间质谱系介导了哺乳动物体内多种重要脏器的发育过程。牙齿作为经典的由上皮-间质相互诱导产生的模式器官，不仅承担着咀嚼食物、辅助发音等重要生理功能，更对维持面部形态具有关键作用。牙齿发育可分为牙冠发育和牙根发育两大阶段。在胚胎期及出生后初期，牙齿首先完成冠部发育，随后经历"冠根转换"（Crown to root transition）启动牙根及牙周组织的形成。然而，这一过程中仍存在诸多未解之谜：牙冠与牙根是否源自同一牙髓干细胞？二者发育过程如何精准转换？牙源干细胞又如何协调牙髓-牙本质复合体与牙周组织的协同发育？

2025年6月6日，四川大学李中瀚教授团队与第四军医大学李蓓教授课题组在《Science Advances》联合发表题为"A spatially organized Cd24a+/Pax9+ stem cell core governs postnatal tooth establishment"的重要研究成果。该研究通过整合单细胞测序、谱系示踪、多组学分析及显微切割等前沿技术，首次鉴定出一个具有高度物种保守性和时空特异性的Cd24a+/Pax9+双层干细胞中心，系统揭示了该中心在协调冠根转换及出生后磨牙发育中的核心作用。

研究发现，小鼠出生后各发育阶段的牙乳头中均存在由Cd24a+和Pax9+细胞构成的双层干细胞中心。这一特殊结构呈现动态空间分布特征：早期集中分布于牙冠区域，随着牙根发育启动（PN3时期）向牙乳头两侧迁移，最终稳定定位于根尖牙乳头区。通过精密的谱系示踪实验，研究者发现Cd24a+细胞可特异性分化为包含冠部和根部的完整牙髓组织，而Pax9+细胞则主要形成牙周组织及少量牙髓。值得注意的是，联合示踪实验证实Cd24a+/Pax9+细胞具有发育为完整牙齿结构（含牙髓和牙周组织）的全能性。更引人注目的是，这两群细胞在成年小鼠牙齿中依然存在，持续参与牙齿稳态维持。肾被膜移植实验进一步证明，Cd24a+/Pax9+细胞在异位环境中仍保持分化为牙髓或牙周组织的能力。当通过DTA小鼠模型清除Cd24a+或Pax9+细胞后，牙齿发育出现严重缺陷，有力证实了这两群干细胞在牙齿器官建立中的不可替代性。

为深入解析这一干细胞中心的调控机制，研究团队运用SMART-seq3测序、CUT&Tag分析、单细胞测序及空间转录组等多组学技术展开系统研究。空间转录组分析结合细胞迁移实验揭示，牙槽骨来源的PDGFB蛋白通过与其受体PDGFRA/B的相互作用，精确引导Pax9+细胞参与的牙根延伸过程。SMART-seq3测序分析显示，Wnt信号通路关键基因在Cd24a+/Pax9+细胞中特异性高表达。研究人员通过条件性敲除Cd24a+细胞中的β-catenin基因，证实Wnt信号通路缺陷会导致根部成牙本质细胞分化受阻，进而影响牙本质正常沉积。单细胞测序分析则成功构建了Cd24a+与Pax9+细胞的分子特征图谱，解析了亚群组成及细胞间通讯网络。尤为重要的是，通过对人类不同发育时期牙齿样本的分析，研究证实Cd24a+/Pax9+双层干细胞中心在人类牙齿中同样存在，凸显了这一机制的进化保守性。

综上，该研究通过整合谱系示踪与多组学技术，系统阐明了Cd24a+/Pax9+双层干细胞中心在牙齿发育中的核心作用，不仅揭示了牙髓与牙周组织的关键干细胞起源，更初步阐明了不同谱系干细胞整合微环境信号协同发育的分子机制，为牙齿的器官建立及其调控机制提供了新见解。

在该研究中，四川大学博士生单策、第四军医大学王玮副教授、四川大学博士生陆辉为论文的共同第一作者，四川大学李中瀚教授、第四军医大学李蓓教授、四川大学张韵秋副教授作为该论文的共同通讯作者。四川大学肖智雄教授、蔡浩洋教授、田卫东教授以及北京脑科学与类脑中心赵瑚研究员等提供了大力帮助。同时，该项研究得到了国家自然基金委、科技部重点研发计划、四川和陕西省科技厅项目等的资助。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adu5653