原標(biāo)題：再生干細(xì)胞培養(yǎng)為鹿茸產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新思路——“農(nóng)業(yè)生物技術(shù)新突破”系列報(bào)道之四

日前，西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院院長(zhǎng)、教授邱強(qiáng)及教授王文團(tuán)隊(duì)聯(lián)合長(zhǎng)春科技學(xué)院、西京醫(yī)院、吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位構(gòu)建了鹿茸再生的細(xì)胞圖譜，鑒定出一類(lèi)鹿茸再生干細(xì)胞，揭示了鹿茸再生的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)及分子調(diào)控機(jī)制。這為哺乳動(dòng)物器官再生提供了理論基礎(chǔ)，為未來(lái)鹿茸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和再生醫(yī)學(xué)的研究開(kāi)辟了新路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊《科學(xué)》上，并入選中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院發(fā)布的《2024中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)重大進(jìn)展》。

適應(yīng)進(jìn)化的重要特征

在大自然中，螃蟹、壁虎等動(dòng)物都有神奇的再生能力，揭秘動(dòng)物的神奇再生能力對(duì)探索生命科學(xué)具有重要意義。

鹿茸是哺乳動(dòng)物唯一能周期性再生的器官。鹿茸內(nèi)部為軟骨和骨質(zhì)結(jié)構(gòu)，外覆一層帶絨毛的皮膚，并布滿(mǎn)了血管和神經(jīng)。

那么，鹿茸究竟是如何實(shí)現(xiàn)快速且完整再生呢?鹿茸的再生以年為周期：每年春天，完全骨化了的鹿茸，即鹿角，從公鹿頭部被稱(chēng)為角柄的永久性骨樁上脫落;鹿角脫落后，傷口處會(huì)迅速聚集免疫細(xì)胞進(jìn)行止血和凝血，干細(xì)胞會(huì)快速遷移至傷口，形成鹿茸芽基組織;芽基組織通過(guò)頂端生長(zhǎng)的方式，帶動(dòng)鹿茸快速生長(zhǎng)，夏季每天能增長(zhǎng)2—3厘米，長(zhǎng)度可達(dá)到1.2米;秋季，公鹿體內(nèi)雄激素水平的快速升高導(dǎo)致鹿茸出現(xiàn)徹底骨化，變成鹿角;第二年春天完全骨化的鹿茸再次從角柄上脫落，觸發(fā)新一輪的鹿茸再生。

“再生能力是一種重要的進(jìn)化適應(yīng)性特征。不同類(lèi)群的動(dòng)物，具有相似的再生策略，均遵循‘損傷響應(yīng)—再生芽基形成—組織重建—功能恢復(fù)’的核心過(guò)程。通過(guò)器官再生，有助于提高動(dòng)物在自然環(huán)境中的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”邱強(qiáng)介紹，公鹿鹿茸完全骨化后形成的鹿角更大、造型更復(fù)雜，更有機(jī)會(huì)吸引母鹿。此外，更大的鹿角可以更好地對(duì)抗掠食者以及保護(hù)領(lǐng)地，提高生存率。

解析鹿茸再生過(guò)程

鹿茸不僅是一個(gè)能夠在自然情況下周期性再生的器官，在轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究中也展現(xiàn)出其獨(dú)特價(jià)值。

“鹿茸再生過(guò)程包括皮膚、骨骼、血管和神經(jīng)等多種組織的協(xié)同修復(fù)，并涉及干細(xì)胞的遷移和分化、免疫反應(yīng)的調(diào)控以及快速的組織重建。這些特點(diǎn)使得鹿茸成為研究快速生長(zhǎng)、功能重塑以及器官再生機(jī)制的重要模型。”邱強(qiáng)說(shuō)。

西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院博士生、論文第一作者秦濤介紹：“以前我們只知道鹿茸能夠周期性再生，但是我們不知道其再生的內(nèi)在細(xì)胞和分子機(jī)制。這次研究中，我們通過(guò)‘器官—組織—細(xì)胞—分子’的視角，全方位探究了整個(gè)鹿茸的再生過(guò)程。”

