鉴定GLDN+牙源性干细胞对人类牙齿发育和再生至关重要

Identification of GLDN+ odontogenic stem cells as crucial for human tooth development and regeneration

作者信息Chengcheng Liao, Jinglun Liu, Maojiao Li, Bingqian Yang, Yejia Yu, Jian Yang, Xiaoxia Su, Shixing Ma, Hanchao Li, Jingyi Zhang, Weidong Tian, Li Liao
PMID41760598
发布时间2026-02-28
DOI10.1038/s41368-025-00419-y

实验完整度

包含scRNA-seq分析、体外功能实验(增殖、迁移、矿化、血管形成)、体内异位牙髓再生模型,并通过siRNA敲低进行机制验证。

主要模型

人第三磨牙牙乳头组织(早期根发育阶段) 原代牙髓细胞(DPCs) HUVEC细胞 裸鼠异位牙髓再生模型

重点核对

人第三磨牙牙乳头组织来源,根发育长度不超过最终根长的三分之一(患者年龄13-22岁) GLDN+和GLDN- DPSCs通过FACS分选,使用P3代细胞 用于成骨诱导的OriCell®人MSC成骨分化试剂盒 BMP5重组蛋白浓度(10, 50, 200 ng/mL) siRNA敲低GLDN和BMP5的序列及转染试剂

摘要

牙乳头(DP)对于牙本质和牙髓的发育至关重要。DP内的广泛细胞异质性是在牙发生过程中形成复杂而精确的牙齿结构的关键因素。然而,人类DP中对牙齿发育和再生起重要作用的关键细胞类型在很大程度上仍未被表征。在本研究中,我们使用单细胞测序分析了人类DP细胞的异质性,并鉴定出Gliomedin(GLDN)+ DP干细胞(DPSCs)是一组处于牙齿发育早期阶段的前体细胞,在牙髓和牙本质的发育中发挥关键作用。GLDN+ DPSCs战略性地位于人类DP组织中靠近新形成的牙本质或牙髓界面的区域。功能实验表明,与GLDN- DPSCs相比,GLDN+ DPSCs在体外表现出增强的自我更新、迁移能力和成牙本质分化潜能。此外,GLDN+ DPSCs能有效诱导内皮细胞的迁移和管形成,这对牙齿发育至关重要。异位牙髓再生模型证实,GLDN+ DPSCs在体内可以再生具有成牙本质细胞层的血管化牙髓结构。鉴于其功能特性,该细胞群被命名为GLDN+牙源性干细胞(OSCs)。机制上,GLDN通过自分泌和旁分泌机制经BMP5信号传导对维持GLDN+ OSCs的表型和功能至关重要。总之,本研究鉴定了一个先前未被表征的、对牙髓发育和再生至关重要的OSCs亚群。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
人类牙乳头中是否存在对牙齿发育和再生至关重要的特定干细胞亚群?
核心机制
GLDN通过自分泌和旁分泌机制调控BMP5分泌,激活P-SMAD1/5/9信号通路,从而维持GLDN+ OSCs的自我更新、迁移和成牙本质分化潜能,并促进内皮细胞血管生成。
主要证据
scRNA-seq鉴定出GLDN+细胞亚群;体外实验显示其增强的增殖、迁移、矿化和促血管生成能力;体内TDM异位移植模型证实其能再生血管化牙髓结构;siRNA敲低GLDN或BMP5可抑制这些功能。
研究意义
GLDN+ OSCs作为牙髓再生的理想种子细胞,具有临床应用的潜力,并为牙髓组织再生提供了潜在的治疗靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

单细胞转录组分析

解析人类牙乳头细胞的异质性,鉴定关键干细胞亚群。

对公共数据库GSE202476中人类牙乳头scRNA-seq数据进行分析,鉴定出6种主要细胞类型和11个亚群,重点关注Cluster 0(GLDN+)和Cluster 7。

