随着年龄增长，人体的平衡能力逐渐下降，老年人更容易出现头晕、姿势不稳及跌倒等问题。其中，年龄相关性前庭功能障碍（ARVD）是影响老年人生活质量的重要因素之一。

前庭系统位于内耳，负责感知头部运动、重力方向及空间位置。其中，前庭毛细胞（vHCs）是感知机械刺激的关键细胞，其顶部排列整齐的静纤毛与动纤毛共同构成毛束结构，能够将机械刺激转化为电信号，从而维持身体平衡。

然而，随着年龄增长，前庭毛细胞究竟发生了哪些变化？前庭功能衰退是由毛细胞数量减少引起，还是毛细胞的微观结构与功能先发生了退变？

近日，美国克瑞顿大学医学院等机构的研究团队在国际期刊《Advanced Science》发表题为《Molecular and Cellular Hallmarks of Age-Related Vestibular Hair Cell Degeneration》的研究论文。

研究团队结合单细胞RNA测序、共聚焦显微成像、电生理检测以及飞纳 Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜，从细胞结构、分子表达和生理功能等多个层面，系统揭示了前庭毛细胞的衰老特征。

研究发现，前庭毛束的结构退变及机械转导功能下降，可能早于明显的毛细胞数量减少，是年龄相关性前庭功能障碍的重要表现。

PART.1

前庭功能衰退，毛细胞数量却没有明显减少？

为了研究衰老对前庭系统的影响，研究团队选取2–2.5月龄的年轻小鼠和22–24月龄的老年小鼠，通过前庭感觉诱发电位（VsEP）评估其前庭功能。

结果表明，与年轻小鼠相比，老年小鼠的前庭反应幅度明显降低，反应阈值升高，潜伏期延长，表明前庭感觉功能随年龄增长而下降。

然而，通过免疫荧光染色对椭圆囊不同区域的 Ⅰ 型和 Ⅱ 型毛细胞进行统计，研究人员发现，老年小鼠的毛细胞密度并未出现显著降低。

这一结果提示：前庭功能下降并不一定伴随着毛细胞的大量丢失，毛细胞自身的结构变化可能是更早发生的衰老事件。

年轻与老年小鼠前庭功能及毛细胞数量的比较。老年小鼠前庭诱发电位发生显著变化，但椭圆囊毛细胞密度未出现显著下降。

PART.2

Phenom Pharos 扫描电镜揭示前庭毛束微观结构退变

既然毛细胞数量没有明显减少，那么前庭功能下降的原因是什么？

研究人员将目光转向毛细胞顶部的毛束结构。

正常情况下，静纤毛呈阶梯状有序排列，能够对机械刺激作出灵敏响应。随着年龄增长，这些精细结构可能逐渐受到损伤，影响细胞的机械感知能力。

为观察毛束的微观形貌，研究团队采用 Phenom Pharos 飞纳台式场发射扫描电镜，对年轻和老年小鼠椭圆囊及壶腹嵴的毛束结构进行成像分析。

扫描电镜图像直观呈现了不同年龄组毛束的形态差异。

年轻小鼠的毛束排列相对完整，静纤毛结构清晰；而在老年小鼠中，可以观察到明显的毛束退变，包括静纤毛缺失、毛束变稀疏以及局部结构异常。

Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜观察年轻与老年小鼠前庭毛束的微观形貌。老年组可见毛束退变和静纤毛缺失，红色箭头标示典型退变区域。比例尺：5 μm。

