Smpd3通过Shh-Gli1通路调控成牙本质细胞分化的机制研究及其在牙本质再生中的潜在应用

本研究针对牙本质形成关键调控机制不明的科学问题，通过单细胞转录组分析发现Smpd3基因在成牙本质细胞分化中的重要作用。南京医科大学团队综合运用siRNA干扰、过表达实验和离体牙胚培养等技术，首次揭示Smpd3通过激活Shh-Gli1信号通路上调牙本质特异性标志物（Dspp、Dmp1），促进矿化结节形成的分子机制，为牙本质再生治疗提供了新靶点。

　　

牙齿作为人体最坚硬的器官，其复杂的发育过程一直是发育生物学研究的热点。在牙釉质之下，牙本质构成了牙齿的主体结构，这种特殊的矿化组织由成牙本质细胞（odontoblast）分泌形成。这些源自神经嵴的间充质细胞，在牙齿发育过程中经历精密的分化调控，最终形成具有独特管状结构的牙本质基质。然而，调控这一过程的关键分子开关仍存在大量未知，特别是在成牙本质细胞终末分化阶段的调控机制尚不明确。这一科学盲区的存在，直接制约着临床上牙本质损伤修复新策略的研发。

南京医科大学的研究团队在分析公共单细胞RNA测序数据时，发现中性鞘磷脂酶基因Smpd3在成牙本质细胞中特异性高表达。这一线索促使研究者们深入探索：这个已知在骨骼发育中起作用的基因，是否在牙本质形成中扮演着独特角色？通过构建小鼠牙乳头细胞（mDPCs）模型，研究人员采用基因沉默和过表达等策略，结合转录组分析和功能性实验，系统揭示了Smpd3-Shh-Gli1轴在牙本质形成中的核心调控作用。相关成果发表在《Bone》杂志，为牙科再生医学提供了新的理论基础。

研究主要采用四种关键技术：单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析PN1小鼠磨牙数据集；siRNA介导的Smpd3基因沉默和过表达实验；离体牙胚器官培养系统；以及bulk RNA测序解析下游通路。实验样本来自E18、PN0.5和PN1三个发育阶段的小鼠。

【Smpd3在成牙本质细胞中高表达】

通过分析Chiba团队的单细胞数据（GSE167989），UMAP聚类显示Smpd3在牙源性间充质细胞亚群中显著富集。进一步亚群分析确认其在分化中的成牙本质细胞呈现梯度表达模式，提示其可能参与分化进程。

【Smpd3调控成牙本质细胞分化】

功能实验表明，Smpd3沉默导致牙本质特异性标志物Dspp和Dmp1表达显著降低，矿化能力下降60%；而过表达则使矿化结节增加2.3倍。离体牙胚培养证实Smpd3促进牙本质基质沉积。

【Shh-Gli1通路介导Smpd3功能】

转录组分析发现Smpd3过表达显著激活Shh信号通路效应分子Gli1。抑制剂实验显示阻断Shh通路可逆转Smpd3的促分化作用，证实其功能依赖Shh-Gli1通路。

这项研究首次建立了Smpd3与经典Shh信号通路在牙本质形成中的功能联系。特别值得注意的是，Smpd3通过调控Shh信号活性影响Gli1转录因子的核转位，进而上调牙本质基质蛋白的表达。这种调控机制不同于已知的BMP/TGF-β通路，为理解牙本质发育提供了新视角。在讨论部分，作者特别指出Smpd3缺陷小鼠（fro/fro突变体）表现出的牙本质形成延迟表型，与本研究结论高度吻合。从转化医学角度看，该发现为龋病、牙本质过敏等疾病的生物治疗提供了潜在干预靶点。未来研究可探索局部递送Smpd3激活剂促进牙本质再生的可行性，或开发小分子药物特异性调控牙髓干细胞中的Shh-Gli1通路活性。