Mechanism of sensorineural hearing loss induced by acoustic trauma and endotoxemia-mediated inflammation in animal model

Abstract

Acoustic trauma or an inflammatory response results in the destruction of hair cells in the organ of Corti or the fibrocytes in the spiral ligament and the spiral limbus. This stress leads to an increase in the macrophage population. This increment is believed to be caused by the transformation of the infiltrated monocytes to macrophages rather than the proliferation of the cochlear resident macrophages. However, studies on infiltrated monocytes in the cochlea are scarce. Thus, we aimed to investigate the infiltration of monocytes and their transformation into macrophages after noise exposure and LPS treatment. We used wild-type and CX3CR1+/GFP C57/B6 mice. the infiltration of monocytes and the transformation into macrophages were identified by immunofluorescence of mouse cochlear cells. The findings were confirmed and quantitated by flow cytometry. One day after noise exposure, monocytes were identified in the spiral ligament. Flow cytometric analysis confirmed that the monocyte population peaked on post-noise exposure day 1 and decreased after that. On day 3 after noise exposure, the amoeboid type macrophages increased in the crista basilaris, and on day 5, they spread to the basilar membrane. Unlike noise exposure, neutrophils were identified in the spiral ligament and the osseous spiral lamina 1 day after repeated high-dose LPS injection. Monocytes were also identified in the spiral ligament. The subsequent process of the transformation of infiltrated monocytes into macrophages was alike noise exposure. This study reveals that the infiltration of monocytes 1 day after noise exposure and LPS treatment and the transformation of infiltrated monocytes into macrophages after that. It provides the evidence of previous studies that cochlea cells derived from the monocyte/macrophage lineage serve a phagocytic function in the inner ear. From this, we could infer that the destruction of hair cells in the organ of Corti could be prevented by inhibiting the monocyte infiltration into the cochlea.

음향 외상 또는 내독소혈증 매개 염증에 의해 코르티 기관의 유모세포 및 달팽이 관 내의 나선 윤부와 나선 인대 안의 섬유세포가 손상된다. 이러한 스트레스를 받게 되면 달팽이관 내에 대식세포의 수가 증가한다. 이렇게 증가한 대식세포는 달팽이관 내에 상주하는 대식세포가 분열하여 증가하는 것이 아니라 혈관을 순환하는 단핵구가 달팽이관으로 들어와 대식세포로 분화하여 그 수가 증가한다고 알려져 있다. 하지만 단핵구가 달팽이관으로 유입되어 대식세포로 분화하는 것에 대한 연구는 아직까지 많이 알려진 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 소음 및 전신적 내독소에 의해 달팽이관 내 염증이 유발되는 상황에서 단핵구가 달팽이관 안으로 들어와 대식세포로 분화하는 기전을 규명하고자 한다. 본 논문에서는 CX3CR1에서 GFP가 발현되는 유전자 변형 마우스와 야생형 마우스로 실험을 진행하였다. 단핵구가 달팽이관으로 들어가서 대식세포로 분화되는 과정은 immunohistochemistry를 통하여 확인하였다. 이 결과는 유세포 분석을 통해 재확인 및 정량화 하였다. 그 결과, 소음에 노출된 후 1일차부터 단핵구는 달팽이관 내의 나선인대로 모여들었다. 유세포 분석 결과 달팽이관의 단핵구는 소음에 노출된 1일차에 수가 가장 많이 증가하였고 이후 점점 줄어들었다. 소음에 노출된 후 3일차에 달팽이관의 기저막과 측벽의 접합부에서 아메보이드 형태의 미분화된 대식세포가 증가하였다. 그리고 소음 노출 후 5일차에 분화된 대식세포가 기저막 전체로 이동하였다. 달팽이관이 내독소에 노출되었을 때는 소음에 노출되었을 때와 다르게 호중구가 달팽이관 내의 나선 인대 및 골 나선 판에 나타났다. 하지만 단핵구는 소음에 노출되었을 때와 비슷한 양상으로 내독소에 노출된 후 1일차에 들어와서 대식세포로 분화하였다. 이 연구는 다양한 스트레스에 의해 유발되는 달팽이관의 염증반응에서 단핵구가 들어와 대식세포로 분화되는 과정을 확인한 연구이다. 따라서 이 연구결과들은 달팽이관 내로 단핵구의 이동을 차단하게 되면 코르티 기관의 유모세포의 손상을 막을 수 있다는 확신을 갖게 하여, 새로운 난청 치료법의 개발 가능성을 시사한다.