哺乳动物耳蜗细胞命运的规范

摘要

引言

在哺乳动物中，声音的感知是通过一种特殊的感觉上皮细胞介导的，称为Corti器官，它沿着内耳腹侧的螺旋耳蜗导管的长度延伸。Corti器官包含作为听觉刺激的主要传感器的机械感觉毛细胞和周围的支持细胞，顾名思义，支持细胞为毛细胞提供结构和生理支持。Corti器官最引人注目的一个方面是毛细胞和支持细胞精确排列成高度有序的行，沿着耳蜗管的长度延伸。毛细胞和支持细胞都来源于起源于耳囊肿的祖细胞，耳囊肿是一种起源于发育中的后脑附近的placodely-derived外胚层内陷。除了毛细胞和支持细胞外，耳囊肿内的祖细胞还会产生许多其他类型的细胞；这表明，特定的细胞和分子相互作用引导耳囊细胞亚群沿着发育路径，最终形成毛细胞或支持细胞。虽然决定这些命运选择的因素仍不完全清楚，但最近的结果已经确定了积极和消极调节这些细胞命运决定的因素。

内耳发育和耳蜗解剖概述

如前所述，Corti器官内的所有细胞以及内耳膜部分内的大多数其他细胞类型都来自耳囊。耳囊肿首先可以被视为位于后脑附近的外胚层内的双侧增厚（耳板）。在小鼠中，耳板首先在胚胎第8.5天（E8.5）变得明显，24小时后通常出现完全内陷和封闭的耳囊。封闭后，一群神经母细胞从耳囊的腹侧区域脱落。这些细胞在腹内侧短距离迁移，然后结合形成发育中的第八脑（稳态）神经节。继成神经细胞脱层后，球形耳囊经历了一系列广泛而复杂的形态发生变化，从而形成不同的前庭背侧和耳蜗腹侧区域。前庭区的特征是存在三个半圆管和内淋巴管，而腹侧区包含螺旋耳蜗。随着耳蜗管的延伸和盘绕，其腹侧的一部分细胞开始发育为感觉上皮，也称为Corti器官。Corti器官的发育在胚胎期和出生后早期持续进行，小鼠在出生后第10天（P10）至P14天左右开始出现听力功能。

在细胞水平上，Corti器官的结构引人注目(图1). 声音诱导的压力波由位于机械感觉毛细胞顶端表面的一小束修饰的微绒毛（称为静纤毛）检测到。两种类型的毛细胞，内毛细胞（IHC）和外毛细胞（OHC），沿螺旋的长度排列成有序的行。一排IHC位于Corti器官的内侧边缘，而三排或有时四排OHC位于外侧边缘。IHC和OHC在形态和生理上彼此不同。此外，耳蜗内的几乎所有传入神经元都在IHC上形成突触，表明这些是对声音作出反应的主要细胞，而OHC主要由传出神经元支配，表明它们调节Corti器官对特定声音的反应。事实上，OHC已经被证明具有电活动性，可以调节听力。

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图1

Corti器官解剖

横截面(A类)和管腔表面(B类)Corti器官的细胞解剖图。内侧和侧面都贴有方向标签。上皮的内侧有一排内毛细胞（红色），外侧有三排外毛细胞（红）。内毛细胞由边缘细胞和内指骨细胞（深绿色）相互分隔，外毛细胞由Deiters细胞（浅绿色）分隔。内部和外部毛细胞区域被Corti隧道分隔开，Corti隧道是一个充满流体的结构，由单行内部和外部支柱细胞（紫色）包围。Hensen和Claudius细胞（米色、黄色）位于外侧边缘。

