华人学者PNAS解析牙齿再生

　　

生物通报道：南加州大学Keck医学院的一项新研究显示，短吻鳄能够作为研究人类牙齿再生的理想模型。病理学教授钟正明（音译Cheng-Ming Chuong）领导跨国研究团队，揭示了美国短吻鳄牙齿再生的独特机制，找到了相关干细胞所在的位置。文章发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。                                                                  

爬行动物和鱼类的牙齿再生能力很强，但现存的哺乳动物最多只能换一次牙。人类有乳牙和恒牙两种牙齿，当恒牙替换掉乳牙之后，人体就会丧失牙齿再生能力。

“我们希望能够找到干细胞，通过干细胞来刺激牙齿再生，帮助过早损失牙齿的成年人。为此，我们必须先理解其他动物的牙齿再生机制，以及人类牙齿停止再生的原因。” Chuong说。

短吻鳄的牙齿排列有序，其形态和结构都与哺乳动物的牙齿很类似，而且短吻鳄终生具有牙齿再生能力。因此，研究人员将这种动物作为研究哺乳动物牙齿再生的模型。

“短吻鳄的牙齿长在牙骨的牙槽中，就像人类的牙齿一样，”文章的第一作者，吴平（音译Ping Wu）博士说。“它们共有八十颗牙，这些牙齿在短吻鳄的一生中能够更换五十次。这种动物是研究人类牙齿的理想模型。”

研究人员利用显微成像技术发现，短吻鳄的每一颗牙都是一个复杂的单元，由三部分组成：功能性牙、替换牙和牙板。其中被称为牙板（dental lamina）的上皮组织对牙齿发育至关重要。短吻鳄牙齿的独特结构，使新生牙得以平稳替代功能性的成熟牙。

研究人员分析了短吻鳄牙齿单元的三个发育阶段，发现牙板中含有干细胞，这些干细胞可以发育成为替换性的新牙。此外他们还解析了胚胎中牙齿发育的机制，鉴定了当功能性牙丧失时加速牙齿再生的分子信号。

“干细胞比其他细胞分裂得慢，”文章的共同作者Randall B. Widelitz博士说。“我们希望能够从短吻鳄的牙板分离这些细胞，用它们在体外进行牙齿再生。”研究人员还将深入解析涉及牙齿反复再生的分子网络，希望能够将这些发现应用到再生医学领域。

钟正明教授早年毕业于国立台湾大学医学院，之后在美国洛克菲勒大学获得发育和分子生物学博士学位。参与这项新研究的机构还包括中南大学湘雅医院和国立台湾大学等。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Specialized stem cell niche enables repetitive renewal of alligator teeth

Reptiles and fish have robust regenerative powers for tooth renewal. However, extant mammals can either renew their teeth one time (diphyodont dentition) or not at all (monophyodont dentition). Humans replace their milk teeth with permanent teeth and then lose their ability for tooth renewal. Here, we study tooth renewal in a crocodilian model, the American alligator, which has well-organized teeth similar to mammals but can still undergo life-long renewal. Each alligator tooth is a complex family unit composed of the functional tooth, successional tooth, and dental lamina. Using multiple mitotic labeling, we map putative stem cells to the distal enlarged bulge of the dental lamina that contains quiescent odontogenic progenitors that can be activated during physiological exfoliation or artificial extraction. Tooth cycle initiation correlates with β-catenin activation and soluble frizzled-related protein 1 disappearance in the bulge. The dermal niche adjacent to the dermal lamina dynamically expresses neural cell adhesion molecule, tenascin-C, and other molecules. Furthermore, in development, asymmetric β-catenin localization leads to the formation of a heterochronous and complex tooth family unit configuration. Understanding how these signaling molecules interact in tooth development in this model may help us to learn how to stimulate growth of adult teeth in mammals.