本研究首次建立人牙髓干细胞（hDPSCs）自体线粒体移植体系，确定受供体细胞比1:3为最佳移植条件。移植后Mito-hDPSCs线粒体膜电位、ATP产量及氧化磷酸化水平显著提升，且不诱发细胞衰老。成牙本质诱导后，Mito-hDPSCs矿化结节形成及DSPP/DMP1表达均显著增强。RNA-seq及GSEA分析揭示Ca²⁺信号及成牙本质相关通路显著富集，TFAP2A被鉴定为关键转录因子。机制上，线粒体移植提高胞内Ca²⁺浓度，进而上调TFAP2A表达，Ca²⁺螯合剂BAPTA-AM可降低CALM及TFAP2A水平。体内HA/TCP及TDM模型证实Mito-hDPSCs可形成层次化牙髓-牙本质样复合体。该研究为线粒体移植在牙髓再生中的临床应用提供了新策略。
今天给大家解读一篇3月发表在《Stem Cell Research & Therapy》上的题目为“Mitochondrial transplant activates Ca2+/TFAP2A to promote hDPSCs-mediated dentin-pulp regeneration.”的文章。本文是一篇综述，旨在综合PDAC分子分型领域的关键进展，批判性地审视其向临床转化的障碍，并提出一个注重实用性的临床实施路线图。（请持续关注我们，每天为您解读最新见刊的文献!）想薅生信资料羊毛？直接在对话框回复 “资料”，免费领取干货大礼包！包括数据集、绘图代码、图表复现、思路总结、参考文献……0代码！鼠标点点点即可轻松完成5-10分生信SCI全文复现！
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题目：《线粒体移植通过激活Ca2+/TFAP2A促进hDPSCs介导的牙本质-牙髓再生》Mitochondrial transplant activates Ca2+/TFAP2A to promote hDPSCs-mediated dentin-pulp regeneration
发表期刊：Stem Cell Research & Therapy
影响因子：7.3
研究背景：
牙本质-牙髓复合体在牙体组织的免疫稳态和组织再生中起关键作用。hDPSCs是其再生的关键细胞。当前研究前沿集中于开发新策略以提高hDPSCs的成牙向分化潜能和再生功效。
CNSknowall 平台 Pubmed+AI 快速提炼全文要点
研究思路：
- 模型构建与初步验证
从同代hDPSCs中分离并移植线粒体，形成Mito-hDPSCs；通过CCK-8、β-半乳糖苷酶染色、线粒体成像和流式细胞术评估细胞活力与移植效率；通过线粒体膜电位和细胞氧化磷酸化检测评估代谢能力。
- 表型与功能评估
通过ALP活性、ARS染色、RT-qPCR和WB评估Mito-hDPSCs的成牙向分化潜能；利用裸鼠模型评估其诱导体内牙本质-牙髓再生的能力。
- 机制探索
通过RNA-Seq分析Mito-hDPSCs中信号通路的变化；利用敲低阵列、ALP/ARS/WB以及Ca²⁺荧光染色等技术，分析线粒体与Ca²⁺/TFAP2A信号轴之间的潜在机制。
研究亮点：
- 技术方法明确
确立了以1:3（受体细胞:供体细胞）的比例进行线粒体移植可获得较高移植效率。
- 机制深度挖掘
从表型（增强细胞活力、代谢与成牙分化）深入到分子机制，揭示了“线粒体移植→细胞内Ca²⁺浓度升高→TFAP2A表达上调”这一新的信号调控轴。
- 验证体系完整
结合体外细胞实验（活力、分化、基因蛋白检测）和裸鼠体内再生模型，全面评估了移植后的再生效果。
研究结果：
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线粒体移植增强了Mito-hDPSCs的活力，且在受体与供体细胞比例为1:3时移植效率较高。
