颅颌面组织再生修复是口腔医学和再生医学领域的关键挑战，涉及骨、软骨、牙周组织、牙髓及软组织等多种复杂结构的修复与功能重建。干细胞因其自我更新和多向分化潜能，已成为组织工程与再生医学的核心工具。
间充质基质/干细胞(mesenchymal stromal/stem cells，MSCs)作为颅颌面组织再生的关键效应细胞，对其功能调控的认识正在随着单细胞测序、代谢组学及表观遗传调控技术的发展，从单一的细胞分化研究拓展至多维度机制解析。研究表明，力学刺激、代谢重编程、免疫微环境及外泌体介导的细胞间通讯等多维度因素均参与MSCs功能的精密调控。例如，机械力通过Piezo1通道激活MSCs的Ca2+信号，调控糖酵解代谢并影响辅助性T细胞17(T helper 17 cell，Th17)极化，进而参与骨稳态失衡的病理进程；而硫化氢(H2S)等气体信号分子则通过表观遗传修饰和外泌体递送，促进MSCs成骨分化并优化免疫微环境。
为探究颅颌面组织再生修复相关MSCs功能及调节机制，本课题组长期致力于解析“干细胞-微环境对话”的分子密码，并取得系列创新发现：率先报道了MSCs亚群异质性，揭示了炎症因子白细胞介素17(interleukin-17，IL-17)通过调控特定信号通路影响MSCs亚群功能的分子机制；阐明了H2S气体通过表观遗传修饰调控MSCs功能及调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)分化的新机制；发现了牙颌干细胞治疗牙周炎和颞下颌骨关节炎等的新机制，为牙颌组织再生提供新策略。本文系统综述干细胞在颅颌面组织再生中的功能调控机制，重点探讨代谢-表观遗传-免疫网络的交互作用，并展望其在临床转化中的挑战与前景，以期为颅颌面缺损的再生修复提供理论依据和技术参考。
1 MSCs的特性及功能调控
1.1 MSCs的特性与颅颌面组织特异性
MSCs作为具有自我更新和多向分化潜能的中胚层来源细胞，其鉴定需符合国际细胞治疗学会(International Society for Cell & Gene Therapy，ISCT)制定的最小标准(CD73+/CD90+/CD105+，CD34-/CD45-)。这类细胞广泛分布于骨髓、脂肪组织、牙髓、脐带等间充质组织中，其干性和功能受微环境精密调控[1-2]。颅颌面来源的MSCs亚群表现出显著的组织特异性分化潜能和调控机制。例如，牙髓干细胞(dental pulp stem cells，DPSCs)可通过肌节同源盒基因1(Msh homeobox 1，Msx-1)-细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated kinase，ERK)信号轴特异性上调牙本质涎磷蛋白(dentin sialophosphoprotein，DSPP)的表达，从而驱动成牙本质分化，这一特性使其成为牙髓-牙本质复合体再生的关键效应细胞[2]；牙周膜干细胞(periodontal ligament stem cells，PDLSCs)独特的力学敏感性使其能够响应咬合力刺激，维持牙周组织稳态[3]；牙龈间充质干细胞(gingival mesenchymal stem cells，GMSCs)因其所处的免疫活跃微环境，表现出显著的免疫调节特性，其可通过Fas/FasL系统调控局部免疫微环境平衡[4]。MSCs的组织特异性不仅反映了不同颅颌面微环境的差异，更提示在临床再生治疗中需根据靶组织类型选择匹配的MSCs来源及相应的调控策略。
1.2 代谢调控
MSCs的功能稳定性受到精细的代谢调控网络控制，这一调控机制在颅颌面组织再生过程中尤为重要(图 1)。研究表明，丝氨酸单碳代谢通路通过表观遗传调控直接参与MSCs干性维持。通过对DPSCs衰老模型的系统研究，发现丝氨酸代谢限速酶磷酸甘油酸脱氢酶(phosphoglycerate dehydroge-nase，PHGDH)和磷酸丝氨酸转氨酶1(phosphoserine aminotransferase 1，PSAT1)的表达呈现显著的年龄依赖性下降趋势。具体而言，与人乳牙干细胞(stem cells from human exfoliated deciduous teeth，SHED)和年轻恒牙DPSCs相比，来源于老年人恒牙的DPSCs中PHGDH和PSAT1的表达水平均有所下降，这种衰减导致单碳代谢通量减少，进而显著抑制S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine，SAM)的生物合成。通过小干扰RNA(small interfering RNA，siRNA)敲低实验进一步证实，PHGDH表达抑制可使年轻恒牙DPSCs中SAM水平显著降低，并导致细胞增殖速率下降和成牙本质分化能力减弱，这为理解年龄相关的牙组织再生能力衰退提供了分子层面的解释[5]。
图1 干细胞功能调控示意图MCP1, monocyte chemoattractant protein-1; MSCs, mesenchymal stromal/stem cells; PHGDH, phosphoglycerate dehydrogenase; SAM, S-adenosyl-methionine; TET, ten-eleven translocation; SATB2, special AT-rich sequence-binding protein 2. Figure 1 Schematic illustration of stem cell function regulation |
