KLF6通过调控谷氨酰胺代谢促进牙髓干细胞成牙分化和基质矿化的机制研究

编辑推荐：针对牙髓损伤后修复性牙本质形成机制不明的难题，浙江大学医学院附属口腔医院团队揭示了KLF6通过直接调控GLS1和GDH表达，促进谷氨酰胺代谢流入TCA循环，增加胞外基质中柠檬酸沉积，从而驱动hDPSCs向功能性成牙本质细胞分化及矿化的新机制，为牙髓牙本质再生提供了新靶点。

　　当牙齿遭受严重损伤时，牙髓干细胞（hDPSCs）会迁移并分化为成牙本质细胞样细胞形成修复性牙本质，这一过程对维持牙髓牙本质复合体功能至关重要。然而，hDPSCs在分化过程中如何应对能量和合成需求增加的代谢重编程机制尚不清楚。Krüppel样因子6（KLF6）作为锌指转录因子家族成员，在牙齿发育过程中已被证实能激活牙乳头细胞的成牙本质细胞分化，但其在hDPSCs分化晚期功能调控中的作用仍属空白。

针对这一科学问题，浙江大学医学院附属口腔医院的研究团队通过多组学联用和基因编辑技术，系统揭示了KLF6通过代谢重编程调控hDPSCs成牙分化的分子机制。研究发现KLF6可作为"代谢开关"，通过直接结合GLS1和GDH启动子区域激活其表达，促进谷氨酰胺代谢流入三羧酸（TCA）循环，增加胞外基质中柠檬酸沉积，最终驱动修复性牙本质形成。该成果发表于《Stem Cell Research & Therapy》，为牙髓再生治疗提供了新策略。

研究采用的主要技术包括：hDPSCs分离培养与成牙诱导分化模型、慢病毒介导的KLF6过表达/敲除、转录组测序与代谢组学联合分析、线粒体形态观测（冷冻透射电镜与共聚焦显微镜）、¹³C-谷氨酰胺代谢流追踪、染色质免疫共沉淀（ChIP-qPCR）以及小鼠磨牙损伤模型等。

关键研究发现包括：1）转录组测序显示KLF6过表达导致1390个基因上调，显著富集于"胞外基质组织"和"胶原形成"通路；代谢组学揭示谷氨酰胺代谢和TCA循环相关代谢物水平升高。2）线粒体功能分析证实KLF6通过增加线粒体数量（平均增加35%）和嵴成熟度，提升基础呼吸率（提高42%）和ATP产量（增加1.8倍）。3）¹³C标记实验显示分化hDPSCs中谷氨酰胺衍生的α-酮戊二酸（α-KG）和柠檬酸（M+4）分别增加2.3倍和3.1倍，而谷氨酰胺剥夺使胞外基质Ca²⁺沉积减少67%。4）机制上，KLF6直接结合GLS1和GDH启动子（ChIP-qPCR验证结合位点），促进谷氨酰胺向α-KG转化，补充细胞膜渗透性α-KG（dm-α-KG）可逆转KLF6敲除导致的矿化抑制。5）动物实验证实AAV6-shKLF6处理使修复性牙本质桥厚度减少58%，而谷氨酰胺代谢抑制剂BPTES处理使反应性牙本质形成减少42%。

该研究首次阐明了KLF6通过"代谢-表观遗传"双重调控网络协调hDPSCs分化的新机制：一方面通过增强谷氨酰胺代谢满足分化能量需求，另一方面通过促进柠檬酸-胶原复合物沉积直接调控矿化进程。特别值得注意的是，研究发现牙本质中柠檬酸以类似骨组织的"Ca/柠檬酸/胶原I"复合物形式存在，这为理解生物矿化提供了新视角。从转化医学角度看，靶向KLF6-谷氨酰胺代谢轴可能成为促进牙髓再生的新策略，而dm-α-KG的挽救效应提示代谢干预可作为增强牙本质再生的潜在手段。该研究不仅拓展了对牙齿发育生物学中代谢调控的认识，也为其他矿化组织再生研究提供了重要参考。