除了毛细胞外，Corti器官还包含五到七种不同类型的非感觉细胞，统称为支持细胞。支持细胞数量的变化不是由于物种之间的差异，而是由于支持细胞作为与毛细胞相关但不是毛细胞的任何细胞的定义相当模糊。大多数支持细胞的胞体位于基底膜附近，但实际上所有这些细胞都将顶端突起延伸到腔表面。单个边缘细胞接触每个内指骨细胞的内侧和外侧，而每个内指头细胞的管腔投影将其与相邻的内指骨上皮细胞分开。同样，每个OHC通过单个Deiters细胞的管腔投影与同一行和相邻行中的相邻OHC分离。单行IHC和第一行OHC由单行内外柱细胞分隔。两排柱状细胞结合在一起形成科尔蒂隧道，这是一种三角形结构，被认为在科尔蒂器官的硬化过程中发挥了作用。最后，在最外层OHC的侧面是几行细胞，称为亨森细胞和克拉狄斯细胞，亨森细胞靠近OHC。目前尚不清楚亨森细胞或克劳迪斯细胞是否应被视为支持细胞。

前庭细胞规格

如前所述，内耳膜部分内的几乎所有细胞类型，包括传入神经元，都来自最初位于耳囊中的多能干上皮祖细胞。因此，有三种主要谱系来源于耳囊肿细胞，即前感觉细胞（发育为毛细胞或相关支持细胞的细胞）、前神经细胞（发育成听觉或前庭神经元的细胞）和非感觉细胞（所有其他耳囊肿衍生细胞）。前庭感觉细胞局限于内耳的局限性和高度定型区域，包括沿着耳蜗管长度延伸的窄条(Morsli等人，1998年;莫里森等人，1999年;Cole等人，2000年). 基于前感觉区外几乎完全没有毛细胞或支持细胞，有人认为前感觉谱系内的细胞具有发育为毛细胞或支撑细胞的独特能力。然而，正如下文将要讨论的，最近的结果应该促使人们重新考虑前体细胞假说的这一方面。

通过分析耳囊中的表达模式，确定了三个候选基因作为前庭结构域的标记：Notch配体，Jagged1型(Jag1型)、Notch调节器、，疯子边缘(Lfng公司)和分泌的信号分子，骨形态发生蛋白4(英国标准普尔4) (Morsli等人，1998年). 然而，英国标准普尔4耳蜗前庭区的表达不持续Lfng公司或Bmp4型不会导致耳蜗毛细胞或支持细胞的丢失(Zhang等人，2000年;Chang等人，2008年). 尽管JAG1的早期耳蜗表达与Corti器官的最终位置并不完全对应(Kiernan等人，2006年)，几项研究表明Jag1型耳蜗的感觉发育。首次发现两种不同的N-乙基-N-亚硝基脲（ENU）诱导的突变Jag1型：小鼠杂合子回转和车头工突变都显示OHC数量减少(Kiernan等人，2001年;Tsai等人，2001年). 此外，在内耳特异性缺失中Jag1型，耳蜗底部没有毛细胞或支持细胞，而耳蜗顶端的毛细胞和支持细胞数量减少(Kiernan等人，2006年). 前感觉结构域的标记，如SRY相关高迁移率组（HMG）盒转录因子SOX2和细胞周期素依赖性激酶抑制剂CDKN1B（也称为p27^基普1)，大大减少。在人类中JAG1号机组与Alagille综合征有关，这是一种主要由肝脏、眼睛和心血管缺陷组成的综合征，但在一些病例中也有听力损失的报道(Le Caignec等人，2002年).

由于JAG1是一种Notch配体，因此需要激活Notch信号通路才能发育前体。与此假设一致，在体外早期使用γ-分泌酶抑制剂DAPT抑制耳蜗外植体中的Notch信号确实会减少发育的毛发和支持细胞的数量(Hayashi等人，2008a). 这一结果与后来在毛细胞规范（下文讨论）中Notch信号的既定作用形成对比。此外，根据表达情况，同一研究确定了Notch效应器，Hey1型和海伊2（有时称为赫斯特1和2号机组)，作为Notch信号传导的可能介导者，但推测的功能冗余和早期胚胎致死性排除了最终的功能丧失分析。另一个Notch信号调节剂，赫斯1，广泛表达于耳囊肿早期(Li等人，2008年)也可以参与定义前驱领域。利用Notch1的组成活性胞内结构域NICD在胚胎小鼠耳蜗过度表达时诱导前感觉标记表达的功能获得性研究(Dabdoub等人，2008年)导致胚胎鸡异位感觉斑的形成(Daudet和Lewis，2005年). 这些研究支持Notch信号在内耳前庭斑块形成中的诱导作用，以及随后在决定毛细胞的侧向抑制信号中的作用与支持细胞在发育后期的命运。

