细胞间黏附分子1阳性牙髓干细胞在深龋进展中的作用

Impact of intercellular adhesion molecule 1-positive dental pulp stem cells in deep caries progression

作者信息Yi Zhang, Yulian Zhang, Yi Chen, Wenzhi Wu, Jianwei Sun, Xiatong Zhang, Jingchen Zhang, Zhuo Chen
PMID40343788
发布时间2025-08
DOI10.1111/iej.14248

实验完整度

高

包含单细胞测序、体外细胞功能验证(成牙本质分化、细胞因子分泌)、巨噬细胞共培养及小鼠深龋模型等多层级证据,并有机制验证(TNF-α诱导、CEBPD通路)。

主要模型

人牙髓干细胞(DPSCs) THP-1巨噬细胞 小鼠上颌第一磨牙深龋模型 人深龋牙髓组织样本

重点核对

单细胞测序数据来自GSE185222,包含2个深龋和1个健康牙髓样本 ICAM1+ DPSCs的分选及功能实验采用体外培养的人DPSCs(P3-P5代) THP-1细胞条件培养基处理(ICAM1+或ICAM1− DPSCs上清:巨噬细胞培养基=1:2)时间1-3天 TNF-α诱导DPSCs分化实验采用0-80 ng/mL浓度处理24小时 啮齿动物深龋模型:C57BL/6小鼠,1/4球钻磨除上颌第一磨牙近中尖,覆盖1 μg/mL LPS 3分钟

摘要

目的:牙髓干细胞(DPSCs)调节免疫反应;然而,它们在深龋中的异质性仍不清楚。本研究旨在探讨细胞间黏附分子1阳性牙髓干细胞(ICAM1+ DPSCs)在深龋牙髓组织免疫微环境中的作用,以制定治疗策略。方法:使用单细胞测序比较深龋和健康牙髓组织的细胞谱。通过免疫荧光/流式细胞术在人/小鼠模型中定量ICAM1+ DPSCs,并分选用于功能分析。使用碱性磷酸酶/茜素红染色评估成牙本质分化,而炎症介质产生则通过RT-qPCR、Western blot、ELISA、SCENIC和RNA-seq评估。将THP-1培养在ICAM1+ DPSCs和ICAM1− DPSCs的条件培养基中。使用RT-qPCR、Western blot和流式细胞术评估促炎与修复性THP-1的比例。测试巨噬细胞来源的细胞因子(IL-1β/4/6/10和TNF-α)对DPSCs向ICAM1+分化的诱导作用。结果:细胞谱显示,在深龋牙髓组织中,ICAM1+ DPSCs和促炎性单核细胞显著增加,且ICAM1+ DPSCs与单核巨噬细胞密切相互作用。免疫荧光和流式细胞术证实了在受影响的人类和小鼠牙髓组织中深龋时ICAM1+ DPSCs的增加。碱性磷酸酶和茜素红染色、SCENIC、RT-qPCR、Western blot和ELISA显示ICAM1+ DPSCs的成牙本质分化降低,且ICAM1+ DPSCs细胞中CEBPD、IL-6、CCL2和CXCL10的表达增加。RT-qPCR、Western blot和流式细胞术表明,在ICAM1+ DPSCs条件培养基中培养1-3天的THP-1,其促炎与修复性THP-1的比例升高。结论:在深龋进展过程中,TNF-α驱动DPSCs转化为炎性ICAM1+ DPSCs。该亚群表现出受损的成牙本质分化能力,分泌促炎细胞因子和趋化因子,并增强巨噬细胞炎症活性,从而促进深龋病变的进展。

