PNAS：再生牙齿或许不再是梦

近期，通过研究马拉维湖慈鲷，研究人员开始了解“这些动物在其整个成年期间如何维持它们的数百颗牙齿”。通过研究胚胎鱼的结构如何分化成牙齿或味蕾，研究人员希望有朝一日能够打开人类牙齿再生的机制。相关研究结果于十月十九日发表在PNAS杂志。

　　

生物通报道：当马拉维湖慈鲷鱼失去一颗牙齿时，会在掉牙的位置重新长出一颗新的牙齿。为什么人类不能同样在损伤或疾病失去牙齿后也长出新的牙齿呢？

近期，通过研究这些丰富多彩的鱼，研究人员开始了解“这些动物在其整个成年期间如何维持它们的数百颗牙齿”。通过研究胚胎鱼的结构如何分化成牙齿或味蕾，研究人员希望有朝一日能够打开人类牙齿再生的机制——像其他哺乳动物一样，人在一生当中只有两组牙齿。

这项工作也涉及到小鼠中开展的一项牙齿分化研究，研究人员发现，负责不断增长新牙齿的结构，可能比以前认为的更长久地保持活性，从而表明，这个过程在成年人中可能是被激活的。

这一研究是由美国乔治亚理工学院和伦敦国王学院的科学家们进行的，于十月十九日发表在PNAS杂志。这一研究是由美国国立卫生研究院牙科和颅面研究所资助的。延伸阅读：基因组测序揭开不死虫再生之谜。

乔治亚理工学院教授Todd Streelman指出：“我们发现了牙齿和味蕾之间的发育可塑性，我们正在试图了解细胞向牙齿或感官分化的调控途径。因其在人类的潜在应用，所以这很有趣，每个人在其一生当中的某个时间都曾遇到过牙齿问题。”

在世界范围内，近百分之60的人，在60岁的年纪就已经失去了所有牙齿。除了痛苦的牙齿健康问题之外，这可能还会引起显著的医疗和营养问题，可能缩短寿命。

为了了解关于“导致牙齿生长和发育的途径”的更多信息，Streelman和第一作者Ryan Bloomquist，研究了牙齿和味蕾如何从胚胎鱼的相同上皮组织中生长出来。与人类不同的是，鱼没有舌头，所以它们的味蕾和牙齿是混合在一起的，有时相邻排成一排。

马拉维湖慈鲷已经适应了它们的牙齿和味蕾，在其居住地的独特条件下蓬勃发展。有一个物种吃浮游生物，只需要很少牙齿，因为它用视觉定位食物并将其囫囵吞下。另一个物种以藻类为食，必须从岩石上刮或剪下来，既需要更多的牙齿，也需要味蕾来辨别食物。

研究人员将这两种亲缘关系很近的鱼进行了杂交，并且在这些杂交鱼种的第二代中，发现牙齿和味觉的数量有巨大的变化。通过研究这300条杂交后代鱼的遗传差异，研究人员能够梳理出变异的遗传成分。

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Streelman解释说：“我们能够找到控制这些结构的密度之间正相关关系的基因组区域。通过与伦敦国王学院的合作，我们能够证明，一些研究较少的基因也参与了小鼠牙齿和味蕾的发育。”

通过将胚胎鱼浸浴在化学物质中——这些化学物质会影响牙齿和味觉形成相关的发育途径，研究人员随后对两种结构的发育进行了操纵。在一种情况下，他们以牙齿为代价促进了味觉的发育。这些变化是在鱼卵受精五或六天之后开始的，在这个阶段，鱼有眼睛和大脑——但下颌仍在发育。

Streelman说：“似乎有发育开关，将改变常见上皮细胞到牙齿或感觉结构的分化。”

虽然他们有非常不同的目的和最终的解剖，但是牙齿和味蕾都起源于胚胎鱼发育上颌中的同一种上皮组织。随后，这些微小的芽分化，形成具有坚硬珐琅质的牙齿——或软的味蕾。Streelman说：“直到后来牙齿才发育出牙釉质和牙本质。在发育的早期阶段，这些结构真的非常相似。”

鱼和小鼠的研究表明，有了正确的信号，人类的上皮组织也有可能再生出新的牙齿。Streelman说：“最后，这项研究表明，人口腔的上皮细胞可能比我们以前认为的更具可塑性。从对人类健康的影响来看，我们的研究方向，是要弄清如何诱导上皮细胞形成一种或另一种类型的结构。”

但Streelman提醒说，长出新的牙齿是不够的。研究人员还需要了解神经和血管如何长成为牙齿，以使它们有生活力。

国王学院的共同作者Paul Sharpe教授指出：“这项研究令人兴奋的方面是，了解人类牙齿发育和再生，就能够确定自然指导鱼牙齿和味蕾发育的基因和遗传途径，并在哺乳动物中研究这些。我们对这个自然过程的基本生物学了解越多，就可以更多的利用它来开发新一代的临床治疗方法：在这种情况下，是如何产生生物替代牙齿。”

下一步，Streelman和研究人员Teresa Fowler正在致力于确定，牙齿和味蕾之间的可塑性可以延伸到成年期多久，什么机制可以触发这种变化。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Coevolutionary patterning of teeth and taste buds
Abstract: Teeth and taste buds are iteratively patterned structures that line the oro-pharynx of vertebrates. Biologists do not fully understand how teeth and taste buds develop from undifferentiated epithelium or how variation in organ density is regulated. These organs are typically studied independently because of their separate anatomical location in mammals: teeth on the jaw margin and taste buds on the tongue. However, in many aquatic animals like bony fishes, teeth and taste buds are colocalized one next to the other. Using genetic mapping in cichlid fishes, we identified shared loci controlling a positive correlation between tooth and taste bud densities. Genome intervals contained candidate genes expressed in tooth and taste bud fields. sfrp5 and bmper, notable for roles in Wingless (Wnt) and bone morphogenetic protein (BMP) signaling, were differentially expressed across cichlid species with divergent tooth and taste bud density, and were expressed in the development of both organs in mice. Synexpression analysis and chemical manipulation of Wnt, BMP, and Hedgehog (Hh) pathways suggest that a common cichlid oral lamina is competent to form teeth or taste buds. Wnt signaling couples tooth and taste bud density and BMP and Hh mediate distinct organ identity. Synthesizing data from fish and mouse, we suggest that the Wnt-BMP-Hh regulatory hierarchy that configures teeth and taste buds on mammalian jaws and tongues may be an evolutionary remnant inherited from ancestors wherein these organs were copatterned from common epithelium.