牙齿发育中舌侧与颊侧牙源性间充质细胞的特化作用及R-spondin1调控机制研究

本研究针对牙齿发育中位置信息机制不明的难题，通过转录组分析和功能实验揭示了牙胚间充质细胞沿舌颊轴的区域特异性分化规律。研究发现舌侧间充质（Cap-L）高表达Rspo1/Wnt通路基因主导成牙分化，而颊侧间充质（Cap-B）通过BMP信号促进周边组织形成。该发现为牙齿再生医学提供了新的靶向策略。

　　

牙齿发育是一个精密调控的形态发生过程，其中位置信息（positional information）对细胞命运决定起着关键作用。虽然牙齿宏观模式（如臼齿与门齿的区别）的研究已取得进展，但微观层面上细胞如何根据其空间位置获得特定分化特征仍不清楚。特别值得注意的是，牙齿沿舌颊轴（lingual-buccal axis）的发育存在明显不对称性——牙尖模式从颊侧向舌侧形成，且舌侧区域与继生牙发育相关。然而，这种不对称性的分子基础，尤其是在牙源性间充质细胞中的区域特化机制，尚未得到系统阐释。

为了解决这一科学问题，韩国延世大学牙学院Han-Sung Jung教授团队在《International Journal of Oral Science》上发表了最新研究成果。研究人员通过空间转录组学分析和功能性实验，揭示了牙胚间充质细胞沿舌颊轴的分子特化规律，并发现R-spondin1（Rspo1）作为关键调控因子决定细胞的成牙命运。

研究主要采用以下技术方法：1）利用批量RNA测序（bulk RNA-seq）对E13帽状期和E15钟状期小鼠牙胚的舌侧/颊侧间充质进行空间转录组分析；2）通过肾脏包膜移植实验评估不同区域间充质的成牙潜能；3）使用Wnt1creERT/+;R26RTdT/+转基因小鼠进行细胞谱系追踪；4）采用微流体芯片技术（microslide chemotaxis assay）分析细胞趋化行为；5）通过免疫荧光染色检测细胞增殖（PCNA）和凋亡（cleaved Caspase-3）指标。

Temporal transcriptomic information of dental mesenchyme at cap and bell stage

通过比较帽状期和钟状期牙间充质的转录组差异，发现帽状期间充质高表达模式形成（pattern specification）、区域化（regionalization）和细胞命运决定（cell fate specification）相关基因（Alx1/3/4, Hand1, Tbx3/15/18等），而钟状期则富集细胞外基质（ECM）形成、骨化和血管生成相关基因。这表明早期间充质具有模式形成潜能，后期转向分化功能。

The asymmetrical expression pattern of tooth germs at cap stage

空间表达分析证实已知基因的不对称分布：Osr2、Dkk2和Sfrp2在舌侧表达，而Bmp4、Msx1和Runx2在颊侧优势表达，为区域特化提供了分子基础。

Bulk RNA sequencing analysis of dental mesenchyme at cap and bell stage

关键发现显示，舌侧间充质（Cap-L）在帽状期富集胚胎器官形态发生、ECM组织和骨化相关基因（Ostn, MMP13, Alx3/4等），而颊侧间充质（Cap-B）高表达间充质发育、再生和干细胞相关基因（Tgfb2, Hgf, Sox10等）。这种差异在钟状期仍然维持，表明两区域具有稳定的不同发育轨迹。

The odontogenic capacity of the lingual and buccal parts of dental mesenchyme

功能实验证实只有舌侧间充质具有成牙潜能：肾脏包膜移植实验中，完整牙胚和舌侧部分都能形成矿化牙齿并表达釉原蛋白（Amgn），而颊侧部分仅形成骨组织。基因富集分析进一步显示"牙发生"（odontogenesis）相关术语仅在舌侧特异富集。

The cellular self-organization

利用Wnt1creERT/+;R26RTdT/+小鼠的细胞谱系追踪实验发现，舌源间充质细胞主要贡献于牙本质和牙髓形成（DSP+细胞），而颊源细胞则形成牙周韧带（Fibrillin+细胞）和骨组织（Sp7+细胞）。这表明细胞具有位置记忆能力，即使在解离重组后仍保持其原始位置的功能特性。

Rspondin1 as a novel regulator of the odontogenic potential at cap stage

研究发现R-spondin家族（Rspo1/2/4）在舌侧间充质中特异上调，与牙上皮关键因子（Shh, Bmp2, Sox2）通过Wnt通路相互作用，调控"上皮管分支形态发生"和"成牙本质细胞分化"等过程。相反，颊侧间充质高表达BMP抑制剂（Grem1, Chordin, Noggin）。趋化实验显示舌源细胞向Rspo1条件培养基迁移，而颊源细胞向Noggin迁移，证实了信号通路的方向性调控作用。

Differences in cell proliferation, apoptosis, and migration along the lingual-buccal axis

舌侧间充质显示更高的增殖活性（PCNA+细胞）和迁移能力，而颊侧间充质凋亡增加（cleaved Caspase-3+细胞）。BrdU/IdU双标实验揭示舌侧细胞向颊侧方向增殖扩展，而颊侧细胞向双向增殖，解释了牙齿形态建立的细胞行为基础。

研究结论表明，牙齿发育中的舌颊轴特化由Wnt/BMP信号梯度的平衡调控——舌侧间充质通过R-spondin/Wnt通路主导成牙命运，而颊侧间充质通过BMP信号促进周边组织形成。这种位置信息机制不仅解释了牙齿模式形成的基本原理，更重要的是为再生牙医学提供了新的策略：通过调控特定区域间充质细胞或相关信号通路，有可能实现精准的牙齿再生。该研究首次系统揭示了牙间充质细胞的位置记忆特性及其分子基础，对发育生物学和再生医学领域都具有重要意义。