1.3 H2S信号调控
H2S作为重要的气体信号分子，在调控间充质干细胞功能方面展现出独特的组织特异性效应。在GMSCs中，H2S通过Fas/FasL-单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1，MCP1)信号轴发挥关键的免疫调节功能。生理浓度的H2S能够维持GMSCs表面Fas受体的稳定表达，从而保证其与T细胞间通过Fas/FasL相互作用形成免疫调控网络。当H2S缺乏时，GMSCs表面Fas受体表达量下降，导致其与T细胞间Fas/FasL特异性偶联被破坏，进而影响GMSCs的免疫调节功能(图 1)。这一机制可能为阐明牙周炎等口腔免疫相关疾病的发病机制提供新的视角[4]。
而在DPSCs成牙本质分化过程中，H2S则通过钙离子信号通路发挥调控作用。研究表明，H2S能够特异性激活瞬时受体电位香草酸亚型1(transient receptor p otential action channel subfamily vanilloid member 1，TRPV1)钙离子通道，引起细胞内Ca2+浓度瞬时升高，进而通过抑制GSK3β活性促进β-catenin核转位，最终上调DSPP的表达。胱硫醚β-合酶(cystathionine β-synthase，Cbs)基因敲除小鼠的模型证实，H2S合成障碍会导致牙髓组织结构异常和牙本质形成缺陷，进一步验证了该信号通路在牙体组织发育中的生理重要性。这些发现为开发基于H2S信号调控的牙体组织再生策略提供了理论依据[7]。
1.4 表观遗传调控
DNA主动去甲基化酶10-11易位蛋白(ten-eleven translocation，TET)通过动态调控5-羟甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)修饰，精密协调MSCs的稳态平衡(图 1)。在MSCs中，Tet1 / Tet2双敲除导致P2rX7启动子区5hmC水平显著下降，引发异常DNA高甲基化，进而抑制外泌体生物发生关键基因Rab27a、Alix表达，致使外泌体分泌量减少。这种分泌障碍导致miR-297家族在胞内异常积累，并通过靶向结合Runx2 mRNA 3′-UTR区，抑制其翻译，最终导致MSCs成骨分化能力下降[8]。在PDLSCs中，Tet1 / Tet2缺失则通过不同的表观遗传机制增强免疫调节功能。Tet双敲除使PDLSCs中Dickkopf相关蛋白1(Dickkopf-related protein 1，DKK1)启动子区CpG岛甲基化水平升高，通过解除对该Wnt通路抑制因子的表达抑制，激活β-catenin信号通路，进而上调FasL表达，最终提高PDLSCs诱导CD4+ T细胞凋亡的能力[9]。
核基质结合蛋白——特化AT富集序列结合蛋白2(special AT-rich sequence-binding protein 2，SATB2)在DPSCs分化调控中展现出多层次的表观遗传调控作用(图 1)。本课题组研究发现，SATB2新型移码突变(c.376_378delinsTT)导致其核定位信号丧失，突变蛋白在胞质滞留，无法激活Wnt/β-catenin通路。该突变通过双重机制抑制DPSCs成牙本质分化：一方面通过解除对DKK1启动子的抑制，使该Wnt通路抑制因子表达量上调；另一方面导致含Jumonji C结构域组蛋白去甲基化酶1D(Jumonji C domain-containing histone demethylase 1D，JHDM1D)表达增加，催化H3K9me2去甲基化修饰，进而重塑染色质开放性并抑制成牙本质相关基因转录，使突变型DPSCs矿化能力显著受损。实验证实，Wnt抑制剂XAV939处理野生型细胞可复现该表型，而外源性Wnt3a处理可使SATB2突变细胞β-catenin核转位恢复，在一定程度上挽救突变型DPSCs受损的矿化能力。此外，靶向JHDM1D的组蛋白去甲基化酶抑制剂(如GSK-J4)处理SATB2突变DPSCs 72 h后，H3K9me2水平回升，DSPP表达恢复，验证了表观遗传编辑的治疗潜力[10]。
2 MSCs-免疫细胞相互作用在骨代谢平衡中的双向调控机制
2.1 MSCs-免疫细胞相互作用介导骨破坏的级联调控机制
