Sci Adv | 李中瀚、李蓓等合作揭示新型双层牙源干细胞中心介导牙器官发育过程

摘要：间质谱系介导了哺乳动物体内多种重要脏器的发育过程。牙齿作为经典的由上皮 - 间质相互诱导产生的模式器官，不仅承担着咀嚼食物、辅助发音等重要生理功能，更对维持面部形态具有关键作用。牙齿发育可分为牙冠发育和牙根发育两大阶段。在胚胎期及出生后初期，牙齿首先

间质谱系介导了哺乳动物体内多种重要脏器的发育过程。牙齿作为经典的由上皮 - 间质相互诱导产生的模式器官，不仅承担着咀嚼食物、辅助发音等重要生理功能，更对维持面部形态具有关键作用。牙齿发育可分为牙冠发育和牙根发育两大阶段。在胚胎期及出生后初期，牙齿首先完成冠部发育，随后经历“ 冠根转换” （ Crown to root transition ）启动牙根及牙周组织的形成。然而，这一过程中仍存在诸多未解之谜：牙冠与牙根是否源自同一牙髓干细胞？二者发育过程如何精准转换？牙源干细胞又如何协调牙髓 - 牙本质复合体与牙周组织的协同发育？

2025 年 6 月 6 日，四川大学李中瀚教授团队与第四军医大学李蓓教授课题组在 Science Advances 联合发表题为

A spatially organized Cd24a/Pax9stem cell core governs postnatal tooth establishment的重要研究成果。该研究通过整合单细胞测序、谱系示踪、多组学分析及显微切割等前沿技术，首次鉴定出一个具有高度物种保守性和时空特异性的Cd24a/Pax9双层干细胞中心，系统揭示了该中心在协调冠根转换及出生后磨牙发育中的核心作用。

研究发现，小鼠出生后各发育阶段的牙乳头中均存在由 Cd24a + 和 Pax9 + 细胞构成的双层干细胞中心。这一特殊结构呈现动态空间分布特征：早期集中分布于牙冠区域，随着牙根发育启动（ PN3 时期）向牙乳头两侧迁移，最终稳定定位于根尖牙乳头区。通过精密的谱系示踪实验，研究者发现 Cd24a + 细胞可特异性分化为包含冠部和根部的完整牙髓组织，而 Pax9 + 细胞则主要形成牙周组织及少量牙髓。值得注意的是，联合示踪实验证实 Cd24a + /Pax9 + 细胞具有发育为完整牙齿结构（含牙髓和牙周组织）的全能性。更引人注目的是，这两群细胞在成年小鼠牙齿中依然存在，持续参与牙齿稳态维持。肾被膜移植实验进一步证明， Cd24a + /Pax9 + 细胞在异位环境中仍保持分化为牙髓或牙周组织的能力。当通过 DTA 小鼠模型清除 Cd24a + 或 Pax9 + 细胞后，牙齿发育出现严重缺陷，有力证实了这两群干细胞在牙齿器官建立中的不可替代性。

为深入解析这一干细胞中心的调控机制，研究团队运用 SMART-seq3 测序、 CUT&Tag 分析、单细胞测序及空间转录组等多组学技术展开系统研究。空间转录组分析结合细胞迁移实验揭示，牙槽骨来源的 PDGFB 蛋白通过与其受体 PDGFRA/B 的相互作用，精确引导 Pax9 + 细胞参与的牙根延伸过程。 SMART-seq3 测序分析显示， Wnt 信号通路关键基因在 Cd24a + /Pax9 + 细胞中特异性高表达。研究人员通过条件性敲除 Cd24a + 细胞中的 β-catenin 基因，证实 Wnt 信号通路缺陷会导致根部成牙本质细胞分化受阻，进而影响牙本质正常沉积。单细胞测序分析则成功构建了 Cd24a + 与 Pax9 + 细胞的分子特征图谱，解析了亚群组成及细胞间通讯网络。尤为重要的是，通过对人类不同发育时期牙齿样本的分析，研究证实 Cd24a + /Pax9 + 双层干细胞中心在人类牙齿中同样存在，凸显了这一机制的进化保守性。

综上，该研究通过整合谱系示踪与多组学技术，系统阐明了Cd24a+/Pax9+双层干细胞中心在牙齿发育中的核心作用，不仅揭示了牙髓与牙周组织的关键干细胞起源，更初步阐明了不同谱系干细胞整合微环境信号协同发育的分子机制，为牙齿的器官建立及其调控机制提供了新见解。