鹿角再生機制與骨組織再生修復研究方面取得進展

圖 鹿角快速生長的細胞和分子機制

　　在國家自然科學基金項目（批準號：32225009、31970392、82122043、32030016、32122083、U20A20403）等資助下，西北工業大學生態環境學院邱強和王文教授團隊、中國人民解放軍第四軍醫大學西京醫院黃景輝教授團隊、長春科技學院李春義教授團隊與吉林農業大學李志鵬教授團隊合作，在鹿角再生機制研究并用于骨組織再生修復方面取得進展。研究成果以“鹿角中發現具有強大再生潛力的干細胞群（A population of stem cells with strong regenerative potential discovered in deer antlers）”為題，于2023年2月23日在線發表于《科學》（Science）雜志。論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0488。

　　人體組織器官再生是重要的世界科技前沿方向之一，被列入2021年《科學》雜志發布的“新125個科學問題”。一些低等脊椎動物具有以無疤痕方式愈合，再生丟失器官或附肢的能力，但隨著物種逐漸進化，哺乳動物的再生能力卻逐步喪失。目前，哺乳動物的器官再生都是有限和不完全的。因此哺乳動物（包括人類）器官、附肢的再生機制研究，對組織器官損傷修復、抗器官衰老具有重要意義。

　　長期以來，科學家們一直試圖從斑馬魚、蠑螈等再生能力極強的低等脊椎動物中尋找答案，然而，它們與人類親緣關系較遠，限制了相關研究成果向臨床醫學的轉化。該研究團隊以鹿角再生機制為切入點，收集了鹿角再生過程中8個階段的樣本，利用單細胞轉錄組測序描繪了鹿角再生發育細胞圖譜，并分析了鹿角再生過程中的細胞動態演變圖譜，發現了一種特殊的間質細胞類群，命名為“鹿角芽基祖細胞（antler blastema progenitor cells，ABPCs）”；對鹿角快速生長階段的5個生長中心組織層單細胞轉錄組測序以及多轉錄組測序，發現ABPCs位于鹿角的尖部，提供了鹿角持續生長的干細胞池。通過跨物種比較，發現可再生的小鼠指尖芽基中存在類似于ABPCs的細胞群，而蠑螈四肢和斑馬魚尾鰭芽基中不存在這種細胞，提示哺乳動物與非哺乳動物有著不同的再生機制；進一步與小鼠胚胎骨骼發育單細胞轉錄圖譜進行比較，鑒定出了151個與骨骼發育相關的高表達基因；在裸鼠腎囊膜下異位成骨模型以及兔子骨缺損修復模型中發現，ABPCs的骨骼修復能力顯著優于骨髓間充質干細胞（圖）。

　　該研究揭示了鹿角再生及其快速生長的細胞學基礎和分子機制，為骨組織再生修復研究提供了一種新的干細胞類群，也為哺乳動物的再生醫學研究提供了新的方向。