牙本质涎磷蛋白(DSPP)中DSP与DPP结构域对牙本质矿化的差异性调控机制研究

本研究针对牙本质矿化关键调控蛋白DSPP的功能解析难题，通过CRISPR/Cas9技术构建Dspp-DPP基因编辑小鼠模型，系统比较了DSP(牙本质涎蛋白)与DPP(牙本质磷蛋白)在牙本质矿化中的特异性作用。研究发现DSP和DPP虽不参与矿化起始阶段，但对牙髓周牙本质的矿化成熟具有决定性调控作用，其中DSP促进矿化球内部矿化扩散，而DPP则主导矿化球的成熟过程。该研究为遗传性牙本质发育异常疾病的机制解析提供了重要理论依据，发表于《Scientific Reports》。

　　

牙齿作为人体最坚硬的器官，其矿化过程一直是生物矿化研究的重要模型。牙本质的形成依赖于成牙本质细胞分泌的细胞外基质蛋白，其中牙本质涎磷蛋白(Dentin sialophosphoprotein, DSPP)是最关键的调控因子之一。DSPP在分泌后会被切割成N端的牙本质涎蛋白(Dentin sialoprotein, DSP)和C端的牙本质磷蛋白(Dentin phosphoprotein, DPP)，但这两个结构域在牙本质矿化中的具体分工长期以来存在争议。传统观点认为DPP因其极强的酸性可能是矿化启动者，而DSP作为蛋白聚糖的功能尚不明确。

美国密歇根大学牙科学院(University of Michigan School of Dentistry)的研究团队通过基因编辑技术揭示了这一科学谜题。研究人员利用CRISPR/Cas9系统构建了仅缺失DPP结构域的Dspp-DPP小鼠模型，并与完全敲除Dspp的小鼠进行系统比较。研究发现，两种突变小鼠的牙本质矿化起始阶段均正常，基质小泡(Matrix vesicles, MVs)介导的初始矿化未受影响，但后续矿化进程出现显著差异：Dspp敲除小鼠仅形成极薄的矿化牙本质层，而Dspp-DPP小鼠则表现出矿化球(Calcospherites)发育异常和矿化密度不均。

研究采用多模态技术手段：1) CRISPR/Cas9构建基因编辑动物模型；2) 聚焦离子束扫描电镜(FIB-SEM)观察矿化超微结构；3) RNAscope原位杂交定位基因表达；4) 免疫组化分析蛋白分布；5) Stains-All染色检测磷酸化蛋白。

研究结果揭示：
DSP和DPP对矿化起始的冗余性
通过FIB-SEM观察到，野生型与突变型小鼠的矿化起始均依赖基质小泡，成牙本质细胞突触延伸正常，表明DSPP不参与矿化 nucleation 阶段。

DPP缺失导致矿化球成熟障碍

Stains-All染色显示DPP特异性分布于矿化前沿，Dspp-DPP小鼠出现矿化球内矿化密度不均和球间未矿化裂隙，提示DPP是矿化球成熟的关键调控因子。

DSP维持牙本质小管周矿化
免疫组化显示DSP富集于牙本质小管周区域，在Dspp-DPP小鼠中仍能促进矿化球内部矿化扩散，但无法完全补偿DPP缺失导致的矿化缺陷。

DMP1表达反馈调节
RNAscope检测发现Dspp缺陷导致牙本质基质蛋白1(Dentin matrix protein 1, DMP1)表达模式改变，提示DSPP与DMP1存在功能代偿关系。

这项研究建立了牙本质矿化的层级调控模型：基质小泡启动初始矿化后，DSP通过其糖胺聚糖链在牙本质小管周形成矿化支架，而DPP则通过其超高酸性促进矿化球的完全成熟。该发现不仅阐明了DSPP不同结构域的生物学分工，为遗传性牙本质发育不全(Dentinogenesis imperfecta)的精准诊断提供了分子标志物，同时也为仿生矿化材料的研发提供了新的设计思路。研究采用的基因编辑动物模型和三维矿化分析技术，为硬组织发育研究建立了方法学范式。