深圳子科生物報道：外胚層器官包括毛發(fā)、羽毛及牙齒等，周期性循環(huán)替換是其主要特征，但每個循環(huán)周期中從靜止過渡到啟動的機制不清楚。人類等大型哺乳動物具有乳恒牙兩副牙列，一生中只能替換一次，恒牙發(fā)育和乳恒牙替換長達6-12年，但恒牙牙板早在胚胎期就已經(jīng)在頜骨內(nèi)形成，因此恒牙啟動發(fā)育的機制是研究外胚層器官從靜止過渡到啟動的良好模型。以往牙齒發(fā)育大多利用嚙齒類動物模型進行研究，但嚙齒類動物只有單副牙列，無法進行乳恒牙替換的研究。

中國科學院王松靈院士團隊經(jīng)過十多年不斷摸索，創(chuàng)建了小型豬牙齒發(fā)育研究平臺，發(fā)現(xiàn)小型豬和人類一樣，也具有兩副牙列，明確了小型豬乳恒牙雙副牙列的發(fā)育時相、替換規(guī)律，并建立了牙齒發(fā)育相關(guān)基因、蛋白和表觀遺傳學的表達譜數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，王松靈院士團隊以小型豬為模型，針對“何種原因保持恒牙胚相對靜止，又是何種機制啟動恒牙發(fā)育”這一科學問題展開探索。

近日王松靈院士團隊發(fā)表題為" Biomechanical stress regulates mammalian tooth replacement via the integrin β1-RUNX2-Wnt pathway"的研究成果，發(fā)現(xiàn)乳牙萌出前頜骨內(nèi)應力控制恒牙胚發(fā)育處于相對靜止狀態(tài)，乳牙萌出釋放內(nèi)應力導致乳恒牙之間間充質(zhì)內(nèi)的RUNX2/Wnt通路中Wnt信號“轉(zhuǎn)位”至恒牙胚，從而啟動恒牙發(fā)育。

這一成果公布在EMBO J（5年影響因子IF: 10.568）雜志上，文章通訊作者為王松靈院士，第一作者為吳曉珊博士。

該研究發(fā)現(xiàn)，在乳牙萌出前，恒牙牙板在頜骨內(nèi)保持靜止，隨著乳牙萌出恒牙開始啟動發(fā)育。乳牙萌出前的發(fā)育速率明顯快于頜骨，引起封閉的頜骨內(nèi)環(huán)境中的生物應力，通過與中國科學院力學所龍勉教授團隊合作，經(jīng)測算及計算機軟件模擬，得出內(nèi)應力范圍在3-20kPa。乳牙萌出打破頜骨的封閉環(huán)境并釋放頜骨內(nèi)應力，進一步通過體內(nèi)和體外模型證實，維持該內(nèi)應力可以抑制恒牙的啟動發(fā)育，而釋放內(nèi)應力可以激活恒牙的發(fā)育。

乳恒牙之間內(nèi)應力的傳遞經(jīng)由乳恒牙之間的間充質(zhì)，該組織內(nèi)integrin β1-RUNX2-Wnt通路的表達水平受應力的調(diào)控。在人類18-19周胚胎乳恒牙之間間充質(zhì)內(nèi)也觀察到了一致的分子表達模式。隨著應力的釋放，該通路表達水平下降，而與此同時恒牙上皮中的Wnt通路表達水平上升，從而激活恒牙發(fā)育。

該研究發(fā)現(xiàn)了在恒牙啟動發(fā)育的過程中，間充質(zhì)內(nèi)的Wnt通路信號隨應力釋放向恒牙上皮“轉(zhuǎn)位”的現(xiàn)象，因而提出了“組織應力調(diào)控器官發(fā)育”（Stress-mediated Development Theory）學說，該研究發(fā)現(xiàn)的機制對其他外胚層器官的發(fā)育及再生研究具有重要的借鑒和參考意義。該研究是本課題組開發(fā)利用小型豬大型動物模型研究牙發(fā)育及口腔頜面組織器官再生又一個代表性力作。

原文標題:

Biomechanical stress regulates mammalian tooth replacement via the integrin β1-RUNX2-Wnt pathway

作者簡介：

王松靈，中國科學院院士，首都醫(yī)科大學教授，副校長，全國政協(xié)委員。中華口腔醫(yī)學會副會長、北京醫(yī)學會副會長、中國高等教育學會口腔醫(yī)學教育學組組長。為《Oral Diseases》及《JOR》副主編，《中華口腔醫(yī)學雜志》等6本期刊副主編。研究方向為唾液腺疾病診治及基礎研究、牙發(fā)育和再生研究。發(fā)表論文208篇，其中以通訊作者發(fā)表在《PNAS》《EMBO J》《Blood》《Nature Communications》等英文論文117篇，英文綜述11篇。獲國家科技進步二等獎2項（2003年及2010年）、北京市科技進步一等獎1項（2018年）；獲國際牙科學會頒發(fā)的威廉蓋茨（William J. Gies）獎、何梁何利獎、吳階平醫(yī)藥創(chuàng)新獎、中源協(xié)和生命醫(yī)學獎-成就獎；入圍Elsevier、中國高被引學者榜，當選英國皇家外科學院（愛丁堡）Fellowship ad hominem。