MSCs与免疫细胞的相互作用受到机械力学信号的精密调控(图 1)。颞下颌关节的超负荷机械刺激能够激活MSCs表面的Piezo1机械敏感离子通道，引发瞬时Ca2+内流，进而通过钙/钙调素依赖性蛋白激酶Ⅱ(calcium/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ，CaMKⅡ)与AMP活化蛋白激酶信号通路(AMP-activated protein kinase signaling pathway，AMPK), 增强糖酵解限速酶己糖激酶2(hexokinase 2，HK2)的活性，促使MSCs向糖酵解优势表型转化。这种代谢重编程通过雷帕霉素哺乳动物靶蛋白-缺氧诱导因子1α(mammalian target of rapamycin-hypoxia inducible factor 1α，mTOR-HIF1α)信号轴促进巨噬细胞迁移抑制因子(macrophage migration inhibitory factor，MIF)的分泌，进而浓度依赖性地诱导Th17细胞极化。病理状态下，浸润的Th17细胞通过核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor κB ligand，RANKL)/IL-17协同作用，加剧软骨下骨侵蚀和滑膜炎症反应。Piezo1条件性敲除小鼠(Wnt1 cre; Piezo1 fl/fl)模型证实，抑制该通路可减少T h17细胞浸润，显著改善骨关节炎病理进程[11]。在牙周组织骨改建过程中，周期性牵张力对MSCs功能同样具有重要调控作用。力学刺激能够促进PDLSCs外泌体的分泌，并特异性增加其中的膜联蛋白A3(annexin A3，ANXA3)含量。该蛋白通过促进巨噬细胞内化外泌体并激活ERK磷酸化通路，最终加速破骨细胞分化和牙齿移动过程[3]。
2.2 MSCs-免疫细胞相互作用介导骨再生的级联调控机制
巨噬细胞外泌体的生物学特性可通过H2S重塑，从而促进MSCs的成骨分化。H2S缓释供体GYY4137能够有效促进巨噬细胞向M2抗炎表型极化。在此过程中，H2S通过硫巯基化修饰作用，特异性上调外泌体生物发生关键蛋白Alix的表达水平，进而显著增加M2型巨噬细胞来源外泌体(H2S-Exo)中膜骨架蛋白Moesin的含量。Moesin蛋白通过其膜-细胞骨架连接结构域FERM与MSCs表面CD44受体特异性结合，促进外泌体被MSCs高效内化。内化后的外泌体通过激活MSCs内β-catenin信号通路，最终驱动MSCs向成骨方向分化。该机制体现了代谢调控与免疫微环境重塑在组织再生中的协同效应[12]。
2.3 外泌体可作为干细胞-免疫细胞相互作用的关键载体
外泌体作为细胞间通讯的关键载体，通过转运miRNA、蛋白质和脂质等生物活性分子参与干细胞与免疫细胞的动态相互作用(图 1)。研究表明，干扰素γ(interferon-γ，IFN-γ)刺激的MSCs外泌体可富集miR-125a和miR-125b，这些miRNA通过靶向Stat3 mRNA的3′-UTR区抑制Th17细胞分化并促进Treg扩增，从而发挥抗炎作用[13]。工程化外泌体技术进一步拓展了其治疗潜力，例如H2S预处理的M2巨噬细胞来源的外泌体不仅能促进成骨分化，还可通过诱导巨噬细胞向M2型极化来改善局部免疫微环境，实现骨再生与免疫调节的协同效应[12]。此外，在病理条件下，工程化外泌体能够递送功能性线粒体DNA(mitochondrial DNA，mtDNA)至受损MSCs，修复线粒体动力学失衡并恢复能量代谢，最终增强MSCs的成骨能力[6]。这些发现不仅证实了外泌体在代谢-免疫调控网络中的核心地位，也为开发基于外泌体的骨再生策略提供了重要依据。
3 MSCs的应用展望
MSCs凭借其多向分化潜能与免疫调节特性，在颅颌面组织再生领域展现出显著的治疗潜力。在颞下颌关节修复方面，DPSCs关节腔注射可通过双重机制改善进行性关节炎：一方面分泌TGF-β1和IL-10等抗炎因子，降低STAT1磷酸化水平，抑制TNF-α/IFN-γ诱导的MMP3/MMP13表达，减少Ⅱ型胶原降解；另一方面通过下调炎性因子促进骨再生，同步缓解疼痛症状[14]。对于骨缺损修复，MSCs搭载仿生水凝胶可通过激活内皮型一氧化氮合酶/一氧化氮/环磷酸鸟苷信号通路(endothelial nitric oxide synthase / nitric oxide / cyclic guanosine monophosphate signaling pathway，eNOS/NO/cGMP)，促进成骨-血管生成偶联，动物实验证实该策略能显著增加骨体积和血管密度，并通过诱导巨噬细胞M2极化优化再生微环境[15]。此外，SHED可通过减少活性氧来抑制四氯化碳处理诱导的含NACHT、LRR和PYD结构域蛋白3(NACHT, LRR and PYD domains-containing protein 3，NLRP3)、Gasdermin D蛋白(GSDMD)和半胱天冬酶-1(cysteine-aspartate protease 1，caspase-1) 表达的升高，从而减少炎性细胞因子IL-1β的释放[16]。
随着单细胞测序、空间转录组和表观遗传分析等技术的革新，MSCs研究已从传统的分化调控研究转向多组学整合的微环境网络解析。当前研究主要聚焦于三个核心维度，即代谢动态平衡、免疫-干细胞相互作用和外泌体介导的跨细胞通讯。基于这些进展，未来的研究将进一步回答：如何开发具有组织特异性的靶向递送系统，提升MSCs在颌骨、牙周等复杂微环境中的定位精度；如何优化外泌体工程化技术，包括开发微小RNA(microRNA，miRNA)分子精确装载方法和刺激响应型控释系统。最终将推动MSCs治疗从经验性应用向分子设计型治疗的转型，为牙槽骨缺损、牙周炎性骨吸收等临床问题提供精准解决方案。