如上所述，转录因子SOX2是前感觉区的另一个标记，虽然不是一个特定的标记，因为它也在内耳前神经区表达。在发育中的中枢神经系统组织中，SOX2与祖细胞和干细胞群有关（有关综述，请参阅Ellis等人，2004年); 耳蜗的感觉祖细胞也是如此。SOX2在耳囊中广泛表达，但随着内耳的发育和原神经细胞的分层，其表达局限于假定的前庭感觉区，尽管它与JAG1的表达并不完全重叠，JAG1在耳蜗中的表达更为常见(图2). 小鼠在调节区携带突变索氏2型这特别减少了(索氏2型^Ysb公司)或几乎消融(索氏2型^Lcc公司)索氏2型内耳中的表达也显示毛细胞和支持细胞的缺失，证实了前庭发育对Sox2的需求(Kiernan等人，2005年b). 也有报告称，人类的感音神经性听力损失与SOX2标准，以及眼睛、下丘脑、垂体和大脑缺陷(Hagstrom等人，2005年;Kelberman等人，2006年).

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图2

Corti器官的发育

(A类)胚胎第13天（E13）通过耳蜗导管的横截面。Medial在左边。前庭结构域以导管底部部分重叠区域中Jag1（绿色）和Sox2（蓝色）的表达为标志。发育中的螺旋神经节（SG）内的神经元被标记为红色。左侧的动画显示，螺旋神经节神经元是声波刺猬（Shh）的来源，可能会抑制导管中半部分的感觉形成。(B类)E15处管道的类似视图。请注意，前庭区现在位于导管底部的侧半部。Atoh1阳性毛细胞（红色）存在于Jag1/Sox2阳性前感觉域内。这幅漫画展示了前感官领域的放大视图。此外，还说明了Bmp4（蓝色）和Prox1（金色）的表达模式。(C类)E18处的横截面。毛细胞现在表达肌球蛋白VI（红色）。周围的支持细胞对Jag1仍呈阳性（绿色）。神经支配的螺旋神经节神经炎用蓝色标记。卡通总结了文本中讨论的大多数因素的表达模式。

虽然JAG1和SOX2根据其表达模式被鉴定为前感觉命运的候选诱导物，并经小鼠功能丧失研究证实，但转录共激活物基因、，眼睛缺失同源物1(埃亚1)根据其与人类Branchio-o-to-renal（BOR）综合征的相关性确定(Abdelhak等人，1997年).埃亚1与SOX2类似，广泛表达于耳囊，其在原发性表达中的重叠一直持续到晚期埃亚1在毛细胞中发现，而SOX2仅限于支持细胞(Dabdoub等人，2008年;邹等人，2008). 删除的总数埃亚1导致耳蜗发育停滞在耳囊期，排除了除早期标记物以外的所有标记物分析(Xu等人，1999年)但最近的一项研究使用了一系列等位基因亚型来解决埃亚1在感觉发育中(邹等人，2008). 感觉细胞的数量与埃亚1前体标记的表达，如英国标准普尔4和Lfng公司，也减少了。SOX2仍然存在，尽管减少了，即使在埃亚1无效耳囊，表明至少埃亚1SOX2可独立监管。

随着发育的继续，耳蜗导管内的前感觉细胞上调CDKN1B(Chen和Segil，1999年). CDKN1B表达的时间（从E13开始）与前感觉结构域内的终末有丝分裂和Cdkn1b型导致长时间的增殖。如前所述，CDKN1B的表达依赖于JAG1的表达，在索氏2型突变体。CDKN1B的表达开始于毛细胞分化的最初迹象，这可能是前庭结构域最明确的标记，至少在耳蜗中是如此。然而，毛细胞和支持细胞存在于Cdkn1b型突变体，表明其不需要用于感官规范。最后，随着IHC区域内的细胞开始分化（约E14），位于发育中IHC侧面的前感觉细胞对转录因子PROX1呈阳性(Bermingham-McDonogh等人，2006年;Kirjavainen等人，2008年). 与SOX2的情况一样，发育中的OHC下调PROX1，而柱细胞和Deiters细胞保持表达。PROX1及其果蝇属同源物prospero在许多系统的发育中发挥着关键作用，包括淋巴血管系统、神经视网膜和中枢神经系统（综述于库克，2003年;Hong和Detmar，2003年;Karcavich，2005年). Corti器官中PROX1表达的特定模式表明它在该系统中也很重要。然而，测试这一假设的实验还没有报道。

