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在牙齿发育研究中，长链非编码 RNA（lncRNAs）的作用尚不明确。研究人员通过对人胎儿牙齿发育阶段的研究，发现 lncRNAs 可作为牙齿发育的细胞标记和牙齿再生的潜在靶点。这为理解牙齿发育机制及再生治疗提供了新方向。
在奇妙的生命科学领域，牙齿发育一直是备受关注的热点话题。牙齿发育是一个极为复杂的生物学过程，从胚胎时期就开始启动，像一场精心编排的 “生命之舞”，涉及牙上皮（DE）和牙间充质（DM）之间的相互作用，以及众多基因表达的精准调控 。这一过程始于人类胚胎 7 - 8 周左右，历经蕾状期、帽状期和钟状期等关键阶段，每个阶段都对牙齿的最终形态和功能起着决定性作用。
然而，在这场 “生命之舞” 中，长链非编码 RNA（lncRNAs）的角色一直迷雾重重。lncRNAs 是一类长度超过 200 个核苷酸的非编码 RNA 分子，在发育生物学研究中，它们通过转录、表观遗传和转录后调控等多种机制，在基因表达调控中发挥着关键作用。在人类和小鼠胚胎干细胞研究中，特定的 lncRNAs 被发现对发育基因的表达调控意义重大，而且在神经系统、肺、心脏和骨骼等组织器官的发育过程中，lncRNAs 也都扮演着不可或缺的角色。尽管已有研究揭示了某些 lncRNAs 与牙齿发育的关联，如 H19、DANCR 和 MEG3 等在牙源性间充质干细胞分化中发挥作用，但对于人类牙齿发育过程中 lncRNAs 的动态表达变化，科学家们仍然知之甚少。此外，之前的研究大多集中在动物牙齿组织上，如何将这些研究成果应用到人类牙齿发育和再生领域，依旧是一个亟待攻克的难题。
为了揭开这些谜团，首都医科大学等研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们开展了一项旨在剖析人类牙齿发育过程中 lncRNAs 表达谱及功能特征的研究，这项研究成果发表在《International Journal of Oral Science》上，为我们理解牙齿发育的奥秘带来了新的曙光。
研究人员在这项研究中运用了多种前沿技术方法。其中，批量 RNA 测序（bulk RNA - seq）技术是重要手段之一，研究人员利用该技术对人胎儿牙齿发育的蕾状晚期、帽状期和钟状早期的 DE 和 DM 组织进行分析，全面检测其中 lncRNAs 和信使 RNA（mRNA）的表达情况 。同时，他们整合了单细胞 RNA 测序（sci - RNA - seq）技术，深入挖掘特定细胞群体中 lncRNAs 的表达特征。此外，研究人员还借助空间转录组学技术，直观展现 lncRNAs 在牙齿组织中的空间表达模式，从多个维度全方位解析 lncRNAs 在牙齿发育中的作用。
研究结果
- 人类牙胚 lncRNAs 的鉴定及其在牙发生中的顺式调控潜力研究
研究人员通过 bulk RNA - seq 分析，成功鉴定出 18978 个 lncRNAs 和 20385 个 mRNAs，发现 lncRNAs 和 mRNAs 在牙齿发育的各个阶段都有广泛表达，这充分表明 lncRNAs 在人类牙齿发育过程中广泛参与其中 。进一步分析发现，lncRNAs 的平均表达水平低于 mRNAs，而且像 H19、MALAT1 和 MEG8 等 lncRNAs 在 DE 和 DM 中都呈现出高表达状态。通过顺式调控分析，研究人员还发现了 51 个与牙齿发育关键信号通路相关的分子以及 73 个相邻的 lncRNAs，这意味着这些 lncRNAs 可能在牙发生过程中对关键信号通路起着重要的调控作用。
- DE 中 lncRNAs 和 mRNAs 的动态表达模式及功能解析
为了深入了解 DE 中 lncRNAs 和 mRNAs 的表达规律，研究人员运用模糊 C 均值聚类分析方法，发现除 DE_cluster 6 外，其他聚类中的 lncRNAs 和 mRNAs 表达趋势相似。对各 mRNA 聚类进行基因本体（GO）富集分析后发现，DE_cluster 3 中的 mRNA 在与角质形成细胞分化、上皮细胞增殖和上皮细胞分化调控相关的 GO 术语中显著富集 。通过计算 lncRNAs 与相邻 mRNAs 的皮尔逊相关系数，研究人员还发现了 70 个 lncRNAs 与 85 个 mRNAs 呈正相关，这些共表达的 mRNAs 在牙齿发育、模式形成和胚胎器官发育等生物学过程中显著富集，其中 7 对 lncRNA - mRNA 对在牙发生过程中具有特异性富集，进一步证实了 lncRNAs 在 DE 发育中的重要功能。
- DM 中 lncRNAs 和 mRNAs 的动态表达模式及功能探究
