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.2021年12月；12（2）：12294-12307。
doi:10.1080/21655979.2021.2009974。

异质性通过TGF-β信号通路影响牙囊干细胞的分化潜能

孟兆松 1, 傅娜 1, 郭淑玲 2, 刘嘉诚 2, 魏然 2
附属机构

异质性通过TGF-β信号通路影响牙囊干细胞的分化潜能

孟兆松等。 生物工程. 2021年12月.

摘要

成人间充质干细胞因其独特的能力以协调的方式生成更专业化的细胞群，在维持器官稳态方面发挥着重要作用。成人间充质干细胞具有异质性，这一特征对其功能至关重要。然而，研究尚未阐明间充质干细胞的异质性如何影响其分化能力。因此，目前的研究探讨了异质性牙囊干细胞（DFSCs）。我们研究小组以前的一项研究报告称，选择亚克隆会对干细胞的异质微环境造成人为破坏。这些发现表明三个亚克隆的分化能力下降，但其潜在机制尚未阐明。在本研究中，收集细胞并准备用于基因表达微阵列分析。序列数据用于基因本体和通路富集分析。结果表明，TGF-β信号通路的下调是亚克隆分化变化的主要原因。其他分析表明，通过Bmp2、Bmp4和Bambi与TGF-β信号通路的交叉对话，Hippo通路、WNT通路和调节干细胞多能性的信号通路也与这些变化有关。体内植入实验和成骨诱导表明，DFSC在亚克隆中的分化能力显著降低。总之，本研究的结果表明，干细胞的分化潜能与异质微环境相关，TGF-β信号通路显著调节这些生物过程。

关键词：牙干细胞；细胞分化；异质性。

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利益冲突声明

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数字

无
图形摘要
图1。
图1。
子克隆的选择协议。（a） 单个子克隆的选择过程。（b） DFSC和三个子克隆的图像。（比例尺：100μm）。（c） 细胞增殖试验。采用CCK-8法评价3个亚克隆和DFSCs的增殖能力。误差条显示SEM（n=3）。DF18表现出最高的增殖活性，而DF2则保持在相对静止的水平；DF8和DFSC表现出相似的增殖水平。（d） 层次聚类分析。亚克隆和干细胞基因表达阵列的层次聚类。子克隆和DFSC被证明是不同的簇
图2。
图2。
（a）DF2和DFSCs之间差异表达基因的火山图，（b）DF8和DFSC之间的差异表达基因。（c） 实验设计和流程图。上部显示从三组中选择DEG，然后进行富集分析。下半部分显示，首先在不同组中分别进行富集分析，然后分析路径
图3。
图3。
筛选三组重复差异表达基因。（a） 维恩图。（b） 气泡图显示重复差异表达基因的GO项富集分析结果。（c） 条形图显示重复差异表达基因的GO术语富集分析的结果。（d） 靶向生物过程中差异表达基因的热图。（e） 气泡图显示重复差异表达基因的KEGG术语富集分析结果。（f） 显示重复差异表达基因的KEGG术语富集分析结果的条形图。红色框显示了本研究中的目标生物过程。蓝色框显示了本研究中的靶向信号通路
图4。
图4。
筛选各组重复差异表达基因。（a）DF2 VS DFSC，（b）DF8 VS DFSCs，（c）DF18 VS DFSCs GO项富集的气泡图。（d）DF2 VS DFSCs，（e）DF8 VS DFSC，（f）DF18 VS DFSCs差异基因GO项富集的气泡图。红色框架显示了本研究中的目标生物过程
图5。
图5。
信号通路差异基因表达筛选。靶向生物过程中差异基因的热图（a）DF2 VS DFSC；（b） DF8与DFSC、（c）DF18与DFSC。（A）DF2 VS DFSC，（B）DF8 VS DFSCs，（C）DF18 VS DFSCs的KEGG项富集气泡图。（d）DF2 VS DFSCs，（e）DF8 VS DFSC，（f）DF18 VS DFSCs差异基因KEGG项富集的气泡图。红色框显示了本研究中的靶向信号通路
图6。
图6。
Cytoscape对DRG的相互作用网络分析（a）DF2 VS DFSCs组，TGF-β信号通路与WNT信号通路协同作用，信号通路通过Id3、Bmp4、Bmp2和Bambi调节干细胞的多能性和Hippo通路。（b）DF8 VS DFSC组，TGF-β信号通路通过Smad7、Bmp4、Bmp2、TGFβ2和Bambi与WNT信号通路和Hippo信号通路协同工作。（绿色代表最丰富的路径）
图7。
图7。
通过qRT-PCR（a）和Western blot（b）验证微阵列结果。本图中使用的统计显著性：*P<0.05、**P<0.01和***P<0.001；ns无统计学意义。错误栏显示SD（n=3）。（c） Western blot的灰色分析。亚克隆的灰度值显著低于DFSC。（d） 成骨分化。在DFSCs和亚克隆的成骨诱导后，用茜素红观察钙结节。亚克隆中的钙结节较少。（比例尺：100 mm）
图8。
图8。
体内植入。左图：DFSCs和三个亚克隆与TDM结合，支架植入插座。右图：不同支架的HE染色。DFSCs+TDM组和DF2+TDM各组均有新骨形成。（比例尺：100μm）
图9。
图9。
研究结果。亚克隆的选择破坏了DFSC的异质微环境。异质性的破坏下调了TGF-β信号通路。TGF-β信号通路与Hippo信号通路、WNT信号通路、调节干细胞多能性的信号通路以及其他通路相互作用，抑制了亚克隆的分化能力
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引用人

工具书类

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    1. Birbrair A.干细胞异质性。高级实验医学生物。2019;1123:1–3.-公共医学
    1. 孟Z，陈刚，陈杰，等。异种牙本质干细胞的致瘤性分析及其染色体不稳定性的自我修饰。细胞周期。2015;14(21):3396–3407.-项目管理咨询公司-公共医学
    1. Wilson A、Webster A、Genever P.命名与异质性：间充质干细胞在再生医学中的应用后果。Regener Med.2019年；14（6）：595–611。-项目管理咨询公司-公共医学
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出版物类型

物质

赠款和资金

本研究得到了国家青年自然科学基金资助项目（No.81700927和81800930）。本研究也得到了天津医科大学口腔医院医院基金会的支持。