牙齿是人体内最硬的器官。露出口腔的部分是牙冠，深埋在骨头里面的部分是牙根。我们的牙齿并不是与骨头直接相连的，二者之间存在一层纤维结缔组织叫做牙周膜。牙周膜纤维的一端深入牙槽骨，另一端则深入牙根表面的牙骨质。牙周膜纤维像弹簧一样将牙齿悬挂在牙槽骨里来承担咬合功能。牙骨质，牙周膜连同牙槽骨一起被称作牙周组织。生理状态下，牙周组织不断自我更新，病理状态下，牙周组织需要修复重建，这都依赖于一群具有自我更新复制、增殖、分化能力的干细胞群体。
牙周膜干细胞（Periodontalligamentstemcells，PDLSCs）的存在最早在年由施松涛研究组发现。它们可从牙周膜内分离出来，具有间充质干细胞（Mesenchymalstemcells，MSCs）的基本特征，体外培养后表达MSCs表面标记物，例如Stro1和CD90等，在体外能被诱导分化为成熟牙周组织，移植后在宿主体内可形成新的牙周组织，被认为是探索牙周组织再生机制的重要切入点。目前针对PDLSCs的研究主要是体外培养。由于缺乏可靠的体内标记和小鼠模型，我们对体内PDLSCs的定位、定量、生物学特性以及调控机制所知甚少。
年7月10日，美国TexasAMUniversity牙学院的赵瑚实验室团队在DevelopmentalCell发表题为Gli1+periodontiumstemcellsareregulatedbyosteocytesandocclusalforce的研究文章，证实Gli1是理想的牙周膜干细胞标记，并提出生理咬合力通过调节牙槽骨细胞Sclerostin蛋白的分泌，影响Gli1+细胞中经典Wnt信号通路的强度，进而调控Gli1+干细胞的激活。
课题组前期研究已证实，Gli1+细胞是小鼠切牙、颅面骨缝的主要干细胞来源，基于此，研究人员提出假设：Gli1+细胞也是牙周组织的重要干细胞来源。利用Gli1-LacZ小鼠和LacZ染色观察到，在出生后1天，Gli1+细胞分布于整个牙胚间充质以及上皮，随着年龄增加，其分布逐渐局限，到成年时，Gli1+细胞全部位于牙周膜血管周区域，在根尖区域牙周膜内尤其丰富，但占全体牙周膜细胞比例不超过5%。通过Gli1-CreERT2;Ai14flox小鼠模型和免疫染色的双重标记，作者发现Gli1+细胞主要位于有神经伴行的血管周，即神经血管束（neurovascularbundle,NVB），该处丰富的氧气、营养物质和特殊的调控因子等，被认为是重要的干细胞niche。基于成年Gli1-CreERT2;Ai14flox小鼠的谱系示踪和组织透明化三维成像技术，作者发现，在生理状态下，随着时间增加，来自于Gli1+干细胞的子代细胞数量不断增多，从血管周区域逐渐向整个牙周组织扩散，至tamoxifen诱导后60天，Gli1+干细胞来源的子细胞遍布整个牙周组织，同时分化形成牙周膜、牙槽骨和牙骨质，这表明Gli1+细胞是多能干细胞，支持牙周组织的生理性更新。
作者也使用了低剂量tamoxifen诱导来实现单个Gli1干细胞的标记与示踪，实验结果表明单个Gli1+干细胞可在牙周膜内以克隆的方式扩增，并可同时分化为骨细胞，牙周膜细胞以及牙骨质细胞。牙周膜损伤模型实验提供进一步证据显示损伤可快速激活Gli1+干细胞进入增殖态，并迅速分化为牙周膜与骨组织支持损伤修复。此研究还将Gli1+细胞群体与其它的可能间充质干细胞标记在牙周组织内进行了比较。结果表明，Gli1标记比NG2,PDGFRa,LepR以及aSMA标记更加特异和全面。
机械力调控是间充质干细胞研究领域一个重要方向。在咀嚼过程中，牙周组织受到咬合力循环往复的机械刺激，在失牙或错合畸形等咬合力异常的情况下，牙周组织会发生萎缩从而导致牙槽骨骨质疏松，高度降低。可见生理咬合力在牙周组织稳态维持中不可或缺。缺牙后牙周组织的丢失是一个重要的口腔临床问题，但其相关通路和机制尚不明确。
Gli1+牙周膜干细胞标记的成功鉴定为研究机械力如何调控间充质干细胞提供了一个独特模型。作者通过单侧拔牙建立了去咬合力的小鼠模型。与未拔牙侧相比较发现，在去咬合力一侧磨牙牙周膜内，Gli1+干细胞几乎保持原位停止增殖，同时缺牙侧颌骨出现骨质疏松和牙周组织吸收等表现。作者猜测干细胞niche内经典Wnt信号强度下调可能是Gli1+干细胞活性下降的原因。深入研究表明牙槽骨的骨细胞会分泌Wnt通路抑制蛋白Sclerostin来抑制Gli1+干细胞活性。正常咬合下，Sclerostin表达被咬合力抑制。拔牙去咬合力后，Sclerostin蛋白表达上调，Wnt信号强度降低。由此可见生理性的咬合力对于维持牙周膜干细胞的激活以及维持牙周组织正常更替有关键作用，而咬合力对Gli1+干细胞的调控是通过调节成骨细胞Sclerostin来间接实现的。
综上，该研究发现Gli1是小鼠牙周组织PDLSCs的理想体内标记。生理性咬合力通过抑制骨细胞Sclerostin蛋白的分泌，调控干细胞niche内经典Wnt信号通路的活性强度，进而调控Gli1+干细胞的激活。
此研究的共同第一作者是来自四川大学华西口腔医学院的门乙博士和王禹弘同学。实验主体部分由门乙博士完成。文章的补充修改数据由门乙与王禹弘共同完成。
作者：Bioart
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