原语域的限制

上述研究已经确定了前庭形成所必需的一些基因，但对影响前庭结构域在耳蜗上皮内的位置和范围的因素知之甚少。最近的结果表明，Hedgehog信号通路已经被认为是早期耳模式形成的必要途径(Riccomagno等人，2002年)，可能会发挥这样的作用。锌指转录因子的截断突变，英语3Hedgehog信号的下游效应器导致人类Pallister-Hall综合征（PHS）(Kang等人，1997年). 除了上述PHS的特征外，最近还报道了听力损失(Driver等人，2008年). 小灵通小鼠模型，有针对性地删除Gli3公司模仿PHS患者的截短，也显示出缺陷：耳蜗缩短，感觉区域扩大，科利克器官（位于科尔蒂器官附近的非感觉性耳囊炎衍生细胞区域）的异位感觉斑(Driver等人，2008年). 由于被截断的GLI3蛋白被认为是刺猬信号的阻遏物，耳蜗内感觉细胞的扩张表明刺猬的信号通常会限制前感觉细胞的命运。声波刺猬（嘘）在Kölliker器官下方的螺旋神经节（SG）中表达，这可能是抑制信号的来源(图2). 耳蜗外植体中添加外源性SHH在体外抑制感觉细胞的形成和前感觉标志物表达的扩展Gli3公司突变体表明刺猬信号作用于JAG1/Notch上游。

在其他组织中，最著名的是神经管，但也包括发育中的耳囊(Bok等人，2007年)BMP和/或典型Wnt信号常常拮抗Shh信号。很容易推测，来自耳蜗螺旋神经节的感觉抑制性内侧SHH信号可能会被位于Corti器官另一侧的另一个感觉诱导信号中心所反对。如前所述，英国标准普尔4在耳朵发育早期的一些前庭域中表达，但在耳蜗中仅限于Corti器官的外侧，Hensen细胞和Claudius细胞将在此发育(Morsli等人，1998年). 虽然用外源性BMP4蛋白或BMP抑制剂Noggin在鸡体内调节BMP信号的实验产生了相互矛盾的结果(Li等人，2005年;Pujades等人，2006年)，鼠标中的功能损失分析表明英国标准普尔4耳蜗中的感觉模式不需要(Chang等人，2008年). 然而，在小鼠耳蜗外植体中调节BMP信号传导的其他实验，但在前感觉结构域形成后开始，确实表明BMP4诱导毛细胞，而Noggin抑制毛细胞的形成(Puligilla等人，2007年). 这些结果表明，BMP和SHH可以在耳蜗上皮上以相反的方式发挥作用，但鉴于实验时间的不同，这种情况是否属实还有待观察。

科利克器官中的毛细胞异位斑块Gli3公司突变体表明刺猬信号作用于抑制该区域感觉细胞的形成。此外，在体外实验证明，这些异位细胞的形成依赖于Notch信号的激活(Driver等人，2008年). 如果Notch信号在该区域通常被抑制，从而限制了前感觉域，那么内源性表达的Notch抑制剂的丢失可能导致异位毛细胞的形成。事实上，在赫斯5在该区域观察到突变体、散在的异位毛细胞(Zine等人，2001年). 以前的研究表明，科利克器官细胞很容易成为毛细胞和支持细胞(郑和高，2000;Woods等人，2004年)所以在这个区域只有少数异位毛细胞发育赫斯5突变体可能是各种功能冗余的结果赫斯和嘿耳蜗中表达的基因。有趣的是，看看基因操作是否允许多个基因的内耳特异性缺失赫斯和嘿基因揭示了这些基因在发育中的耳蜗上皮模式中的更多作用。

