全球大约有35亿人因为各种口腔疾病而苦恼，其中牙齿缺失尤其常见。与那些幸运的鲨鱼相比——它们可以一生中无数次更换牙齿，我们人类只有两次机会：先是乳牙，然后是恒牙。一旦恒牙“不幸离开”，剩下的选择似乎就只有种植牙或者戴假牙了。
但是，这些传统方法不仅成本高昂，过程复杂，还有可能带来感染、排斥等麻烦。那么，有没有什么办法可以让我们的牙齿像鲨鱼那样“重生”呢？答案是：科学家们正在努力让这变成现实！
基因调控：用小干扰RNA敲除USAG-1
2021年，高桥胜团队在《Scientific Reports》发表了一项题为"Local application of Usag‑1 siRNA can promote tooth regeneration in Runx2‑deficient mice"的研究，他们发现了一个叫做Usag‑1的基因，这个基因在牙齿发育过程中扮演着“刹车”的角色。
研究中，他们聚焦于Usag‑1（Uterine sensitization-associated gene-1）这一在牙齿发育中起抑制作用的基因，同时结合研究了Runx2基因的功能。研究人员通过设计两种小干扰RNA（siRNA）分子，分别针对Usag‑1和Runx2基因进行了干预实验，探索它们在牙齿发育中的作用。
首先，他们在小鼠牙齿发育上皮细胞系mHAT9d中转染了两种siRNA，发现Usag‑1基因敲低显著促进了牙齿发育，而Runx2基因敲低则起到抑制作用。随后，研究团队将经过siRNA处理的下颌骨移植到小鼠肾囊，并通过组织学分析和3D微计算机断层扫描（3D micro-CT）技术，观察到Usag‑1 siRNA处理显著增加了形成的牙齿结构数量，而Runx2 siRNA处理则抑制了牙齿发育。
Usag‑1基因沉默挽救了Runx2基因沉默所抑制的牙齿形成
(图片来源：Scientific Reports 2021)
更重要的是，该研究还在Runx2基因敲除小鼠模型中进一步验证了Usag‑1 siRNA的作用。尽管Runx2基因缺失会抑制牙齿发育，但通过局部应用Usag‑1 siRNA，研究团队成功部分恢复了Runx2基因敲除小鼠的牙齿发育。这一发现表明，USAG-1在牙齿再生中扮演了重要角色，为基因治疗提供了全新的潜在靶点，同时也为缺牙患者带来了切实可行的治疗希望。
抗体治疗：中和USAG-1促进牙齿发育
同年，高桥胜团队在《Science Advances》发表的另一项题为“Anti–USAG-1 therapy for tooth regeneration through enhanced BMP signaling”的研究，将牙齿再生研究推向了新高度。这次，他们采用了单克隆抗体技术，探索通过中和USAG-1蛋白以促进牙齿发育的可能性。
他们发现，USAG-1蛋白能够通过与骨形态发生蛋白（BMP）信号通路相互作用，抑制牙齿的自然生长，而特定的单克隆抗体可以阻断这种作用，显著改善牙齿再生效果。
USAG-1中和抗体使EDA1突变小鼠牙齿恢复和全牙再生
（图片来源：Science Advances 2021）
研究团队筛选出五种USAG-1中和抗体，分别分析了它们对BMP和Wnt信号通路的影响、与USAG-1蛋白的结合能力，以及中和USAG-1功能的效率。结果表明，这些抗体不仅能够解除USAG-1对BMP和Wnt信号的抑制，还能够显著促进牙齿发育。在小鼠和非啮齿动物雪貂模型中，这些抗体在恢复缺失牙齿以及诱导超数牙齿形成方面表现出卓越的效果。例如，在基因突变导致牙齿缺失的小鼠模型中，系统性给予USAG-1抗体不仅恢复了牙齿数量，还显著改善了牙齿的生长质量；而在正常雪貂模型中，抗体还能促进额外牙齿的生长，为牙齿再生治疗的普适性提供了重要佐证。
USAG-1中和抗体促进非啮齿类动物雪貂上颌额外牙齿的生长
（图片来源：Science Advances 2021）
为进一步揭示抗体如何实现其作用，团队对两种具有代表性的USAG-1中和抗体进行了表位图谱分析，确定了它们结合USAG-1蛋白的关键区域。这一研究不仅为理解抗体作用机制提供了新见解，也为未来药物设计提供了坚实基础。通过抗体治疗手段，研究团队成功实现了从基因调控到功能干预的跨越，为牙齿再生治疗带来了更多可能性！
牙齿再生技术的历史与未来展望
基于近二十年的研究，2023年，该团队在《Regenerative Therapy》上发表了一篇题为"Advances in tooth agenesis and tooth regeneration"的综述性文章，对牙齿再生技术的进展进行了全面回顾。
他们提出了一个令人兴奋的概念——“第三套牙齿（third dentition）”。这意味着，未来我们或许可以通过失活USAG-1基因，让成年人也能拥有第三次长牙的机会。这不仅仅是对牙齿发育过程中先天性缺失问题的解决，更是对晚期牙齿再生的一次革命。
研究指出，通过失活USAG-1基因，科学家不仅能显著改善早期牙齿发育中的先天性缺失问题，还能够恢复晚期牙齿发育，甚至在双基因敲除小鼠中成功诱导了新牙形成。这些成果为理解牙齿再生的分子机制提供了关键线索。
此外，综述还指出，未来的研究需进一步明确USAG-1的致病变异、关键相互作用基因以及蛋白质功能。这些因素不仅有助于开发更有效的生物标志物，还能推动牙齿再生相关药物的个性化设计。借助下一代测序、质谱和高分辨率成像等技术，科学家能够精准识别牙齿缺失的遗传变异，从而改善早期诊断与治疗方案。
牙齿再生研究进展的时间线
（图片来源：Regenerative Therapy 2023）
牙齿再生——从梦想走向现实！
更为振奋的是，基于这些研究成果的首个人体试验已经开展。今年9月至2026年8月，京都大学医院计划在30名30至64岁之间、至少缺失一颗臼齿的男性患者中，测试USAG-1抗体药物的安全性与有效性。这种药物通过静脉注射，激活BMP信号传导，显著促进牙齿再生，且在动物试验中未见明显副作用。如果试验成功，这款牙齿再生药物有望在2030年正式上市，为全球数十亿牙齿缺失患者提供一种革命性的治疗手段！
从基因调控到抗体治疗，从分子靶点发现到临床转化，该团队的研究已经为牙齿再生领域奠定了坚实基础。这项技术不仅安全、自然，还可能彻底改变现有的口腔治疗模式。未来的某一天，当牙齿缺失不再需要繁琐的种植牙手术，而是通过一剂药物让新牙自然生长，所有患者的生活质量都将得到显著提升。
科学的进步正在将“牙齿再生”从梦想变为现实。我们有理由相信，随着研究的不断深入，这项技术预期在不久的将来造福更多患者，为人类健康书写新的篇章！
参考文献：
[1] Mishima S, Takahashi K, Kiso H, et al. Local application of Usag-1 siRNA can promote tooth regeneration in Runx2-deficient mice. Sci Rep. 2021;11(1):13674.
[2] Murashima-Suginami A, Kiso H, Tokita Y, et al. Anti-USAG-1 therapy for tooth regeneration through enhanced BMP signaling. Sci Adv. 2021;7(7):eabf1798.
[3] Ravi V, Murashima-Suginami A, Kiso H, et al. Advances in tooth agenesis and tooth regeneration. Regen Ther. 2023;22:160-168.
撰文 | Shawn
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