空间有序的Cd24a+ /Pax9+ 干细胞核心调控哺乳动物牙齿的出生后建立机制

研究人员针对牙齿发育过程中干细胞时空动态调控机制不明的关键问题，通过构建Cd24a-CreERT2和Pax9-CreERT2谱系示踪模型，结合单细胞转录组测序(scRNA-seq)和空间定位技术，揭示了Cd24a+ /Pax9+ 干细胞核心通过PDGFB信号引导的集体迁移驱动牙根发育的分子机制，为牙齿再生医学提供了新靶点。

　　

牙齿作为脊椎动物重要的矿化器官，其发育过程涉及上皮-间充质的精密互动。尽管牙齿形态发生机制已有较多研究，但出生后牙齿建立过程中干细胞如何协调牙冠-牙根转换这一关键生物学问题仍未阐明。既往研究虽鉴定出Gli1⁺
、Axin2⁺
等牙源性干细胞标志物，但这些标记物特异性不足且无法解释整个发育过程的细胞动态。更关键的是，牙齿发育需要"硬组织"（如牙本质）和"软组织"（如牙髓）的协同形成，这种复杂结构的建立机制亟待解析。

针对这些科学问题，四川大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表了突破性研究成果。研究通过构建新型Cd24a-CreERT2和Pax9-CreERT2双报告小鼠模型，结合单细胞多组学分析、激光显微切割、肾被膜移植等技术，系统揭示了牙齿发育的细胞动力学机制。

关键技术方法
研究采用谱系示踪技术追踪Cd24a⁺
和Pax9⁺
细胞命运；通过Smart-seq3和10x Genomics平台进行单细胞转录组测序；运用CUT&Tag分析组蛋白修饰；建立肾被膜移植模型验证细胞自主分化能力；采用人牙胚样本（来自第四军医大学口腔医院正畸患者）进行保守性验证。

主要研究结果

Cd24a和Pax9在出生后磨牙中呈现独特的空间组织表达模式
单细胞RNA测序发现Cd24a⁺
和Pax9⁺
细胞构成两个发育枢纽。RNAscope显示在PN1阶段，Cd24a⁺
细胞位于牙冠区域，而Pax9⁺
细胞集中在牙根区域，交界处存在双阳性细胞层。这种空间模式在牙根发育过程中持续存在，且能在牙齿再生模型中重建。

谱系追踪揭示Cd24a⁺
和Pax9⁺
干细胞的 distinct 组织贡献
短时标记实验证实Cd24a⁺
细胞特异性分化为成牙本质细胞（NESTIN⁺
）和牙髓血管周细胞（αSMA⁺
），而Pax9⁺
细胞主要形成牙周韧带（POSTN⁺
）。肾被膜移植实验证明这两种干细胞具有细胞自主分化能力。

Cd24a⁺
/Pax9⁺
干细胞持续至成年并参与组织稳态
在3周龄小鼠中，Cd24a⁺
和Pax9⁺
细胞仍活跃贡献组织再生；至24周龄时，Pax9⁺
细胞仍保持较强的牙周组织再生能力，而Cd24a⁺
细胞活性有所下降。

细胞消融显著损害牙齿发育
通过DTA介导的细胞消融实验发现，Cd24a⁺
细胞缺失导致牙根发育受阻（牙高度减少37%），Pax9⁺
细胞消融则使牙周韧带面积缩小52%。移植实验证实这种缺陷具有持续性。

单细胞多组学解析干细胞特征
Smart-seq3分析发现Cd24a⁺
细胞高表达Wnt效应分子β-catenin（Ctnnb1），条件性敲除该基因导致牙根发育完全阻滞。H3K4me3 CUT&Tag显示不同亚群干细胞具有独特的表观遗传特征。

牙槽骨来源的PDGFB引导干细胞集体迁移
Transwell实验证实Pax9⁺
细胞对PDGFB的趋化响应最强（迁移速度提高2倍）。体内珠植入实验显示PDGFB能定向促进牙根伸长（长度增加28%），免疫荧光证实PDGFRα/β在Pax9⁺
细胞中表达。

人牙中存在保守的CD24⁺
/PAX9⁺
干细胞核心
通过分析12例第三磨牙样本，RNAscope和免疫荧光证实人类牙齿发育各阶段均存在与小鼠相似的空间组织模式。

研究意义
该研究首次阐明牙齿发育过程中Cd24a⁺
/Pax9⁺
干细胞核心的空间组织规律和功能异质性，揭示了PDGFB-Wnt信号轴调控牙根定向发育的分子机制。发现不仅解决了发育生物学领域关于矿化器官建立原理的基础问题，更为牙齿再生提供了明确靶点：Cd24a⁺
干细胞可作为牙髓再生的理想来源，而Pax9⁺
细胞库则为牙周组织工程开辟新途径。研究建立的遗传学工具和分子图谱将为颅颌面组织再生研究提供重要范式。