Cell Mol Life Sci︱李华伟/何英姿团队发现KDM5A有望成为感音神经性耳聋防治新靶点

撰文︱刘  畅

责编︱方以一，王思珍

编辑︱杨彬薇

感音神经性耳聋（sensorineural hearing loss，SNHL）是人类最常见的感觉障碍性疾病之一，严重影响患者的日常生活和工作。感音神经性耳聋是由于内耳毛细胞以及听神经等出现了器质损伤造成声波感受障碍，进而引起的听力损失。引起感音神经性耳聋的原因有多种，包括耳毒性药物、噪声、遗传及衰老等。因此积极探索有效的耳蜗毛细胞和听神经保护策略是防治感音神经性耳聋的重要手段。顺铂作为临床上常用的抗肿瘤药物之一，广泛应用于各种肿瘤的化疗。然而，顺铂的耳毒性副作用严重限制了其临床应用。目前，顺铂诱导耳毒性损伤的作用机制尚未完全阐明，且临床上缺乏有效的防治策略。

表观遗传修饰可在不改变DNA序列的前提下，通过DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA调控、染色质构象重塑等方式改变基因的表达，从而调控多种生物学过程。该团队前期研究表明，DNA甲基化和组蛋白修饰在不同因素（如耳毒性药物和噪声）诱导听力损失的过程中发挥重要的调控作用[1-3]。KDM5A （组蛋白去甲基化酶5A）是一种重要的组蛋白赖氨酸去甲基化酶，可特异性使H3K4me2/3去甲基化，从而发挥转录抑制功能[4]。既往研究表明，KDM5A能够通过调控组蛋白赖氨酸甲基化参与多种生命活动以及疾病的形成；然而，KDM5A是否参与调控顺铂诱导的听力损伤，目前尚无报道。

2022年11月17日，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院李华伟教授和何英姿副研究员团队在国际学术期刊Cellular and Molecular Life Sciences上在线发表了题为“Inhibition of KDM5A attenuates cisplatin-induced hearing loss via regulation of the MAPK/AKT pathway”的研究论文。该研究揭示了一个新的调控感音神经性耳聋的表观遗传学机制，是感音神经性耳聋与表观遗传学交叉领域的又一项重要成果。

首先，研究人员采用了KDM5A的抑制剂CPI-455，利用离体新生小鼠耳蜗器官培养技术，构建顺铂损伤模型，观察CPI-455在离体耳蜗器官培养条件下对毛细胞以及听神经损伤的保护效应。研究发现，CPI-455预处理可显著降低细胞内活性氧的蓄积、增加细胞活力、抑制细胞凋亡，从而拮抗顺铂所致的耳蜗毛细胞及螺旋神经节神经元损伤（图1）。为进一步研究CPI-455的保护作用，研究人员开展了体内实验。通过构建顺铂耳毒性小鼠模型，研究人员发现CPI-455可减轻顺铂诱导的毛细胞以及听觉带状突触丢失并改善了小鼠的听觉功能（图1）。上述结果表明，CPI-455对顺铂所致耳毒性具有明显保护作用。

图1 CPI-455拮抗顺铂耳毒性损伤

（图源：Liu, et al., Cell Mol Life Sci, 2022）

为进一步检测KDM5A在顺铂所致细胞损伤中的作用，研究人员利用HEI-OC1耳蜗听毛细胞株，通过小干扰 RNA（siRNA）细胞转染技术构建了KDM5A低表达的顺铂损伤模型，研究发现，下调KDM5A可改善顺铂诱导的线粒体功能紊乱，改变细胞的氧化磷酸化，阻止自由基等氧化产物的堆积，从而提高细胞的存活率（图2）。为探讨CPI-455拮抗顺铂耳毒性损伤的分子机制，研究人员对CPI-455+顺铂组、顺铂组以及对照组HEI-OC1细胞进行转录组测序。KEGG通路富集分析表明，差异基因主要富集于PI3K/AKT和Ras/MAPK 等信号通路。研究人员进一步采用CUT &Tag技术检测H3K4me3在基因组上的富集水平，发现顺铂损伤导致Sos1、Sos2和Map3k3启动子区域H3K4me3富集程度降低，基因表达显著下调，而加入CPI-455后可显著促进上述基因启动子区 H3K4me3的富集，诱导基因表达（图2）。