为了进一步量化结构变化，研究人员利用扫描电镜图像统计了单个毛束中的静纤毛数量，并测量毛束高度。

结果显示，老年小鼠椭圆囊和壶腹嵴相关区域的静纤毛数量均显著减少。其中，壶腹嵴毛束的整体高度也出现显著下降，而椭圆囊毛束高度未见显著变化。

这些结果表明，衰老对前庭毛束的影响不仅体现在形态异常，还表现为静纤毛数量减少及部分区域毛束高度的改变。

基于扫描电镜图像的前庭毛束定量分析。老年小鼠静纤毛数量显著减少，壶腹嵴毛束高度下降，反映出年龄相关的毛束结构退变。

PART.3

从结构损伤到功能下降：毛束退变影响机械转导

毛束是前庭毛细胞感知机械刺激的重要结构，其完整性直接关系到机械电转导功能。

那么，扫描电镜观察到的结构退变，是否真的影响了毛细胞的功能？

研究团队进一步利用FM1-43荧光染料摄取实验及前庭微音电位检测，对年轻和老年小鼠的毛细胞机械转导能力进行评估。

结果发现，老年小鼠前庭毛细胞对FM1-43染料的摄取显著减少，同时前庭微音电位的响应幅度明显降低。

这意味着，随着年龄增长，前庭毛细胞不仅出现毛束结构退变，其将机械刺激转化为电信号的能力也受到损害。

结合前述扫描电镜观察结果，研究建立了从微观结构变化到生理功能下降的证据联系。

年轻与老年小鼠前庭毛细胞机械转导功能比较。老年组 FM1-43 染料摄取及前庭微音电位响应均明显下降，表明机械转导功能受损。

PART.4

单细胞测序进一步揭示毛细胞衰老的分子机制

除了微观结构和生理功能变化，研究团队还采用单细胞 RNA 测序技术，分析前庭毛细胞在衰老过程中的基因表达特征。

研究发现，老年前庭毛细胞表现出多种与细胞衰老相关的分子变化，包括细胞衰老相关信号增强、氧化应激变化、线粒体功能异常、蛋白质稳态受损，以及 DNA 损伤修复相关基因表达下降。

更值得关注的是，一系列与静纤毛结构、细胞骨架以及机械转导功能相关的基因出现下调。

例如，Espn、Ush1c、Cib2 等基因与毛束结构稳定及机械转导过程密切相关，而 Ccdc39、Ccdc40 等基因参与动纤毛结构的组织与维持。

这些基因的表达变化，与显微成像观察到的静纤毛缺失、融合及动纤毛异常等现象相吻合。

前庭毛细胞衰老相关基因及生物学过程分析。多种与毛束结构、动纤毛组织和机械转导有关的基因及蛋白发生变化，为毛束退变提供了分子层面的解释。

研究表明，前庭毛细胞的衰老不仅表现为一般性的细胞功能下降，还涉及与毛束结构维持和机械感知密切相关的特异性分子变化。

这也为进一步理解年龄相关性前庭功能障碍提供了新的研究方向。

PART.5

研究总结

本研究通过整合扫描电镜、共聚焦成像、单细胞RNA测序及电生理分析，系统揭示了前庭毛细胞在衰老过程中的结构、功能和分子变化。

研究发现，尽管老年小鼠的前庭毛细胞数量没有出现显著下降，但其毛束结构已发生明显退变，并伴随机械转导能力降低。这表明，毛束结构损伤与功能障碍可能是前庭系统衰老过程中早于明显细胞丢失的重要变化。

在这一研究中，飞纳 Phenom Pharos 台式场发射扫描电镜为毛束退变提供了关键的微观形貌证据，并支持了静纤毛数量及毛束高度的定量分析。

从观察微观结构到关联生理功能，扫描电镜正为生命科学领域的细胞衰老与疾病机制研究提供重要的表征手段。

飞纳电镜——复纳科学仪器（上海）有限公司，2012 年创立于上海，为高校、企业和研究所提供台式扫描电子显微镜，产品线丰富：台式肖特基热场发射扫描电镜、CeB6 灯丝 XL 系列智能化台式扫描电镜、CeB6 灯丝 P 系列高性价比台式扫描电镜，ParticleX 系列全自动颗粒和异物检测扫描电镜，DiatomAI 全自动硅藻检测系统（电镜法），以及扫描电镜样品制备设备——离子研磨仪等。

飞纳电镜还提供与台式扫描电镜相关的技术支持和测试服务，在上海、北京、广州、成都设立了测试中心和售后服务中心，目前飞纳电镜在中国已经拥有超过 2500 名用户。

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