随着城市化机械噪音加剧,抗生素滥用,人口老龄化推进等,听力损害(hearing impairment)患者正逐年增加,严重影响了人们的生活质量。听觉构成由一系列高度精细而复杂的组织组成,其中内耳毛细胞是重要的组成成分,将机械振动转化为电信号,后经连接的传入神经传至中枢神经系统。听力损害主要原因是内耳毛细胞的损伤。而哺乳动物的毛细胞损伤是永久性损伤,即不可再生出新的毛细胞。因此,从基因或分子水平上(根源上)发现诱导毛细胞发育的因子和引起听力损伤的原因是治疗该疾病的关键。毛细胞坐落于内耳柯蒂斯器(Organ of Corti)内,由3排外毛细胞和1排内毛细胞组成,外部由支持细胞包绕,底部与神经连接。在小鼠内耳发育过程中,胚胎期14天,内耳上皮中-基底区最初产生毛细胞,并按照基底-顶端和内侧-外侧的方式逐渐发育为成熟毛细胞。研究发现,多种信号通路参与内耳毛细胞的发育过程。比如,Notch是经典的调节毛细胞发育的信号通路之一,在内耳发育早期,激活的Notch信号通路维持前感觉上皮的形成;在发育后期,Notch信号通过“侧抑制”机制介导毛细胞和支持细胞的分化;抑制Notch信号通路促进毛细胞的再生。Wnt信号通路的激活可促进感觉上皮的增殖和分化,并与Notch相互作用共同介导毛细胞的分化。再有,Math1基因是介导毛细胞分化的重要因子。Math1的过表达促进毛细胞的分化及再生;相反,抑制Math1的表达则抑制毛细胞的分化。除此之外,STAT3信号通路在斑马鱼神经丘(Zebrafish neuromasts)发育过程中有调节作用,在毛细胞损伤再生过程中,STAT3活化;而敲除Stat3基因抑制了Math1表达,从而造成毛细胞数量减少。但是,STAT3信号通路在哺乳动物内耳发育中的功能不明确,及与Notch信号间的相互关系也没有探讨。另一方面,干细胞的对称与不对称分裂模式(symmetric and asymmetric division mode)是维持干细胞干性及定向分化的重要机制之一,干细胞通过对称分裂产生两个子代干细胞,或两个子代分化细胞;或通过不对称分裂产生一个干细胞和一个子代细胞。然而,哺乳动物内耳干细胞是否存在对称与不对称分裂模式仍不清楚,及STAT3信号通路是否影响内耳干细胞的对称不对称分裂模式未有研究。本课题通过条件性敲除小鼠模型结合体外诱导毛细胞分化体系,揭示STAT3信号通路在内耳干细胞发育中的功能。在第一章中,我们发现,在内耳发育早期,STAT3广泛的表达在内耳感觉上皮,随着发育进程逐渐表达在内耳毛细胞上,同时STAT3 pS727也表达在内耳毛细胞上。在体外诱导毛细胞分化体系中,Stat3的表达随分化的进程表达增加,并与Math1的表达呈正相关;同时在毛细胞上出现STAT3磷酸化。由Sox2CreER诱导的STAT3敲除的小鼠模型发现,敲除STAT3后,内耳耳蜗结构紊乱,毛细胞数量减少,Math1及内耳发育相关基因表达减少;特别重要的是,出现外毛细胞的缺失数目多,内毛细胞缺失数目少。同样,体外组织培养和诱导分化的体系中,也发现敲除STAT3后出现毛细胞发育障碍。另一方面,通过对内耳支持细胞(干细胞)有丝分裂过程分析,抑制STAT3信号通路可降低通过有丝分裂途径产生的毛细胞,进一步分析,在体外诱导毛细胞分化体系中,支持细胞通过对称与不对称分裂模式产生子代细胞。而抑制STAT3信号通路可降低不对称分裂比例,造成毛细胞数量减少。在第二章中,我们研究了STAT3和Notch信号通路在内耳毛细胞发育中的相互作用及功能。通过Sox2-CreER诱导的Notch1敲除小鼠模型及组织培养,STAT3及STAT3 pS727表达在再生的毛细胞上,且STAT3表达上调,说明STAT3是由抑制Notch再生毛细胞过程的参与分子。组织培养及体外诱导体系中,同时抑制Notch和STAT3信号通路时,与单独抑制Notch信号通路相比,毛细胞数量降低。更重要的是,抑制Notch信号,干细胞通过不对称分裂产生毛细胞比例增加,而同时是抑制STAT3和Notch信号通路时,与单独抑制Notch信号相比,不对称分裂比例下降,表明,抑制STAT3信号通路可通过减少不对称分裂模式而降低由抑制Notch信号通路再生毛细胞。综上所述,STAT3信号通路参与内耳毛细胞发育过程。STAT3,作为Notch信号下游分子,通过对称与不对称分裂方式调控内耳毛细胞的分化。