得ECAP增益曲线的坡度，刺激电量最初以C水平呈现，然后以5个临床单位(clinical unit，CU)为步长降低，直到无法在视觉上识别出响应。随后，以1 CU的步长增加，直到使用小步长测量至少3个ECAP。

1.3 统计学方法

运用SPSS 21.0软件对数据进行统计学分析，两组差异比较及组内不同电极之间的比较采用重复测量ANOVA方差分析，P＜0.05为差异显著。

2 结果

2.1 GJB2组与对照组ECAP各参数组间比较结果

GJB2组有2例采用50 µs脉宽，其余均采用25 µs脉宽刺激，对照组有4例患者采用50 µs脉宽，其余均采用25 µs脉宽刺激。根据刺激电量（unit of charge，uc）=电流振幅(current amplitude)*脉宽（pulse width）[17]，采用厂家提供的电量换算公式将两组患者ECAP阈值及最大振幅换算成刺激电量进行比较。各参数的平均值及组间比较见表1。

表1 GJB2组与对照组不同电极各参数的平均值（±s）及组间比较

*P＜0.05

电极 ECAP阈值（uc） ECAP最大振幅(uc)3 12 21 3 12 21 GJB2组 148.83±2.78 173.88±2.72 153.08±3.96 247.79±30.12 179.44±20.97 244.23±32.08对照组 151.39±2.80 172.5±2.14 153.57±2.56 181.26±16.21 156.45±21.71 216.89±27.55 P 0.522 0.689 0.916 0.049* 0.454 0.518电极 ECAP最大振幅下N1潜伏期(µs) ECAP增益曲线的坡度3 12 21 3 12 21 GJB2组 303.13±5.89 299.07±8.35 282.8±7.41 6.29±0.60 7.88±1.12 8.00±1.43对照组 306.36±5.83 294.87±4.77 283.7±6.02 5.94±0.63 6.96±1.02 7.18±0.99 P 0.700 0.653 0.924 0.691 0.544 0.628

ECAP阈值两组之间的比较，显示e3、e12、e21号电极ECAP阈值刺激电量在GJB2组与对照组间无显著差异（P＞0.05）。ECAP最大振幅GJB2组在e3电极与对照组有显著性差异（P＜0.05），e12与e21电极与对照组无明显差异（P＞0.05）。ECAP最大振幅下N1潜伏期e3、e12、e21号电极在GJB2组与对照组间无显著差异（P＞0.05）。ECAP增益曲线的坡度e3、e12、e21号电极在GJB2组与对照组间无显著差异（P＞0.05）。

2.2 GJB2组与对照组ECAP各参数组内比较结果

对每组患者3个不同电极间的阈值进行组内比较，结果发现GJB2组内e3与e12电极、e12与e21电极ECAP阈值有显著差异（P＜0.05）；对照组内e3与e12电极，e12与e21电极ECAP阈值亦有显著差异（P＜0.05）。

每组患者3个不同电极间的最大振幅GJB2组内e3与e12电极ECAP最大振幅之间有显著性差异（P＞0.05），e3与e21，e12与e21电极最大振幅之间无显著性差异（P＞0.05）；对照组内e3与e12电极、e3与e21电极ECAP最大振幅之间无显著性差异（P＞0.05），e12与e21电极ECAP最大振幅之间有显著性差异（P＜0.05）。

每组患者测试的3个不同电极之间的最大振幅下N1潜伏期进行组内比较，结果发现GJB2组内e3,e12,e21 号电极ECAP最大振幅下N1潜伏期之间无明显差异（P＞0.05）；对照组内e3与e12电极，e12与e21电极ECAP最大振幅下N1潜伏期之间无显著性差异（P＞0.05），e3与e21电极ECAP最大振幅下N1潜伏期之间有显著性差异（P＜0.05）。

每组患者3个不同电极之间的ECAP增益曲线坡度进行组内比较，结果发现GJB2组内e3、e12，e21号电极ECAP增益曲线的坡度之间无显著性差异（P＞0.05）；对照组e3、e12、e21号电极ECAP增益曲线的坡度之间无显著性差异（P＞0.05），见表2。

表2 GJB2组与对照组各参数在组内不同电极间的比较

3 讨论

GJB2基因突变致聋患者进行人工耳蜗植入后，效果普遍较好，推测是由于GJB2基因突变，病变部位位于毛细胞，并不影响听神经功能，因而此类基因突变CI患者术后效果较好。本研究发现GJB2基因组患者ECAP增益曲线的坡度及最大振幅略高于对照组，表明GJB2基因突变患者耳蜗内残余螺旋神经节细胞数量略优于对照组，可以解释GJB2基因突变患者人工耳蜗术后效果较好的原因。