同样采用模糊 C 均值聚类分析，研究人员在 DM 中鉴定出 6 种独特的表达模式，且 lncRNAs 和 mRNAs 在各聚类中的表达趋势平行。与 DE 不同的是，DM 中不同聚类的 GO 富集结果呈现出独特的特征，如 DM_cluster 3 中的 mRNA 在 RNA 剪接、肌动蛋白丝组织和细胞蛋白定位的正调控等方面显著富集，而 DM_cluster 6 中的 mRNA 则在组织极性建立、Wnt 信号通路和牙发生等过程中显著富集 。对 DM_cluster 6 中 lncRNAs 与相邻 mRNAs 进行相关性分析后发现，263 个 lncRNAs 与 335 个 mRNAs 呈正相关，这些共表达的 mRNAs 在含牙本质牙齿的牙发生、胚胎器官发育和细胞周期相变的正调控等过程中显著富集，其中 16 对 lncRNA - mRNA 对在含牙本质牙齿的牙发生过程中特异性富集，揭示了 DM 中 lncRNAs 在牙齿发育中的重要功能。
- 整合 sci - RNA - seq 和 bulk RNA - seq 技术揭示人牙胚细胞特异性 lncRNAs
研究人员整合 sci - RNA - seq 和 bulk RNA - seq 数据集，对人牙胚中 lncRNAs 的细胞特异性表达进行深入研究。通过筛选标记基因中的 lncRNAs，他们鉴定出 16 个在 DE 中高表达的 lncRNAs 和 8 个在 DM 中高表达的 lncRNAs 。进一步的差异表达分析发现，DE 中有 265 个 lncRNAs 表达显著上调，DM 中有 113 个 lncRNAs 表达显著上调。整合两种技术的数据后，研究人员确定了 6 个在 DE 中特异性高表达的 lncRNAs 和 2 个在 DM 中特异性高表达的 lncRNAs。通过对 DE 和 DM 进行亚聚类分析，研究人员还发现了 8 个内釉上皮（IEE）特异性 lncRNAs 和 7 个冠部牙乳头（CDP）特异性 lncRNAs，这些特异性 lncRNAs 可能在釉质和牙本质形成过程中发挥重要作用。
- CDP 特异性 lncRNA DLX6 - AS1 促进人原代牙胚间充质细胞（hTGMCs）和成牙髓干细胞（hDPSCs）的成牙本质分化
研究人员发现 CDP 特异性 lncRNA DLX6 - AS1 在牙本质形成过程中发挥着关键作用。通过对人胎儿牙齿晚期钟状期的 sci - RNA - seq 数据分析，发现 DLX6 - AS1 在牙乳头（DP）和部分成牙本质细胞中均有表达 。对 15 gw 胎儿牙齿进行 RNAscope 原位杂交染色，进一步证实了 DLX6 - AS1 在 DP 中的特异性表达，尤其是在冠状区域表达较强。体外实验中，研究人员通过设计针对 DLX6 - AS1 的 siRNAs，对 hTGMCs 和 hDPSCs 中的 DLX6 - AS1 进行敲低，结果发现敲低 DLX6 - AS1 后，细胞的成牙本质分化能力显著下降，成牙本质基因如 DSPP、SP7 和 ALPL 的表达也明显降低，这表明 DLX6 - AS1 在促进牙本质形成和再生过程中具有重要作用。
研究结论与讨论
这项研究全面且深入地剖析了人类牙齿发育过程中 lncRNAs 的表达谱和功能特征，为我们理解牙齿发育的分子机制提供了全新的视角。研究发现 lncRNAs 与相邻蛋白质编码基因存在共表达现象，这种协调调控可能是牙发生过程中的普遍特征 。通过整合多种测序技术，研究人员鉴定出了一系列在 DE、DM、IEE 和 CDP 中特异性表达的 lncRNAs，这些 lncRNAs 有望成为牙齿发育的细胞标记物，为研究牙齿发育的不同阶段和细胞类型提供了重要的分子指标。
此外，研究还证实了 CDP 特异性 lncRNA DLX6 - AS1 在促进 hTGMCs 和 hDPSCs 成牙本质分化中的关键作用，这为牙齿再生治疗提供了潜在的新靶点。未来，基于这些研究成果，有望开发出更有效的牙齿再生治疗策略，为牙齿缺失或发育异常的患者带来新的希望 。
然而，该研究也存在一定的局限性。研究主要集中在牙齿发育的早期阶段，从蕾状晚期到钟状早期，对于牙齿发育的后期阶段，lncRNAs 的作用机制尚未涉及，这在一定程度上限制了我们对整个牙齿发育过程中 lncRNAs 功能的全面理解 。同时，sci - RNA - seq 技术在研究 lncRNA 表达时也存在一些不足，如对低丰度 lncRNAs 的敏感性较低、覆盖度不完全以及注释困难等问题。因此，未来需要借助更先进的技术，进一步深入研究 lncRNAs 在整个牙齿发育过程中的作用，为牙齿发育和再生领域的研究提供更完善的理论基础。
