再生干細胞培養為鹿茸產業發展提供新思路
日前，西北工業大學生態環境學院院長、教授邱強及教授王文團隊聯合長春科技學院、西京醫院、吉林農業大學等單位構建了鹿茸再生的細胞圖譜，鑒定出一類鹿茸再生干細胞，揭示了鹿茸再生的細胞學基礎及分子調控機制。這為哺乳動物器官再生提供了理論基礎，為未來鹿茸產業的發展和再生醫學的研究開辟了新路徑。相關研究成果發表在國際期刊《科學》上，并入選中國農業科學院發布的《2024中國農業科學重大進展》。
適應進化的重要特征
在大自然中，螃蟹、壁虎等動物都有神奇的再生能力，揭秘動物的神奇再生能力對探索生命科學具有重要意義。
鹿茸是哺乳動物唯一能周期性再生的器官。鹿茸內部為軟骨和骨質結構，外覆一層帶絨毛的皮膚，并布滿了血管和神經。
那么，鹿茸究竟是如何實現快速且完整再生呢?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，從公鹿頭部被稱為角柄的永久性骨樁上脫落;鹿角脫落后，傷口處會迅速聚集免疫細胞進行止血和凝血，干細胞會快速遷移至傷口，形成鹿茸芽基組織;芽基組織通過頂端生長的方式，帶動鹿茸快速生長，夏季每天能增長2—3厘米，長度可達到1.2米;秋季，公鹿體內雄激素水平的快速升高導致鹿茸出現徹底骨化，變成鹿角;第二年春天完全骨化的鹿茸再次從角柄上脫落，觸發新一輪的鹿茸再生。
“再生能力是一種重要的進化適應性特征。不同類群的動物，具有相似的再生策略，均遵循‘損傷響應—再生芽基形成—組織重建—功能恢復’的核心過程。通過器官再生，有助于提高動物在自然環境中的競爭優勢。”邱強介紹，公鹿鹿茸完全骨化后形成的鹿角更大、造型更復雜，更有機會吸引母鹿。此外，更大的鹿角可以更好地對抗掠食者以及保護領地，提高生存率。
解析鹿茸再生過程
鹿茸不僅是一個能夠在自然情況下周期性再生的器官，在轉化醫學研究中也展現出其獨特價值。
“鹿茸再生過程包括皮膚、骨骼、血管和神經等多種組織的協同修復，并涉及干細胞的遷移和分化、免疫反應的調控以及快速的組織重建。這些特點使得鹿茸成為研究快速生長、功能重塑以及器官再生機制的重要模型。”邱強說。
西北工業大學生態環境學院博士生、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在細胞和分子機制。這次研究中，我們通過‘器官—組織—細胞—分子’的視角，全方位探究了整個鹿茸的再生過程。”
研究團隊長期從事反芻動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程中連續8個關鍵階段的樣品，并利用單細胞轉錄組技術，構建了首個完整的鹿茸再生發育細胞圖譜。借助生物信息學分析，他們發現鹿茸再生過程中存在一群發揮關鍵作用的鹿茸再生干細胞。這一干細胞群能表達多種再生基因。“組織學結果證明，這一干細胞群持續存在于鹿茸的尖端，能夠不斷向下分化，帶動鹿茸快速生長。”秦濤說。
邱強介紹，通過細胞和分子功能驗證，研究團隊證實了鹿茸再生干細胞具有極強的再生和修復潛力，有更顯著的成軟骨和成骨能力。這一發現不僅深化了人們對哺乳動物再生機制的理解，也為多組織器官再生和生物醫學工程等領域的研究提供了新思路，并能在一定程度上推動干細胞治療、生物材料和組織工程技術的發展。
產業實踐任重道遠
通過深入解析鹿茸再生干細胞的分子機制，并結合基因編輯和細胞生物學相關技術，有望加快鹿茸的生長速度，提高鹿茸質量。“這能促進鹿茸提取物的功能性研究，為保健品、護膚品、藥品等高附加值產品的開發提供支撐，進一步延伸和拓寬鹿茸產業鏈，推動鹿茸產業向科學化、標準化方向發展，大幅提升產業附加值。”邱強說。
“我們發現鹿茸生長就是依賴鹿茸再生干細胞的增殖和分化，那為什么不能在體外進行核心干細胞的規?；囵B以促進鹿茸產業的發展呢?”邱強表示，通過現代細胞生物學技術，以及工廠化、規模化的手段，能實現大規模的鹿茸再生干細胞培養和相關鹿茸產品的研發。這意味著，未來通過“養細胞”的方式就有可能促進傳統養鹿、鹿茸產業的進一步升級。
目前，團隊正致力于建立鹿茸再生干細胞體外規?；囵B體系。然而，要將鹿茸再生干細胞相關理論真正應用于產業實踐，仍需破解多個關鍵難題。
在邱強看來，一方面，需要深入解析鹿茸再生干細胞的作用機制，并建立從基礎研究到技術轉化的有效路徑，確保新技術在養殖環境中的穩定性和可重復性;另一方面，還需妥善解決倫理法規、成本效益平衡及環境生態影響等問題，以降低法律風險，避免潛在的生態破壞，確保鹿茸產業的安全性與可持續發展。
邱強表示，鹿科動物作為大型哺乳動物生長和繁殖周期長，研究成本較高。此外，鹿茸再生涉及多種組織和器官的協同修復，使得整體揭示其細胞與分子協同機制更加復雜，相關研究基礎薄弱，需要重新建立相應技術體系。邱強呼吁，希望有更多科學家關注并投身于鹿茸再生研究，共同攻克這一領域的關鍵科學問題，推動對哺乳動物再生機制的深入探索。
編輯：岳含笑
