A single-cell interactome of human tooth germ from growing third molar elucidates signaling networks regulating dental development

牙齿发育是一个长期且复杂的生物学过程，包括形态发生、组织矿化和牙齿萌发等一系列过程，其中涉及细胞分化 细胞交互，如上皮·间充质相互作用(EMT)。这些过程受各种信号分子的调节，然而现阶段对细胞间调节网络知之甚少。

本期文献解读，为您带来上海第九人民医院王绍义研究团队(施越琦为第一作者)，于2021年10月发表在Cell and Bioscience(IF=7.134)上的文章-应用单细胞测序技术，解析牙发育信号通路，文章题目为A single-cell interac tome of human tooth germ from growing third molar elucidates signaling networks regulating dental development,

作者利用单细胞测序技术，共获得了9855个细胞，划分为11个custer，主要包括免疫细胞(T细胞，中性粒细胞，巨噬细胞，单核细胞和树突状细胞)约占总数的83%，成骨细胞，破骨细胞，周细胞和内皮细胞。此外还发现了一种异质性基 因(SOx9 ⁺ )细胞群体(分为牙顶端乳头干细胞(APSC)和成釉细胞)。

从单细胞数据分析中发现在总细胞中有42%的细胞为T细胞，进一步探究T细胞类型，利用Seurat聚类分析得到了8个1 细胞亚群(图2A-D)。CelphoneDB分析发现T细胞亚群与其它细胞( 釉细胞，破骨细胞间和单核细胞等)存在非常强的信 号转导关系，但细胞间的信号转导通路存在显著差异(图2E-G)。

接下来，作者对中性粒细胞进一步细分获得了7个细胞亚群，细胞通讯分析发现中性粒细胞与内皮细胞存在较强的相 互作用，特别是抗病毒中性粒细胞与内皮细胞相关性最高--通过CEACAM1-to-SELE通路介导中性粒细胞活化和迁移。

作者进一步利用拟时序分析来探究成骨细胞的成熟过程，发现与成熟成骨细胞功能相关的基因0GN迅速增加，调节成 骨细胞增殖的基因PTCH1、SCUBE3逐渐减少;Bone Morphogenetic Protein(BMP)信号通路下调表达，bone growth信号通路上 调表达。另外利用Nichenetr网络分析预测了成骨细胞间的相互作用配受体作用，并发现TGFBR1，FGFR3和TGFBR2与大多数 关键基因相关。更进一步利用SCENIC分析发现8个关键成骨细胞系的基因(PTCH1,BMP7EGR2等)。综上表明作者发现了- 个参与调节成骨细胞分化的基因调控网络。

APSC具有自我更新和增殖的能力，利用拟时序分析对APSC整个细胞周期变化进行预测，作者发现ASPC再生时存在再生 相关基因(SERPING，DKK3和HSPA1B)的表达，进一步利用差异基因表达分析，Nichenetr分析及SCENIC等分析，作者发现 在APSC从静息态重新进入分裂期的过程中，与间充质细胞增殖相关的基因显著上调，与肿瘤坏死因子生物合成和糖胺聚糖 分解代谢相关的基因显著下调，BMP-FGFR-MSX1通路在ASPC再生中起到了重要的作用。

在牙齿和其他骨组织中，单核细胞和巨噬细胞可以不断转化为破骨细胞。作者通过差异表达基因分析及Nichenetr分 析，发现BPMR1A和CSF1R主要在巨噬细胞和破骨细胞中表达，而TNFRSF1B和NOTCH1主要在单核细胞中表达，成骨细胞和 巨噬细胞转化受不同信号通路调节，并发现了3个转录因子(EGR1,TCF4,SMARCA1)的特异表达。

该研究中鉴定了人牙胚细胞类型，发现了免疫细胞在牙齿发育过程中不仅起到了抵御病原物的作用，还分泌一些蛋白 调控牙齿发育。此外，作者发现了调控牙齿发育的关键信号通路-BMPFGF-MSX1信号通路。构建了人牙齿发育过程中的 细胞间信号网络，为今后的牙齿再生工程和理解口腔病理学提供了新见解。