Notum调控Wnt/β-catenin信号通路在牙本质形成中维持基质完整性的关键作用

这篇研究揭示了分泌型Wnt抑制剂Notum通过精确调控Wnt/β-catenin信号通路，在牙本质形成过程中协调细胞分化与基质组织的关键机制。研究发现Notum-/-小鼠表现出牙本质增厚但结构异常，伴有小管紊乱和矿化缺陷，证实Notum通过抑制过度Wnt激活来保障功能性牙本质的形成，为牙本质再生治疗提供了新靶点。

　　

Notum作为牙本质形成中基质完整性的关键调节因子

3.1 发育小鼠牙齿中Notum的表达模式及其在Notum^-/-小鼠中的缺失
研究团队系统分析了Notum在牙齿发育过程中的时空表达特征。胚胎发育早期，Notum主要表达于釉结区域；出生后其表达转移至间充质中的前成牙本质细胞，最终定位于分化中的成牙本质细胞。值得注意的是，在Notum^+/+小鼠中，P0时期冠状区域成牙本质细胞呈现强烈的Notum表达，而Notum^-/-小鼠中该表达完全缺失。RNA测序分析证实Notum^-/-小鼠中第3-6号外显子被有效敲除，导致读长深度显著降低。

3.2 Notum^-/-小鼠中牙本质发育不良伴小管结构紊乱
Notum缺失导致牙本质形成发生显著改变。虽然Notum^-/-小鼠初期能形成正常的罩牙本质，但随后成牙本质细胞极性丧失，向牙髓腔方向异常分泌大量细胞外基质，最终形成骨样组织。显微CT定量分析显示Notum^-/-小鼠牙本质体积显著增加，但扫描电镜观察发现其小管数量减少且形态不规则。钙黄绿素标记实验进一步证实Notum缺失导致牙本质沉积模式紊乱。

3.3 Notum^-/-小鼠牙齿中基因表达失调
原位杂交分析显示，Notum缺失导致成牙本质细胞特异性基因（包括Dkk1、Smpd3、Dspp和Dmp1）表达显著上调和分布范围扩大。免疫组化结果证实，Notum^-/-小鼠切牙中Dmp1和Dsp蛋白表达水平升高，这些改变与成牙本质细胞特性改变密切相关。

3.4 Notum^-/-小鼠牙齿中β-catenin激活和牙本质基质组成受损
免疫组化分析发现Notum缺失导致牙髓-牙本质复合体冠状区域持续存在Wnt/β-catenin信号激活。Notum^-/-小鼠中总β-catenin及其非磷酸化活性形式的信号强度均显著增强，伴随Wnt靶基因Axin2表达上调。同时，I型胶原(Col I)表达降低而骨涎蛋白(Bsp)表达显著增加，三色染色显示胶原结构紊乱，显微CT证实牙本质矿化密度显著降低。

3.5 Notum敲低的成牙本质细胞中基质蛋白表达和矿化受损
研究团队建立了Notum稳定敲低的MDPC-23细胞系。Western blot分析显示，在分化早期，对照细胞中Notum表达明显，而shNotum细胞中Notum蛋白水平显著降低。有趣的是，shNotum细胞中活性β-catenin水平呈现延迟但持续升高的模式。在成骨诱导条件下，shNotum细胞中Osx和Runx2表达模式改变，Bsp、Dsp和Dmp1表达水平普遍升高。qRT-PCR和Western blot分析显示Col1a1下调而Col1a2上调，同时赖氨酰氧化酶(Lox)表达降低，导致胶原纤维形成和稳定受损。茜素红染色证实Notum缺失显著降低细胞矿化能力。

讨论
功能性牙本质的形成需要建立牙本质小管这一独特结构。Notum^-/-小鼠虽然形成更厚的牙本质，但其小管结构紊乱，丧失了健康牙本质的特征性管状网络。在分子水平上，Notum缺失导致胶原亚基平衡破坏和Lox表达降低，提示胶原纤维形成和结构组装受损。同时Bsp表达升高表明牙本质基质向骨样特性转变。

研究证实Notum通过精确调控Wnt/β-catenin信号通路，不仅影响成牙本质细胞分化，更重要的是协调细胞外基质成分的合成和组织，这对功能性牙本质的形成至关重要。值得注意的是，虽然Notum仅在成牙本质细胞分化早期短暂表达，但其调控作用持续影响后续牙本质基质的组成和结构建立。

Notum展现出独特的调控特性，研究表明其可能以环境依赖的方式发挥双向调节作用。尽管Notum是分泌型蛋白，但添加可溶性Notum未能挽救Notum敲低细胞中的基因表达改变，提示其完全生物活性可能需要特定的细胞环境或微环境信号。这些发现为开发靶向Notum的牙本质修复和再生策略提供了重要理论基础。