Nat Commun丨刘东团队揭示内耳感觉毛细胞自发再生的多细胞协同机制与关键调控因子|内耳|再生|多细胞|毛细胞|祖细胞

听觉和前庭平衡功能依赖于内耳感觉毛细胞对机械刺激的感知。噪声暴露、耳毒性药物、衰老和遗传因素等均可导致内耳毛细胞损伤或死亡，进而引发听力损失和前庭功能障碍。然而，哺乳动物内耳毛细胞再生能力有限，损伤后难以有效恢复。因此，解码非哺乳动物模型中毛细胞自发再生的细胞和分子机制，对于开发恢复听觉和前庭功能的再生疗法提供关键的线索。

近日，南通大学刘东团队在 Nature Communications 上发表题为 Transcriptomic profiling of inner ear hair cell spontaneous regeneration reveals the key role of dlx5a 的研究论文。该研究建立了半规管壶腹嵴毛细胞损伤与再生模型，解析了半规管壶腹嵴毛细胞损伤后的再生过程和功能恢复，并结合谱系追踪、单细胞转录组测序和遗传功能验证揭示了前庭毛细胞再生的细胞机制，鉴定出转录因子dlx5a是嵴毛细胞再生所必需的关键调控因子。

建立内耳壶腹嵴毛细胞损伤与自发再生模型。以往斑马鱼毛细胞再生研究多集中于体表侧线神经丘毛细胞，但其在形态和功能上与哺乳动物内耳毛细胞存在差异；然而其与哺乳动物的前庭感觉细胞在结构和功能上高度保守。研究团队发现传统新霉素浸泡处理能够损伤侧线神经丘毛细胞，却难以损伤内耳嵴毛细胞。为此，团队建立了向半规管注射新霉素的损伤模型并发现注射后嵴毛细胞出现明显损伤，但不能被完全清除。结合形态学和单细胞数据分析，发现嵴中存在短毛细胞和高毛细胞两类亚群，其中短毛细胞具有更高的新霉素摄取能力和机械电转导相关基因表达，因此对新霉素损伤更为敏感。

谱系追踪发现再生嵴毛细胞来源于既有和新生支持细胞。为了明确再生毛细胞的细胞来源，研究团队采用两种谱系追踪策略发现在嵴毛细胞再生过程中，部分支持细胞可通过直接转分化方式形成毛细胞；同时，也有支持细胞分裂后产生具有毛细胞特征的子代细胞。此外还有部分新生毛细胞来源于损伤后新形成的支持细胞。这些结果说明嵴毛细胞再生是由既有支持细胞和新生支持细胞 / 祖细胞共同贡献的过程。

单细胞转录组揭示内耳嵴毛细胞损伤与再生过程中多细胞协同响应。为了解析内耳嵴毛细胞损伤与再生的机制，研究团队解剖了不同损伤和再生时间点斑马鱼的整个耳囊并进行了单细胞转录组测序分析，构建了斑马鱼嵴毛细胞损伤与再生的单细胞图谱。单细胞测序取材覆盖整个耳囊区域，包括毛细胞、支持细胞和免疫细胞等 13 类细胞群。研究团队发现损伤后内耳微环境中细胞间通讯网络发生显著重塑，支持细胞与其他细胞类型之间的相互作用增强。免疫细胞与支持细胞共同参与构建嵴毛细胞再生微环境。进一步研究发现在再生阶段，嵴毛细胞、支持细胞和支持细胞祖细胞比例均出现上升趋势，提示支持细胞及其祖细胞可能共同参与毛细胞再生。嵴支持细胞可被分为支持细胞、增殖性毛细胞祖细胞和非增殖性毛细胞祖细胞，而嵴毛细胞可被划分为短毛细胞和高毛细胞。支持细胞在再生过程中存在一个关键分支点，细胞可分别走向增殖性毛细胞祖细胞状态或非增殖性毛细胞祖细胞状态，并最终指向嵴毛细胞命运。这一发现进一步支持了嵴毛细胞再生过程中存在多路径、多细胞来源的再生模式。

dlx5a 为嵴毛细胞再生的关键转录因子。研究团队对嵴毛细胞再生过程中的转录因子表达动态进行了分析。结果显示， dlx5a 在嵴支持细胞中特异性高表达，并在嵴毛细胞再生相关上调转录因子中排名最高。随后，研究团队发现在新霉素损伤后，条件性敲除 dlx5a 显著削弱了嵴毛细胞再生能力。与此同时， dlx5a 突变体在嵴毛细胞发育以及前庭功能方面未出现明显异常，提示 dlx5a 对其发育非必需，但对损伤后的再生过程重要。

该研究建立了可用于活体成像分析的内耳毛细胞损伤模型，描绘了嵴毛细胞损伤后的再生过程和前庭功能恢复。结合活体成像和单细胞转录组测序，解析了嵴毛细胞自发再生的细胞来源、转录动态和细胞间通讯。不同于以往主要局限于斑马鱼侧线神经丘系统的毛细胞再生研究，该模型涵盖包括免疫细胞在内的多种内耳细胞类型，揭示了损伤后免疫细胞炎症通路和支持细胞再生通路的协同激活。重要的是，鉴定出 dlx5a 是感觉毛细胞自发再生的关键转录因子，为理解前庭毛细胞再生机制及探索哺乳动物内耳再生策略提供了参考。

南通大学巩杰副教授、杨超博士、博士生张桂怡为本文共同第一作者，刘东教授和王新博士为共同通讯作者。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-76892-8

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