鹿角再生机制与骨组织再生修复研究方面取得进展

图 鹿角快速生长的细胞和分子机制

　　在国家自然科学基金项目（批准号：32225009、31970392、82122043、32030016、32122083、U20A20403）等资助下，西北工业大学生态环境学院邱强和王文教授团队、中国人民解放军第四军医大学西京医院黄景辉教授团队、长春科技学院李春义教授团队与吉林农业大学李志鹏教授团队合作，在鹿角再生机制研究并用于骨组织再生修复方面取得进展。研究成果以“鹿角中发现具有强大再生潜力的干细胞群（A population of stem cells with strong regenerative potential discovered in deer antlers）”为题，于2023年2月23日在线发表于《科学》（Science）杂志。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.add0488。

　　人体组织器官再生是重要的世界科技前沿方向之一，被列入2021年《科学》杂志发布的“新125个科学问题”。一些低等脊椎动物具有以无疤痕方式愈合，再生丢失器官或附肢的能力，但随着物种逐渐进化，哺乳动物的再生能力却逐步丧失。目前，哺乳动物的器官再生都是有限和不完全的。因此哺乳动物（包括人类）器官、附肢的再生机制研究，对组织器官损伤修复、抗器官衰老具有重要意义。

　　长期以来，科学家们一直试图从斑马鱼、蝾螈等再生能力极强的低等脊椎动物中寻找答案，然而，它们与人类亲缘关系较远，限制了相关研究成果向临床医学的转化。该研究团队以鹿角再生机制为切入点，收集了鹿角再生过程中8个阶段的样本，利用单细胞转录组测序描绘了鹿角再生发育细胞图谱，并分析了鹿角再生过程中的细胞动态演变图谱，发现了一种特殊的间质细胞类群，命名为“鹿角芽基祖细胞（antler blastema progenitor cells，ABPCs）”；对鹿角快速生长阶段的5个生长中心组织层单细胞转录组测序以及多转录组测序，发现ABPCs位于鹿角的尖部，提供了鹿角持续生长的干细胞池。通过跨物种比较，发现可再生的小鼠指尖芽基中存在类似于ABPCs的细胞群，而蝾螈四肢和斑马鱼尾鳍芽基中不存在这种细胞，提示哺乳动物与非哺乳动物有着不同的再生机制；进一步与小鼠胚胎骨骼发育单细胞转录图谱进行比较，鉴定出了151个与骨骼发育相关的高表达基因；在裸鼠肾囊膜下异位成骨模型以及兔子骨缺损修复模型中发现，ABPCs的骨骼修复能力显著优于骨髓间充质干细胞（图）。

　　该研究揭示了鹿角再生及其快速生长的细胞学基础和分子机制，为骨组织再生修复研究提供了一种新的干细胞类群，也为哺乳动物的再生医学研究提供了新的方向。