KLF6介导的谷氨酰胺代谢调控牙髓干细胞的成牙本质分化和基质矿化

背景：当牙齿遭受严重损伤时，牙髓干细胞迁移并分化为成牙本质样细胞以形成修复性牙本质。Krüppel样因子6（KLF6）在牙齿发育过程中激活牙乳头细胞的成牙本质细胞分化。然而，KLF6调控人牙髓干细胞（hDPSCs）分化的成牙本质样细胞功能的机制仍不清楚。方法：通过慢病毒转染过表达或沉默KLF6。进行转录组测序和代谢组学以揭示KLF6高表达hDPSCs的主要变化。通过共聚焦显微镜和冷冻透射电子显微镜观察线粒体形态。使用代谢分析和代谢通量测定细胞代谢特征的变化。检测培养细胞中谷氨酰胺、谷氨酸、α-KG和柠檬酸的浓度。检测ECM中柠檬酸和Ca浓度。使用腺相关病毒在体内沉默KLF6。建立小鼠牙损伤模型以研究KLF6和谷氨酰胺代谢在体内牙本质修复中的作用。结果：RNA测序和代谢组学显示KLF6过表达对谷氨酰胺代谢、线粒体呼吸和三羧酸循环有显著影响。代谢分析和线粒体形态观察发现KLF6促进谷氨酰胺代谢和线粒体功能，并且在hDPSCs成牙本质分化过程中谷氨酰胺代谢和线粒体呼吸增强。剥夺谷氨酰胺抑制hDPSCs的矿化并限制ECM中柠檬酸和Ca的沉积。在分化的hDPSCs和KLF6过表达的hDPSCs中均观察到谷氨酰胺进入三羧酸（TCA）循环增加。ChIP-qPCR实验显示KLF6可以直接结合GLS1和GDH的启动子序列。补充α-KG挽救了KLF6敲低诱导的成牙本质分化和矿化的抑制。抑制谷氨酰胺代谢和敲低KLF6在体内减弱了三级牙本质的形成。结论：我们的研究表明KLF6通过改变细胞代谢偏好，介导由hDPSCs分化而来的新生成功能性成牙本质样细胞的生物矿化。KLF6促进谷氨酰胺流入TCA循环，导致ECM中柠檬酸沉积增加。这些发现可能为修复性牙本质形成的新策略开发提供启发。