牙齿，作为人体最坚硬的器官，其内部的牙本质构成了牙齿的主体，不仅提供力学支撑，还承载着感知外界刺激的重要功能。牙本质由一类名为成牙本质细胞的特化细胞分泌形成。然而，日常生活中，由龋齿、外伤或磨损导致的牙本质缺损十分常见。遗憾的是，牙本质一旦缺损超过临界阈值，人体便失去了自我修复的能力，最终往往只能依靠补牙材料进行填充治疗，这远非理想的生物学修复。因此，探寻牙本质发育的精确机制，并从中寻找能够驱动牙本质再生的关键细胞与分子，成为口腔再生医学领域的核心挑战之一。
在自然发育过程中，牙本质的形成并非成牙本质细胞的“独角戏”，而是一场精心编排的“双人舞”。牙齿起源于外胚层来源的牙上皮与颅神经嵴来源的间充质细胞（牙乳头细胞）之间复杂的相互作用。牙上皮如同“导演”，指导着下方的牙乳头细胞分化为功能性的成牙本质细胞，进而分泌牙本质基质。然而，人类牙齿发育的这一动态互作过程，尤其是其中的关键信号通路与细胞亚群，在单细胞分辨率上仍如笼罩在迷雾之中。为了破解这一谜题，一支研究团队展开了系统性的探索，旨在绘制人类牙齿从起始到萌出全过程的细胞与分子图谱，相关成果发表在《Nature Communications》上。
为了回答上述问题，研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，他们利用单细胞RNA测序技术，对人类不同发育阶段的牙齿样本进行了高通量测序，从而在单细胞水平解析了所有细胞类型的转录组特征。其次，他们结合空间转录组学技术，将获取的基因表达信息精确映射回牙齿组织的原始空间位置，揭示了基因表达与细胞空间分布的关联。研究还涉及对成年牙髓干细胞进行分离和鉴定，并构建了牙本质缺陷的小鼠模型，用于体内功能验证。
研究结果
构建人类牙齿发育的单细胞与空间转录组图谱
通过对从起始期到萌出期的人类牙齿样本进行单细胞和空间转录组分析，研究人员成功绘制了一张高分辨率的人类牙齿发育细胞图谱。该图谱系统性地揭示了牙齿发育过程中所有细胞类型的动态变化，并特别聚焦于牙上皮与牙乳头这两个核心群体之间的相互作用。
牙上皮通过WNT-NOTCH信号顺序激活模式引导牙乳头分化
深入分析上皮-间充质互作，研究发现了关键的信号传导模式。图谱显示，牙上皮细胞并非同时激活所有信号，而是以一种有序的时序方式引导牙乳头。具体而言，牙上皮首先通过表达WNT信号通路相关的配体分子，启动并促进牙乳头细胞的早期响应和增殖。随后，NOTCH信号通路被激活，其信号传导在牙乳头细胞中增强，进而推动这些细胞向成熟的成牙本质细胞方向分化。这一“WNT-NOTCH顺序激活模型”精细地阐释了上皮如何分阶段、精准地指导间充质细胞命运决定。
鉴定出响应上皮信号的关键牙乳头细胞亚群及核心信号分子
基于转录组特征，研究团队在牙乳头细胞中鉴定出一个特定的细胞亚群，其特征性标志物为长链非编码RNA DLX6-AS1 。该亚群细胞对来自牙上皮的WNT和NOTCH等信号表现出高度的响应性，提示它们是接受上皮指令、最终分化为成牙本质细胞的关键前体细胞。研究进一步明确了在此互作过程中起枢纽作用的具体信号分子。
DLX6-AS1 + 细胞可从成体牙髓干细胞中分离并具备成牙本质潜能
一个重要的发现是，这种具有发育潜能的DLX6-AS1 + 细胞并非仅存在于发育期。研究人员成功从成年人来源的牙髓干细胞中分离出了表达DLX6-AS1 的细胞亚群。这证实了在成体组织中依然留存着具有类似胚胎期特性的前体细胞。
DLX6-AS1 + 牙髓干细胞在体内成功再生功能性牙本质
最关键的功能验证在动物模型中进行。研究人员将分离出的DLX6-AS1 + 人牙髓干细胞移植到牙本质缺陷的小鼠模型体内。结果显示，这些细胞不仅存活下来，而且成功地再生出了具有典型管状结构的牙本质组织，模拟了天然牙本质的形态，证明了其强大的体内成牙本质再生能力。
结论与讨论
本研究通过构建高分辨率的人类牙齿发育图谱，系统揭示了牙本质发生过程中上皮与间充质细胞互作的时空动态与分子机制，核心在于提出了WNT-NOTCH信号顺序激活的调控模型。研究不仅鉴定出DLX6-AS1 + 牙乳头细胞是响应上皮指令、决定成牙本质细胞分化的关键靶点细胞，更重要的突破在于证实了此类细胞可从成体牙髓干细胞中获得，并能在疾病模型中高效再生出具有生理结构的管状牙本质。
这项工作的意义深远。在理论层面，它极大地深化了我们对人类自身牙齿发育生物学原理的理解，填补了该领域在单细胞和空间维度上的知识空白。在转化医学层面，该研究为牙本质再生提供了极具潜力的新型细胞疗法策略。鉴定出的DLX6-AS1 + 细胞作为优质的“种子细胞”，以及明确的WNT/NOTCH信号靶点作为潜在的“肥料”（小分子药物或生物因子靶点），共同为开发针对牙本质缺损的生物学修复方案奠定了坚实的理论与实验基础，标志着向实现真正意义上的“生物牙再生”迈出了关键一步。
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