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Mito-hDPSCs表现出增强的成牙向分化能力，并在体内形成更多的牙本质-牙髓样组织。
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RNA-Seq分析显示，Ca²⁺信号和成牙作用在Mito-hDPSCs中显著富集。TFAP2A被确定为Mito-hDPSCs成牙向分化的关键转录因子。
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机制上，线粒体移植上调了细胞内Ca²⁺浓度，进而增加了TFAP2A的表达。
研究总结：
本研究得出结论：线粒体移植可能通过调节Mito-hDPSCs中的Ca²⁺/TFAP2A信号轴来促进牙本质-牙髓复合体再生。该发现将线粒体功能与关键的成牙转录调控网络直接联系起来，为基于细胞治疗的牙髓再生提供了新的潜在靶点和干预策略。
结果译文：
1.受供体hDPSCs比例为1:3时线粒体移植效率更高
hDPSCs获自不同供体以确保线粒体移植应用的普适性。首先，利用慢病毒使DsRed蛋白和GFP稳定表达于hDPSCs线粒体膜上。随后，采用共培养方式进行线粒体移植，构建移植后Mito-hDPSCs（图1A）。将hDPSCs分为6组，包括无线粒体移植对照组及基于受供体细胞比例1:1至1:5的五个实验组。CCK8实验显示线粒体移植不抑制Mito-hDPSCs活性，且在受供体细胞比为1:3时促进Mito-hDPSCs增殖（图1B）。此外，β-半乳糖苷酶染色显示，在1:3比例下Mito-hDPSCs无衰老表型（图1C）。通过细胞荧光及流式细胞术进一步评估不同受供体比例下hDPSCs对线粒体的摄取和维持。观察到1:3比例时线粒体移植效率最高（图1D），且移植线粒体在Mito-hDPSCs中长期稳定存在并与宿主细胞内源性线粒体融合（图1E）。此外，在该比例下，电镜显示Mito-hDPSCs内线粒体数量显著增加（图S2A），Western blot分析显示线粒体标志物COX IV相对表达显著升高（图S2B）。因此，后续分析选择受供体细胞比1:3作为线粒体移植的最佳条件。
2.线粒体移植提高Mito-hDPSCs再生DPC的能力
线粒体移植调控干细胞代谢及分化。JC-1实验表明，与对照组相比，线粒体移植后Mito-hDPSCs线粒体膜电位显著升高（图2A，B）。此外，ATP产量及氧化磷酸化能力亦显著增加（图2C）。hDPSCs向成牙本质细胞分化对于DPC形成至关重要。本研究发现，当hDPSCs接受线粒体移植后进行分化诱导（OM+Mito-hDPSCs组），碱性磷酸酶及茜素红染色较对照hDPSCs及分化诱导hDPSCs（OM+hDPSCs）组更强，提示矿化结节增多（图2D）。同时，OM+Mito-hDPSCs组生物矿化及成牙本质分化相关基因表达亦显著增强（图2E）。同样，成牙本质细胞特异性蛋白DSPP和DMP1的表达在OM+Mito-hDPSCs组亦显著增加（图2F）。这些数据表明，线粒体移植显著提升hDPSCs的代谢水平及成牙本质细胞分化能力。
基于文献，将干细胞接种于HA/TCP并植入裸鼠皮下以模拟异位DPC再生（图S3）。H&E及Masson染色显示，Mito-hDPSCs组较单纯材料（对照）、仅线粒体（Mito）及仅hDPSCs（hDPSCs）组产生更多矿化及胶原样组织（图S4A，B）。免疫荧光检测显示矿化及胶原样组织周围DSPP和DMP1表达增加（图S4C），表明Mito-hDPSCs组在HA/TCP中形成丰富的DPC样结构，并分泌包含矿化及胶原样组织的牙髓-牙本质样结构。
