Sci Adv：四川大学张韵秋等团队研究揭示了空间有序的牙源性干细胞在哺乳动物出生后矿化器官发育中的关键作用

矿化组织是脊椎动物的基本组成结构，具有提供机械支撑、保护机体及执行多种生理功能的重要作用。其中，骨骼构成机体支架，参与运动功能、保护重要脏器并为造血提供骨髓微环境；而牙齿则承担咀嚼、发音及维持面部形态的功能。骨骼与牙齿通常通过间充质来源的纤维组织与机体连接：骨间连接及牙-骨连接依赖韧带组织，骨-肌连接则通过肌腱实现。为维持这些矿化组织的活力，发育过程中由干细胞建立了关键的血管化"软组织"网络，包括骨髓和牙髓。尽管这些组织至关重要，但干细胞如何协调构建这种兼具"硬"（矿化）与"软"（非矿化）组分的复杂矿化组织，仍是发育生物学领域亟待阐明的重要科学问题。

以磨牙这一典型矿化器官为例，其出生后发育依赖于牙本质-牙髓复合体的营养支持，以及牙根与牙周组织在牙槽骨中的锚定作用。该过程可分为牙冠形成与牙根发育两个阶段，其间存在短暂过渡期。目前对牙冠形成及其向牙根发育转换的调控机制知之甚少，现有研究多聚焦于牙根发育本身。根尖乳头作为仅存在于牙根发育期的特殊组织，位于牙根孔区域。自该区域首次分离出根尖乳头干细胞以来，该组织一直被推测为调控出生后牙根发育的牙源性干细胞中心。根尖乳头细胞还具有显著的溴脱氧尿苷掺入率与端粒酶活性。因此，研究者致力于揭示乳头区牙源性干细胞的特异性标记物及其向不同牙源性谱系的分化潜能，但对根尖乳头与牙冠形成/转换阶段的关联仍缺乏认知。

模式流程图（图片源自Science Advances）

Gli1与Axin2是颅面间充质研究中最早且最常用的两种标记物。利用Gli1-Cre和Axin2-Cre小鼠进行的谱系示踪显示，这两种标记物在根尖乳头区域富集。然而，由于Gli1和Axin2在牙源性与非牙源性组织中广泛表达，其作为牙源性干细胞标记物的特异性存在争议。在小鼠磨牙出生后早期阶段，Gli1广泛表达于牙上皮、成牙本质细胞、牙乳头及牙囊区域，至成年期才局限于根尖牙周韧带（PDL）。Axin2则在分化的成牙本质细胞、成骨细胞及根间区域高表达。因此，Gli1与Axin2的表达不能作为出生后牙源性干细胞的特异性标记，而是反映了这些细胞中Hedgehog与Wnt信号通路的普遍激活状态。近期研究发现，自分泌PTHrP-PPR信号对牙根发育至关重要，PTHrP⁺细胞主要分化为牙周韧带和牙槽隐窝骨，不参与牙冠及牙本质-牙髓复合体的形成。作者此前通过三维培养牙乳头（DP）鉴定出一组具有多向分化潜能的Cd24a⁺牙本质-牙髓再生干细胞，但其体内对应细胞的存在及谱系贡献尚未明确。由此可见，牙源性干细胞的分子特征及其谱系贡献仍需深入探究。

随着单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术的应用，对不同牙齿发育阶段的高分辨率分析揭示了细胞组成特征及潜在谱系贡献。值得注意的是，在胚胎13.5天（E13.5）至E14.5期间，Msx1+Sox9⁺细胞从牙囊迁移至乳头区，对其形成具有重要贡献。至E16.5时，牙乳头内开始出现明显的细胞功能分区，提示该阶段已启动细胞功能特化。然而，由于现有scRNA-seq研究主要聚焦于牙齿发育的胚胎早期阶段，关于出生后牙齿建立的若干关键问题仍未解决：何种干细胞生成不同的出生后牙组织（尤其是牙本质-牙髓复合体）？同一干细胞群体是否经历牙冠-牙根转换并形成完整的牙本质-牙髓复合体？牙本质-牙髓与牙周组织的干细胞如何协同作用以建立成熟牙齿？

本研究通过整合scRNA-seq、谱系示踪与细胞消融、条件性基因敲除（KO）的多组学分析及免疫染色验证，发现一组空间有序的Cd24a⁺/Pax9⁺干细胞核心群体可协调牙冠-牙根转换及出生后磨牙发育。具体而言，Cd24a⁺细胞是整个牙齿牙本质-牙髓复合体的细胞来源，而Pax9⁺细胞主要生成牙周组织。它们的协同发育受牙槽骨来源的血小板衍生生长因子B（PDGFB）调控。Cd24a⁺细胞消融或条件性敲除经典Wnt信号通路会显著损害牙根发育。这些发现揭示了空间有序的Cd24a⁺/Pax9⁺干细胞群体在出生后牙齿发育中的重要作用，为牙齿形成机制提供了新的理论依据。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5653