单个细胞类型的规范

根据前感觉结构域的规范，该结构域中的单个细胞被认为被广泛指定为发育为毛细胞或支持细胞。对特定形态标记早期表达的研究表明，毛细胞在支持细胞之前就被指定了，这表明毛细胞的命运代表了原感觉域内的主要命运。Corti胚胎器官外植体中的毛细胞消融研究证实了这一结论，该研究表明，去除毛细胞会导致替代毛细胞与周围正常发育为支持细胞的未整合祖细胞分化(Kelley等人，1995年). 在鸡耳蜗毛细胞再生范式中也证明了类似的结果（综述于Stone and Cotanche，2007年). 这些研究的结果也与侧向抑制机制的存在相一致，即发育中或成熟的毛细胞阻止相邻细胞采用相同的命运。

侧向抑制相互作用，如上文所述的毛细胞和支持细胞的相互作用，通常通过Notch信号通路介导（参见D'Souza等人，2008年). 事实上，过去10年的一系列出版物证实了Notch在毛细胞和支持细胞镶嵌结构形成中的关键作用(Lanford等人，1999年;Kiernan等人，2005a;Brooker等人，2006年).槽口1广泛表达于整个耳蜗管，而美洲虎2（美洲虎2）,类Delta 1(Dll1号机组)和类Delta 3(Dll3号机组)只在发育中的毛细胞中观察到(Lanford等人，1999年;莫里森等人，1999年;Hartman等人，2007年). 此外，一些Notch靶基因，包括赫斯1,赫斯5,Hey1型,海伊2、和希尔（也称为Hesr3号机组)，已被报道在支持细胞中表达，其中至少一些基因的表达已被证明依赖于Notch激活(Lanford等人，2000年;Zheng等人，2000年;Zine等人，2001年;Murata等人，2006年;Hayashi等人，2008a;Li等人，2008年;Doetzlhofer等人，2009年). 此外，正如预测的那样，任何相关基因的缺失都会导致毛细胞的可变过度生产。例如，条件性内耳缺失槽口1导致毛细胞数量增加两倍以上，同时支持细胞也随之减少。这些结果与发育中的毛细胞和周围未分化祖细胞之间的侧向抑制相互作用相一致；他们认为，除了下面讨论的两种特定的支持细胞亚型外，如果Notch信号被消除，几乎所有的耳蜗前感觉细胞都会发展为毛细胞。

Notch信号在抑制毛细胞命运中的重要作用的初步证明也为鉴定其他可能对毛细胞规范很重要的基因提供了有价值的见解。尤其是，对脊椎动物和无脊椎动物的研究表明，碱性螺旋环螺旋（bHLH）转录因子家族的成员经常受到Notch信号的负调控（综述于康奈尔和艾森，2005年). 对发育中耳蜗中bHLH家族成员的表达进行检测，确定了无调性同源物，Atoh1号机组，作为可能的候选人，并对Atoh1号机组突变小鼠证实了该基因对毛细胞形成的必要性(伯明翰等人，1999年;Lanford等人，2000年). The onset ofAtoh1号机组启动子活性和mRNA表达先于Dll1号机组和美洲虎2，并删除Atoh1号机组导致毛细胞完全缺失。此外Atoh1号机组无论是在前感觉区内，还是在前感觉域外，都足以诱导毛细胞的命运(郑和高，2000;Woods等人，2004年;Jones等人，2006年). 迄今为止，Atoh1号机组是唯一被证明足以形成毛细胞的因子，其发病时间表明它是毛细胞谱系中最早表达的基因之一。