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
深龋过程中牙髓干细胞(DPSCs)的异质性及其与免疫细胞(尤其是单核巨噬细胞)之间的相互作用机制尚不清楚,本研究旨在探索ICAM1+ DPSCs在深龋免疫微环境中的作用。
核心机制
TNF-α驱动DPSCs转化为ICAM1+ DPSCs,该亚群通过激活CEBPD转录因子,上调促炎细胞因子和趋化因子(IL-6、CCL2、CXCL10),从而增强巨噬细胞的炎症活性,促进深龋进展。
主要证据
单细胞测序显示深龋中ICAM1+ DPSCs增加且与单核巨噬细胞相互作用增强;体外实验显示ICAM1+ DPSCs成牙本质分化能力降低,分泌IL-6、CCL2、CXCL10增加;条件培养基实验显示其促进THP-1向促炎表型极化;TNF-α处理可诱导DPSCs向ICAM1+ DPSCs分化。
研究意义
该研究为调控牙髓组织炎症、抑制龋病进展及促进修复性牙本质形成提供了理论基础。

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

单细胞测序分析深龋与健康牙髓细胞图谱

鉴定深龋中牙髓干细胞亚群的改变及其与免疫细胞的相互作用

利用GEO数据库的GSE185222单细胞RNA测序数据,对深龋和健康牙髓组织进行细胞聚类、差异表达基因分析和CellChat细胞通讯分析。

2

验证ICAM1+ DPSCs在深龋中的增加

在人及小鼠牙髓组织中验证ICAM1+ DPSCs在深龋时是否增加

通过免疫荧光(TSA)和流式细胞术检测人及小鼠深龋牙髓组织中ICAM1+ DPSCs的比例。

3

评估ICAM1+ DPSCs的成牙本质分化能力

比较ICAM1+ DPSCs与ICAM1− DPSCs的成牙本质分化能力

通过流式分选获得ICAM1+和ICAM1− DPSCs,在成牙本质诱导培养基中培养7-14天,进行碱性磷酸酶染色、茜素红染色、RT-qPCR和Western blot检测分化标志物。

4

转录组测序和SCENIC分析ICAM1+ DPSCs的炎性特征

揭示ICAM1+ DPSCs中炎症相关基因和转录因子的变化

对ICAM1+和ICAM1− DPSCs进行RNA-seq,结合SCENIC分析预测转录因子调控网络,并通过RT-qPCR、Western blot和ELISA验证关键基因和蛋白的表达及分泌。

5

评估ICAM1+ DPSCs对巨噬细胞极化的影响

验证ICAM1+ DPSCs是否通过分泌细胞因子促进巨噬细胞促炎极化

用ICAM1+ DPSCs和ICAM1− DPSCs的条件培养基培养THP-1细胞1-3天,通过流式细胞术、RT-qPCR和Western blot检测促炎和修复标志物的变化。

6

验证巨噬细胞来源的细胞因子对DPSCs向ICAM1+分化的影响

探索哪些巨噬细胞因子能诱导DPSCs向ICAM1+分化

用不同细胞因子(IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10、TNF-α)处理DPSCs,并通过流式、RT-qPCR和Western blot检测ICAM1表达,进一步用不同浓度TNF-α(0-80 ng/mL)处理24小时。