图2 调控KDM5A拮抗顺铂耳毒性损伤的分子机制

（图源：Liu, et al., Cell Mol Life Sci, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

综上所述，该研究发现组蛋白赖氨酸去甲基化酶KDM5A与感音神经性耳聋的发生发展密切相关。基于体内外实验，研究人员发现KDM5A在顺铂损伤的内耳细胞内显著升高，采用特异性小分子抑制剂CPI-455抑制KDM5A的活性可显著降低细胞内活性氧的蓄积、增加细胞活力、升高线粒体膜电位、改善线粒体功能，从而拮抗顺铂诱导的毛细胞以及听神经损伤，最终实现听力保护的目的。机制研究揭示，抑制KDM5A可通过增加基因启动子区H3K4me3的富集程度，上调Sos1、Sos2和Map3K3的表达，激活MAPK/Akt信号通路，对抗顺铂耳毒性损伤。该工作首次系统地探讨了KDM5A在顺铂诱导的听力损伤过程中的作用，为通过表观遗传学方法实现听力保护策略提供了新思路，也为感音神经性聋的防治提供了一个新的药物靶点。期待后续的研究在更多样化的听力损伤模型中探讨KDM5A的作用，从而丰富表观遗传修饰在不同因素诱导听力损伤过程中的调控作用。

原文链接：https://doi.org/10.1007/s00018-022-04565-y

通讯作者：李华伟（左），何英姿（右）

（照片提供自：李华伟/何英姿课题组）

通讯作者简介（上下滑动阅读） 

李华伟，教授，博士生导师，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院耳鼻喉科研究院院长兼耳鼻喉科主任，973 项目首席科学家，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，国家卫生计生突出贡献中青年专家，教育部创新团队带头人。致力于感音神经性耳聋发病机制和生物学干预策略的研究，以及眩晕诊疗设备的研发。承担包括“973”项目、国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金等研究课题40余项。在Nature Medicine、PNAS、Trends in Molecular Medicine等国际著名期刊发表SCI收录论文100余篇。

何英姿，副研究员，硕士生导师。主要研究方向为感音神经耳聋发病机制和生物治疗策略，聚焦于表观遗传修饰酶和天然产物对内耳毛细胞分化、保护及再生研究。参与国家重点基础研究发展计划(“973”)、国家自然科学基金等多项课题研究；主持国家自然科学基金项目4项，上海市青年科技启明星项目1项，获得国家发明专利授权2项。以第一/通讯作者发表SCI论文30余篇，总影响因子> 200分。相关研究成果发表在Acta Pharmaceutica Sinica B、Theranostics、Cellular and Molecular Life Sciences等国际著名学术期刊上。

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参考文献（上下滑动阅读）

[1] Liu C, Tang D, Zheng Z, Lu X, Li W, Zhao L, He Y, Li H. A PRMT5 inhibitor protects against noise-induced hearing loss by alleviating ROS accumulation.Ecotoxicol Environ Saf. 2022 Sep 15;243:113992.

[2] He Y, Zheng Z, Liu C, Li W, Zhao L, Nie G, Li H. Inhibiting DNA methylation alleviates cisplatin-induced hearing loss by decreasing oxidative stress-induced mitochondria-dependent apoptosis via the LRP1-PI3K/AKT pathway.Acta Pharm Sin B. 2022 Mar;12(3):1305-1321.

[3] He Y, Li W, Zheng Z, Zhao L, Li W, Wang Y, Li H. Inhibition of Protein arginine methyltransferase 6 reduces reactive oxygen species production and attenuates aminoglycoside- and cisplatin-induced hair cell death. Theranostics. 2020 Jan 1;10(1):133-150.

[4] Klose RJ, Yan Q, Tothova Z, Yamane K, Erdjument-Bromage H, Tempst P, Gilliland DG, Zhang Y, Kaelin WG Jr. The retinoblastoma binding protein RBP2 is an H3K4 demethylase. Cell. 2007 Mar 9;128(5):889-900.

本文完