鉴于Notch信号传导的中断导致发育为毛细胞的细胞数量增加，以及Atoh1号机组在毛细胞形成中，这些结果共同表明Notch通过抑制Atoh1号机组表达式。这个假设意味着Atoh1号机组最初在广泛的原感细胞中表达，随后Notch信号的激活导致Atoh1号机组在那些将发育成毛细胞的细胞中。与这个想法一致，抑制Notch信号确实会导致Atoh1号机组-阳性毛细胞(Lanford等人，2000年;Takebayashi等人，2007年;Doetzlhofer等人，2009年). 然而，很难确定早期Atoh1号机组耳蜗内的表达。不同的化验方法Atoh1号机组表达，包括启动子活性、信使核糖核酸表达和蛋白质表达，给出了不同的结果，在某些情况下表明广泛表达，而在另一些情况下观察到的表达仅限于定向毛细胞(Lanford等人，2000年;Chen等人，2002年;Woods等人，2004年). 显然需要仔细的血统研究来确定Atoh1号机组在耳蜗前感觉细胞中的表达。

确定调节发病的因素Atoh1号机组表达一直是一个挑战。Jagged1型和索氏2型是必需的Atoh1号机组表达，但检验充分性的交互实验要么尚未进行(Jagged1型)或产生负面结果(索氏2型;Dabdoub等人，2008年). 对于索氏2型至少，这表明前感觉域可能代表了一个环境，对于Atoh1号机组表达，而其他因素实际上可能诱导Atoh1号机组在此域中。候选人Atoh1号机组-诱导因子是有限的，但最近的一项研究表明，成纤维细胞生长因子（Fgf）信号可能发挥作用。Fgf信号通路对大多数脊椎动物耳囊和内耳的早期发育和模式形成至关重要(Leger and Brand，2002年;Maroon等人，2002年;Wright和Mansour，2003年;Wright等人，2004年;Ladher等人，2005年). 此外，Fgf受体1(Fgfr1级)是耳蜗内毛细胞和支持细胞形成所必需的(Pirvola等人，2002年). 来自的耳蜗Fgfr1级先天性耳囊缺失动物Fgfr1级有稀疏的、打印错误的感觉补丁，只包含内部毛细胞。虽然前庭结构域仍存在于这些耳蜗中Atoh1号机组被观察到，表明FGFR1在前驱领域发挥调节作用Atoh1号机组尚未确定耳蜗中FGFR1的配体，但最近的一项研究发现Fgfr1级使用FGF20功能阻断抗体的耳蜗移植物中的突变体样表型(Hayashi等人，2008b). 这些结果表明，FGF20与FGFR1的结合是Atoh1号机组耳蜗内的表达；然而，这一规定是直接的还是间接的尚待确定。

虽然Notch信号传导在防止多余毛细胞形成方面的重要性是显而易见的，但调节哪些祖细胞以及有多少祖细胞将发育为毛细胞的因素仍不清楚。如前所述，Dll1号机组和Jag2型似乎只在已经决定毛细胞命运的细胞中表达。这一观察表明，其他因素必须调节毛细胞群体的选择。尽管这种调节的机制尚不清楚，但已经确定了几个候选因素。第一种是IDs（分化抑制剂），这是一个由四种HLH基因产物组成的家族，通过直接竞争一个共同的二聚体伴侣来对抗bHLH分子，如ATOH1（在诺顿，2000). 简言之，在DNA结合之前，bHLH蛋白（如ATOH1）必须与普遍表达的bHLH（如E47）或E2A基因产物形成异二聚体。ID缺乏bHLH蛋白的基本DNA结合域，但包含HLH二聚体结构域。因此，ID可以与bHLH分子竞争共同的二聚伙伴，其结果是ID结合被二聚伙伴隔离。四个中的三个身份证件基因，标识1,识别码2和识别码3在毛细胞发育之前，在发育中的前庭域表达(Jones等人，2006年). 然而，所有三种蛋白的特定下调识别码观察到发生在毛细胞形成开始时。最后，在原感觉细胞中强制表达ID3强烈抑制毛细胞的形成。