ECAP阈值与两点有关，①电极触点和螺旋神经节细胞之间的距离；②存活神经节细胞的密度，与蜗轴的距离越近，神经节细胞的密度越高，ECAP阈值越低[18]。本研究中所有患者均使用澳大利亚24RECA电极，均为弯电极，GJB2基因突变组与对照组底转和顶转处ECAP阈值较低，中转处阈值较高。这与Degen等[19]研究结果相吻合，发现弯电极在耳蜗中转处（11号电极附近）离蜗轴最远，同时ECAP阈值也显示最高，在耳蜗底转及顶转处离蜗轴较近，阈值也较低。正常对照组采用24RECA弯电极，其ECAP阈值也表现出相似的规律[20]。由于ECAP的阈值结果受电极与蜗轴的距离，以及存活神经节细胞的密度双重因素影响，因此不能仅凭这一项指标推测GJB2基因突变组耳蜗内不同部位神经功能的不同。

ECAP的最大振幅可作为神经健康的标志，因为较大的振幅与螺旋神经节细胞密度呈正相关[21]。本研究中，GJB2组底转电极处ECAP 的振幅最大，其次为顶转电极，最低为中转电极。表明底转电极周围螺旋神经节细胞密度高，功能好，这与本研究中ECAP阈值呈现的结果相吻合。对于耳蜗术后低频残余听力保留良好的患者，耳蜗顶转和中转的ECAP振幅更高[22]。虽然本研究中耳蜗顶转电极与中转电极ECAP振幅无显著性差异，但是振幅的平均值仍然高于中转电极，表明顶转的电极周围螺旋神经节细胞存活较耳蜗中转好。这与其他研究结果亦相吻合，Brill等[23]报告了由于更好的神经存活和刺激电极与目标神经元之间距离的减小，使得蜗尖电极可以获得更大的振幅响应。两组相比，GJB2组ECAP最大振幅每个电极的平均值整体高于对照组，其中底转处电极与对照组有显著性差异。由于排除了耳蜗电极与蜗轴距不同造成的影响，因此该结果表明GJB2组患者在耳蜗底转，即高频区域，螺旋神经节细胞存活量优于对照组。

尽管之前没有研究表明N1潜伏期与耳蜗神经健康之间存在关联，但在与蜗神经发育不良（cochlear nerve deficiency，CND）患者的比较中发现，耳蜗神经发育正常的患者比CND患者具有更短的N1潜伏期[20]。本研究首次研究了GJB2基因突变的CI患者术后ECAP最大振幅下N1潜伏期的变化规律，发现GJB2组底转、中转、顶转电极ECAP的最大振幅下N1潜伏期逐渐降低，与对照组无显著性差异。He等[24]报道了正常CI人群的最大振幅下N1潜伏期的范围在0.2 ms～0.4 ms，本研究中GJB2组及对照组N1潜伏期也在此范围内。本研究采用默认的阴性刺激作为刺激方式进行测量，未得到明显组间差异，但有研究证明双相脉冲的阳极相位刺激是诱发 ECAP的有效相位，并且阳极刺激诱发的ECAP的N1潜伏期比阴极刺激诱发的更短[20，25]，因此，笔者考虑使用阳性刺激与阴性刺激交替测试N1潜伏期，更能区分两组之间的差异。

ECAP增益曲线的坡度越陡，表明听神经存活率越高，或是有更多的听神经纤维以更同步的方式作出反应，且不受电极到神经节距离的影响，因此ECAP增益曲线的坡度可以被认为是反映外周神经反应的独立因素[18]。本研究中，GJB2组和对照组底转、中转、顶转电极ECAP增益曲线的坡度逐渐增大，但各电极之间无显著性差异。结合ECAP阈值结果，考虑电极之间ECAP阈值的差异是由于电极与蜗轴的距离造成，无法体现耳蜗不同部位神经密度的不同。虽然两组间无显著差异，但GJB2组每个电极ECAP增益曲线的坡度均大于对照组，表明GJB2基因突变的CI患者，耳蜗残余螺旋神经节细胞的密度略高于不携带基因组，这也与之前研究相吻合。Luo等[26]采用双相脉冲极性刺激GJB2基因突变和特发性听力损失CI儿童，发现无论脉冲极性如何，具有GJB2基因突变的儿童显示出更陡峭的增益曲线。这也许与对照组病因不明确，耳蜗功能受影响的部位和程度不确定有关。

4 结论

本研究发现GJB2基因突变相关患者耳蜗内残余螺旋神经节细胞数量略优于未查到常见耳聋基因突变组，且GJB2基因突变相关患者耳蜗底转的神经节细胞功能更好。ECAP神经功能检测可以作为一个有效的评估听神经功能的工具，用于预测CI术后效果。