7

建立小鼠深龋模型并检测ICAM1+ DPSCs的动态变化

在体内验证深龋进展中ICAM1+ DPSCs的变化

建立小鼠上颌第一磨牙深龋模型,在不同时间点(1、3、5、7、14、28天)提取牙髓,通过流式细胞术和免疫荧光检测ICAM1+ DPSCs的比例。

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
杜尔贝科改良 Eagle 培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
青霉素HyClone--
链霉素HyClone--
胰蛋白酶HyClone--
RPMI 1640培养基Gibco--
佛波醇12-十四酸酯13-乙酸酯----
分散酶IIBeyotime--
胶原酶IYeasen--
流式细胞术染色缓冲液ProteintechPF00016
ABflo® 450 兔抗人CD45单克隆抗体AbclonalA25195
ABflo® 488 兔抗人MCAM/CD146单克隆抗体AbclonalA22520
ABflo® 647 兔抗人ICAM-1/CD54单克隆抗体AbclonalA22313
ABflo® 488 兔抗小鼠CD45单克隆抗体AbclonalA23707
ABflo® 594 兔抗小鼠CD146单克隆抗体AbclonalA24399
ABflo® 647 兔抗小鼠/大鼠CD54单克隆抗体AbclonalA24895
纯化抗人IgG Fc抗体BioLegend366902
APC抗人CD11b抗体BioLegend379905
PE/Cyanine7抗人CD86抗体BioLegend374209
FITC抗人CD206抗体BioLegend321103
流式细胞术固定缓冲液ProteintechPF00016
流式细胞术透化缓冲液ProteintechPF00017
抗坏血酸----
β-甘油磷酸钠----
地塞米松----
BCIP/NBT碱性磷酸酶显色试剂盒Beyotime--
茜素红S染色液Solarbio--
ELISA试剂盒Youkelife--
SPAREasy细胞RNA快速提取试剂盒Sparkjade--
PrimeScript™ RT预混液Takara BioRR036A
TB Green Premix Ex Taq™Takara BioRR420A
RIPA蛋白裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
聚偏二氟乙烯膜Epizyme--
ICAM1抗体Proteintech16174-1-AP
ALP抗体HUABIOET1601-21
RUNX2抗体HUABIOER1802-78
DSPP抗体Bioss8557R
DMP1抗体InvitrogenPA5-103323
IL-6抗体HUABIOR1412-2
IL-1β抗体Proteintech26048-1-AP
β-肌动蛋白抗体Proteintech66009-1-IG
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔抗体HUABIOHA1001
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠抗体HUABIOHA1006
大肠杆菌脂多糖Thermo Fisher--
CD146/MCAM多克隆抗体Proteintech17564-1-AP
CD146重组兔单克隆抗体HUABIOET7107-91
ICAM-1多克隆抗体Proteintech16174-1-AP
ICAM1重组兔单克隆抗体HUABIOET1609-46
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgGServicebioG1213-100UL
TSA荧光工作液----
CytoFLEX LX流式细胞仪Beckman--
MoFlo Astrios EQ流式分选仪Beckman--
EVOS M5000显微镜Invitrogen--
Synergy H1酶标仪Bio Tek--
CFX384 Touch实时荧光定量PCR仪Bio-Rad--
Amersham ImageQuant 800成像系统Cytiva--
奥林巴斯数字切片扫描仪(VS200)Olympus--
Trizol试剂----
Qubit荧光定量仪----
Qsep400高通量生物片段分析仪----
Illumina测序平台Illumina--
大肠杆菌脂多糖Thermo Fisher--

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
单细胞测序分析
数据来源GSE185222,样本包含2个深龋和1个健康磨牙牙髓;分析使用Seurat 4.3.1,Harmony整合,UMAP降维,FindAllMarkers阈值log2FC>0.25, min.pct=0.25
阅读提示:见Methods 'Single-cell sequencing'部分及结果图1
细胞培养与分选
DPSCs培养至P3-P5代;培养基:DMEM+10% FBS+100 U/mL青霉素+100 μg/mL链霉素;消化条件:0.25%胰蛋白酶1分钟;流式分选使用ICAM1抗体(#A22313)
阅读提示:见Methods 'Isolation and cultivation of dental pulp stem cells'和'Flow cytometry'部分
成牙本质分化
成牙本质诱导培养基:DMEM+10% FBS+50 μM抗坏血酸+10 mM β-甘油磷酸钠+100 nM地塞米松;培养7-14天
阅读提示:见Methods 'Induction of odontogenic differentiation, alkaline phosphatase staining (ALP) and alizarin red staining (ARS)'部分
巨噬细胞极化实验
THP-1用100 ng/mL PMA处理48小时分化;条件培养基:DPSCs上清:巨噬细胞培养基=1:2;培养1-3天;流式检测CD86和CD206
阅读提示:见Methods 'Cultivation of macrophages'和结果图4
细胞因子处理
DPSCs用20 ng/mL IL-1β、IL-4、IL-6、IL-10或TNF-α处理;TNF-α浓度梯度0-80 ng/mL处理24小时
阅读提示:见结果图5及相应方法部分
小鼠深龋模型
6周龄C57BL/6小鼠;#1/4球钻磨除上颌第一磨牙近中尖;覆盖1 μg/mL E. coli LPS 3分钟;检测时间点1、3、5、7、14、28天
阅读提示:见Methods 'Mouse maxillary first molar deep caries model'部分