研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事反芻動(dòng)物角的多樣性演化研究。在此次研究中，他們收集了鹿茸再生過(guò)程中連續(xù)8個(gè)關(guān)鍵階段的樣品，并利用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，構(gòu)建了首個(gè)完整的鹿茸再生發(fā)育細(xì)胞圖譜。借助生物信息學(xué)分析，他們發(fā)現(xiàn)鹿茸再生過(guò)程中存在一群發(fā)揮關(guān)鍵作用的鹿茸再生干細(xì)胞。這一干細(xì)胞群能表達(dá)多種再生基因。“組織學(xué)結(jié)果證明，這一干細(xì)胞群持續(xù)存在于鹿茸的尖端，能夠不斷向下分化，帶動(dòng)鹿茸快速生長(zhǎng)。”秦濤說(shuō)。

邱強(qiáng)介紹，通過(guò)細(xì)胞和分子功能驗(yàn)證，研究團(tuán)隊(duì)證實(shí)了鹿茸再生干細(xì)胞具有極強(qiáng)的再生和修復(fù)潛力，有更顯著的成軟骨和成骨能力。這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了人們對(duì)哺乳動(dòng)物再生機(jī)制的理解，也為多組織器官再生和生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的研究提供了新思路，并能在一定程度上推動(dòng)干細(xì)胞治療、生物材料和組織工程技術(shù)的發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)實(shí)踐任重道遠(yuǎn)

通過(guò)深入解析鹿茸再生干細(xì)胞的分子機(jī)制，并結(jié)合基因編輯和細(xì)胞生物學(xué)相關(guān)技術(shù)，有望加快鹿茸的生長(zhǎng)速度，提高鹿茸質(zhì)量。“這能促進(jìn)鹿茸提取物的功能性研究，為保健品、護(hù)膚品、藥品等高附加值產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供支撐，進(jìn)一步延伸和拓寬鹿茸產(chǎn)業(yè)鏈，推動(dòng)鹿茸產(chǎn)業(yè)向科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，大幅提升產(chǎn)業(yè)附加值。”邱強(qiáng)說(shuō)。

“我們發(fā)現(xiàn)鹿茸生長(zhǎng)就是依賴(lài)鹿茸再生干細(xì)胞的增殖和分化，那為什么不能在體外進(jìn)行核心干細(xì)胞的規(guī)模化培養(yǎng)以促進(jìn)鹿茸產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呢?”邱強(qiáng)表示，通過(guò)現(xiàn)代細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)，以及工廠化、規(guī)模化的手段，能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的鹿茸再生干細(xì)胞培養(yǎng)和相關(guān)鹿茸產(chǎn)品的研發(fā)。這意味著，未來(lái)通過(guò)“養(yǎng)細(xì)胞”的方式就有可能促進(jìn)傳統(tǒng)養(yǎng)鹿、鹿茸產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步升級(jí)。

目前，團(tuán)隊(duì)正致力于建立鹿茸再生干細(xì)胞體外規(guī)模化培養(yǎng)體系。然而，要將鹿茸再生干細(xì)胞相關(guān)理論真正應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)實(shí)踐，仍需破解多個(gè)關(guān)鍵難題。

在邱強(qiáng)看來(lái)，一方面，需要深入解析鹿茸再生干細(xì)胞的作用機(jī)制，并建立從基礎(chǔ)研究到技術(shù)轉(zhuǎn)化的有效路徑，確保新技術(shù)在養(yǎng)殖環(huán)境中的穩(wěn)定性和可重復(fù)性;另一方面，還需妥善解決倫理法規(guī)、成本效益平衡及環(huán)境生態(tài)影響等問(wèn)題，以降低法律風(fēng)險(xiǎn)，避免潛在的生態(tài)破壞，確保鹿茸產(chǎn)業(yè)的安全性與可持續(xù)發(fā)展。

邱強(qiáng)表示，鹿科動(dòng)物作為大型哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)和繁殖周期長(zhǎng)，研究成本較高。此外，鹿茸再生涉及多種組織和器官的協(xié)同修復(fù)，使得整體揭示其細(xì)胞與分子協(xié)同機(jī)制更加復(fù)雜，相關(guān)研究基礎(chǔ)薄弱，需要重新建立相應(yīng)技術(shù)體系。邱強(qiáng)呼吁，希望有更多科學(xué)家關(guān)注并投身于鹿茸再生研究，共同攻克這一領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，推動(dòng)對(duì)哺乳動(dòng)物再生機(jī)制的深入探索。

( 荊曉青 )