第二个基因最近被证明影响Atoh1号机组活动是索氏2型如上所述，索氏2型在前感觉域的规范中起着关键作用，但随后在发育毛细胞中SOX2的下调导致了以下建议：索氏2型也可能充当Atoh1号机组敌手。联合转染实验证实了这一假设索氏2型可以抑制Atoh1号机组诱导毛细胞形成(Dabdoub等人，2008年). 此外，动物数量减少，但并非完全消失，索氏2型表达结果实际上显示Corti器官中的毛细胞数量增加，支持了以下观点索氏2型充当Atoh1号机组敌手。探头1，一种在大多数原感细胞中表达的同源域转录因子，在索氏2型突变体，并在中诱导索氏2型-转染耳蜗细胞，也抑制Atoh1号机组活动。最后，正如预期的那样，至少有两个Notch靶基因，赫斯1和海伊2，也可抑制Atoh1号机组-共转染实验中诱导毛细胞的形成(郑和高，2000;Doetzlhofer等人，2009年).

总而言之，Atoh1号机组作为毛细胞形成的关键诱导剂。调节发病的因素Atoh1号机组耳蜗中的表达尚未完全确定，初始的大小也尚未确定Atoh1号机组-阳性人群。相反，许多因素起到了对抗作用Atoh1号机组耳蜗中的信号已被确定。这些信号因子或通路的调节导致不同数量的多余毛细胞，这表明多个通路协同作用，严格调控毛细胞数量。考虑到Corti正常器官中毛细胞的基本不变模式，一个明显的挑战是确定如何调节这些不同的通路，以指定正确的毛细胞数量。

支撑电池规格

与毛细胞相比，对支持细胞的规格了解甚少。虽然对毛细胞作为机械感觉刺激的主要换能器的关注导致了对支持细胞的有限研究，但更大的障碍是缺乏特定支持细胞类型的明确标记。如前所述前庭细胞规格大多数限制于支持细胞的mRNA或蛋白标记最初在原感细胞中表达。因此，区分支持细胞群的变化和前庭结构域大小的调节一直是一个挑战。产生异位毛细胞的能力提供了至少一种检测支持细胞产生的方法。目前，在所有检查过的病例中，异位毛细胞似乎都被异位支持细胞包围(Woods等人，2004年;Driver等人，2008年). 这些细胞通常表达支持细胞/原感细胞标记物JAG1和SOX2，但在至少一个例子中，异位支持细胞也表达Otogelin，这是一种在原感细胞中不表达的支持细胞标记物(El-Amraoui等人，2001年;Woods等人，2004年). 这些结果表明，毛细胞利用特定的诱导机制招募周围细胞作为支持细胞。这种诱导的机制尚不清楚。如前所述，Notch通路在毛细胞和最终发育为支持细胞的相邻细胞之间被激活，但Notch信号是否可以作为支持细胞命运的直接诱导剂尚未被研究。

Corti器官包含几种不同的支持细胞类型，包括内柱细胞和外柱细胞。支柱细胞仅存在于哺乳动物的听觉感觉上皮细胞中，并且具有独特的形态。最近的结果表明，柱细胞命运的调控也是独特的。从大约E16.5开始Fgf受体，Fgfr3级，在祖细胞中上调，这些祖细胞似乎包括发育为柱状细胞、外毛细胞和Deiters细胞的细胞(Mueller等人，2002年;Jacques等人，2007年). 然而，随着开发的进行Fgfr3级在很大程度上限制了柱细胞的发育。同时，发育中的内毛细胞位于Fgfr3级域，开始表达Fgf8型，已知配体Fgfr3级(Zhang等人，2006年;Jacques等人，2007年). 删除其中一项Fgfr3级或Fgf8型在内耳中表现出相似的表型，其中支柱细胞的发育被特异性破坏(Colvin等人，1996年;Hayashi等人，2007年;Jacques等人，2007年;Puligilla等人，2007年). 这些结果与内毛细胞中产生的FGF8与邻近祖细胞中的FGFR3结合并激活从而形成柱状细胞的诱导相互作用一致。与此假设一致，通过增加配体数量或删除FGFR拮抗剂，FGFR3的激活增加，萌芽2导致形成支柱细胞的细胞数量增加(Mueller等人，2002年;Shim等人，2005年;Jacques等人，2007年). 如果没有Fgfr3级，不仅柱状细胞无法发育，而且在Corti器官中还观察到了额外的外毛细胞，这表明原本作为柱状细胞发育的前感觉细胞经历了命运的改变(Hayashi等人，2007年;Puligilla等人，2007年). 这些结果表明，FGFR3信号既抑制毛细胞命运，又诱导柱细胞命运。最近的一项研究确定了抑制支柱细胞区毛细胞形成的至少一个重要因素。删除槽口1内耳内导致Corti器官内的支持细胞几乎完全丧失。然而，一个关键的例外是柱状细胞的数量，这似乎未受影响，这表明即使在没有槽口1.基于此结果，Doetzlhofer及其同事（2009年）检测已知Notch靶基因在Notch或Fgfr拮抗剂或激动剂存在下的表达。他们发现了海伊2，在柱状细胞中特异性表达，被FGF激活海伊2，以及对Notch信号传导的抑制，导致柱状细胞的损失。这些结果表明，在Corti器官内，海伊2由Fgf途径而非Notch信号调节，并且该途径用于特异性调节支柱细胞的发育。这种变化的原因尚不清楚，但可能与驱动柱细胞进化的选择性压力和Corti隧道有关。显然需要进一步的实验来确定允许Fgf途径调节的机制海伊2以及导致分子信号改变的进化变化。