2

GLDN+ DPSCs的分离与鉴定

从人类牙乳头组织中分离GLDN+ DPSCs并验证其干细胞特性。

通过FACS从原代DPCs中分选GLDN+细胞,培养至P3代,通过流式细胞术和Western blot验证GLDN表达及MSC标志物。

3

体外功能验证

比较GLDN+和GLDN- DPSCs在增殖、迁移、矿化和血管生成方面的功能差异。

通过CCK-8、克隆形成、划痕和Transwell实验评估增殖和迁移;通过ALP和茜素红染色评估矿化;通过HUVEC管形成实验评估促血管生成能力。

4

体内异位牙髓再生

评估GLDN+ DPSCs在体内再生血管化牙髓组织的能力。

将GLDN+或GLDN- DPSCs与I型胶原凝胶混合,注入TDM管中,皮下移植到裸鼠背部,4周后取出进行组织学分析。

5

机制验证

验证GLDN通过BMP5/P-SMAD1/5/9信号通路发挥功能。

通过siRNA敲低GLDN或BMP5,检测BMP5表达、P-SMAD1/5/9水平及细胞功能变化;使用重组BMP5蛋白进行回补实验。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
α-MEM培养基Gibco11095080
胎牛血清Gibco10099158
青霉素-链霉素Gibco1514022
I型胶原酶Gibco17100017
EDTA细胞解离液ServicebioG4050
细胞过滤器FALCON352340
CCK-8检测试剂盒KeyGen BioTECHKGA317
Synergy LX多功能酶标仪BioTek--
结晶紫SolarbioG1062
Transwell小室Corning3422
OriCell®人MSC成骨分化试剂盒OricellHUXXC-90021
BCIP/NBT碱性磷酸酶显色试剂盒BeyotimeC3206
FastPure细胞/组织总RNA提取试剂盒V2Vazyme7E730G3
HiScript III RT SuperMix for qPCR (+gDNA wiper)试剂盒VazymeR323-01
Taq Pro通用SYBR qPCR预混液试剂盒VazymeQ712-02
QuantStudio 6 Flex实时荧光定量PCR系统Thermo Fisher Scientific--
人BMP5 ELISA试剂盒JonloJL13578
基质胶Corning356234
血管生成载玻片ibidi91506
人BMP5重组蛋白(HEK293,hFc)MCEHY-P75472
PepMute™转染缓冲液(5×)SignaGenSL100575
PepMute™ siRNA转染试剂SignaGenSL100566
胶原水凝胶Cellmatrix230308
改良Masson三色染色试剂盒SolarbioG1346
胃蛋白酶抗原修复液ServicebioG0142
牛血清白蛋白BioFroxx4240GR100
DAPISolarbioD8200
奥林巴斯共聚焦激光扫描显微镜OlympusVS200
RIPA裂解液KeyGEN BioTECHKGB5203-100
BCA蛋白定量试剂盒KeyGEN BioTECHKGB2101-100
4X SDS-PAGE上样缓冲液(含β-巯基乙醇)SolarbioP1016
PAGE凝胶快速制备试剂盒EpizymePG112
180 kD预染蛋白MarkerVazymeMP102-01
PVDF膜MilliporeISEQ00010
脱脂奶粉BioFroxx1172GR500
ECL化学发光底物Tanon180-5001
吐温-20Solarbio9005-64-5
Western blot抗体剥离缓冲液EpizymePS107

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
单细胞转录组分析
数据来源GSE202476;细胞质量过滤条件(基因数>200,线粒体UMI<40%);聚类参数(Seurat版本、主成分数)
阅读提示:Methods: Statistical analysis of scRNA-seq data
细胞分离与培养
组织获取年龄和发育阶段(13-22岁,根发育不超过1/3);消化条件(3mg/mL I型胶原酶,37°C,30min);培养条件(α-MEM+10%FBS+1%P/S)
阅读提示:Methods: Isolation and cultivation of DP or dental pulp Cells
功能实验
CCK-8孵育时间(70min);克隆形成密度(500细胞/孔,10天);划痕实验培养基(无FBS);Transwell迁移细胞密度(5×10^5/mL)
阅读提示:Methods: Cell proliferation and colony formation assay; Cell migration
成骨诱导
成骨诱导试剂盒(OriCell®);诱导时间(ALP: 7天;茜素红: 14天)
阅读提示:Methods: Alkaline phosphatase and Alizarin Red staining
血管生成实验
Matrigel用量(10μL);HUVEC细胞数(2×10^4/孔);孵育时间(4小时)
阅读提示:Methods: Evaluation of angiogenic capacity in HUVECs
siRNA敲低
siRNA序列;转染试剂(PepMute™);转染条件
阅读提示:Methods: GLDN and BMP5 siRNA
体内实验
TDM制备方法;细胞浓度(1×10^6/mL);胶原凝胶类型(3mg/mL);裸鼠品系、年龄、性别;移植时间(4周)
阅读提示:Methods: Ectopic pulp regeneration model in nude mouse