为进一步验证Mito-hDPSCs的再生效应，将混合细胞的TDM植入裸鼠皮下模拟体内DPC再生微环境（图S5）。H&E及Masson染色结果显示，Mito-hDPSCs组TDM内存在组织，其丰富度及形态更接近人牙齿内DPC（图3A）。免疫荧光分析亦显示Mito-hDPSCs组在靠近牙本质侧形成DSPP和DMP1双阳性成牙本质细胞样细胞层，与hDPSCs组相比组织分层更有序（图3B）。这些发现表明Mito-hDPSCs可在体内有效再生功能及结构层次分明的DPC样组织。
3.线粒体移植通过激活Mito-hDPSCs中TFAP2A表达增强成牙本质细胞分化
成牙本质细胞层形成是hDPSCs再生DPC的经典标志，然而线粒体移植的潜在调控机制尚不明确。为阐明线粒体移植如何促进hDPSCs向成牙本质细胞分化，采用RNA-Seq评估hDPSCs、OM+hDPSCs及OM+Mito-hDPSCs组的基因表达模式（图S6A）。组间存在大量差异基因（图S6B）。KEGG及GSEA分析显示，OM+Mito-hDPSCs组较hDPSCs及OM+hDPSCs组更显著富集于Ca²⁺（图S6C）及成牙本质形成（图S6D）相关信号通路和生物学过程。
对各组最显著上调基因的富集分析鉴定出OM+Mito-hDPSCs组57个显著升高基因，选取进行深入分析（图4A）。进一步鉴定出7个组织矿化相关基因（图4B），其中SOST、TFAP2A和COL15A1表达最高，选择进行RT-qPCR验证。结果显示线粒体移植显著激活TFAP2A（图4C），该基因是颅面发育及切牙釉质形成的重要转录因子。然而TFAP2A在成牙本质细胞分化中的作用尚不清楚。在hDPSCs中过表达TFAP2A并诱导其向成牙本质细胞分化，矿化基质形成较对照组（TFAP2A-OENC）更多，矿化相关蛋白表达显著增加，尤其是DSPP和DMP1（图4D-E）。TFAP2A敲低显著降低矿化基质形成及成牙本质细胞相关蛋白水平，但线粒体移植（Mito+TFAP2A-KD组）部分逆转了TFAP2A敲低诱导的成牙本质细胞分化抑制（图4F-G）。这些数据表明TFAP2A是调控hDPSCs向成牙本质细胞分化的关键转录因子，线粒体移植可激活hDPSCs中TFAP2A。
4.线粒体移植通过增加Mito-hDPSCs中Ca²⁺浓度激活TFAP2A表达
胞质Ca²⁺被观察到调控信号转导。此外，某些转录因子对Ca²⁺信号特异性敏感，如胞质Ca²⁺信号调控NF-κB的核转位及转录活性。因此，胞质中Ca²⁺稳态对正常细胞生理和代谢至关重要。胞质钙水平主要由两大钙库调节：线粒体和内质网。推测移植线粒体可能通过Ca²⁺调控Mito-hDPSCs；因此，本研究探究了Ca²⁺在线粒体移植中的生物学作用。
生物信息学分析表明Mito-hDPSCs中胞质Ca²⁺相关生物学过程显著增加（图S6C）。使用荧光探针分析Ca²⁺显示，TFAP2A过表达和敲低不影响hDPSCs中Ca²⁺浓度（图5A，B），表明Ca²⁺与TFAP2A之间存在调控关系。此外，线粒体移植后，无论培养于常规培养基（hDPSCs和Mito-hDPSCs组）、无钙培养基（Ca²⁺-free hDPSCs和Ca²⁺-free Mito-hDPSCs组），Mito-hDPSCs中Ca²⁺浓度均升高（图5C，D）。以Ca²⁺浓度梯度刺激hDPSCs显示4mM Ca²⁺浓度可有效增加细胞中TFAP2A表达（图5E）。使用Ca²⁺螯合剂BAPTA-AM降低胞内Ca²⁺浓度后，hDPSCs中钙调蛋白（CALM）及TFAP2A表达降低（图5F）。这些数据表明线粒体移植可能通过Ca²⁺调控TFAP2A，促进hDPSCs成牙本质分化。
更多结果和补充图表：doi：10.1186/s13287-026-04949-y
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