结论

Corti器官代表了在细胞命运和模式调节方面取得的显著成就。至少有七种不同的细胞类型以特定的比例彼此指定，然后以严格的镶嵌图案排列。虽然对创建和完善该结构所需的机制的总体理解仍然有限，但已经取得了重大进展（参见图3). 将产生Corti器官的祖细胞被指定为起源于内耳发育的耳囊阶段的前感觉细胞群。Notch信号通路和转录因子SOX2以及其他通路在确定前庭同一性方面起着关键作用，而其他通路，包括刺猬信号通路，似乎抑制内耳其他区域的前庭形成。一旦前体细胞建立，转录因子的表达，Atoh1号机组可能由Fgfr1信号诱导，启动一个足以形成机械感觉毛细胞的遗传程序。一旦被指定，毛细胞通过Notch介导的抑制作用和未定义的诱导信号影响相邻的前感觉细胞，这些信号结合起来募集支持细胞群。调节单个支持细胞类型规格的因素基本上未知，但支柱细胞除外，支柱细胞是通过FGFR3和FGF8之间的诱导相互作用形成的。伴随着细胞命运的指定，原生质细胞必须变成有序的行。只有现在，在对主要细胞类型是如何指定的有了良好的基础理解之后，才有可能开始检查这些模式化事件。最近的结果已确定核蛋白、SOBP1、肌球蛋白II运动蛋白和平面细胞极性途径的成员是细胞模式的调节器(Montcouquiol等人，2003年;Wang等人，2005年;Chen等人，2008;山本等人，2009年). 希望未来的实验能够证明细胞命运规范和细胞模式通路在耳蜗形成过程中是如何协调的。

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图3

沿前庭、毛细胞和支持细胞系在耳囊肿细胞中直接和/或表达的因子概述

血统用黑色箭头表示，诱导相互作用用绿色箭头表示，抑制相互作用用红色箭头表示。简言之，Notch信号通路，以及Sox2和Eya1，被认为是引导耳囊细胞走向生殖命运的途径。接下来，未知数量的前感觉细胞对Atoh1呈阳性，可能是通过激活Fgfr1。Sox2和Id1、2和3的作用是限制Atoh1阳性细胞的数量。已开始发育为毛细胞的细胞表达Jag2、Dll1和Dll3，导致Notch1和下游靶点Hes1、Hes5、Hey1、Hey2和Heyl在邻近前庭细胞中激活。缺口激活抑制这些细胞发育为毛细胞。与此同时，毛细胞也会产生大量未知的诱导信号，招募邻近细胞作为支持细胞。柱状细胞的形成依赖于内毛细胞表达的Fgf8和祖细胞表达的Fgfr3之间的诱导相互作用，可能通过Hey2发挥作用。最后，Hedgehog通路的激活可能通过神经母细胞中Shh的表达介导，抑制非感觉细胞进入原感觉谱系。

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