再生干细胞培养为鹿茸产业发展提供新思路
◎本报记者 荆晓青
日前，西北工业大学生态环境学院院长、教授邱强及教授王文团队联合长春科技学院、西京医院、吉林农业大学等单位构建了鹿茸再生的细胞图谱，鉴定出一类鹿茸再生干细胞，揭示了鹿茸再生的细胞学基础及分子调控机制。这为哺乳动物器官再生提供了理论基础，为未来鹿茸产业的发展和再生医学的研究开辟了新路径。相关研究成果发表在国际期刊《科学》上，并入选中国农业科学院发布的《2024中国农业科学重大进展》。
适应进化的重要特征
在大自然中，螃蟹、壁虎等动物都有神奇的再生能力，揭秘动物的神奇再生能力对探索生命科学具有重要意义。
鹿茸是哺乳动物唯一能周期性再生的器官。鹿茸内部为软骨和骨质结构，外覆一层带绒毛的皮肤，并布满了血管和神经。
那么，鹿茸究竟是如何实现快速且完整再生呢？鹿茸的再生以年为周期：每年春天，完全骨化了的鹿茸，即鹿角，从公鹿头部被称为角柄的永久性骨桩上脱落；鹿角脱落后，伤口处会迅速聚集免疫细胞进行止血和凝血，干细胞会快速迁移至伤口，形成鹿茸芽基组织；芽基组织通过顶端生长的方式，带动鹿茸快速生长，夏季每天能增长2—3厘米，长度可达到1.2米；秋季，公鹿体内雄激素水平的快速升高导致鹿茸出现彻底骨化，变成鹿角；第二年春天完全骨化的鹿茸再次从角柄上脱落，触发新一轮的鹿茸再生。
“再生能力是一种重要的进化适应性特征。不同类群的动物，具有相似的再生策略，均遵循‘损伤响应—再生芽基形成—组织重建—功能恢复’的核心过程。通过器官再生，有助于提高动物在自然环境中的竞争优势。”邱强介绍，公鹿鹿茸完全骨化后形成的鹿角更大、造型更复杂，更有机会吸引母鹿。此外，更大的鹿角可以更好地对抗掠食者以及保护领地，提高生存率。
解析鹿茸再生过程
鹿茸不仅是一个能够在自然情况下周期性再生的器官，在转化医学研究中也展现出其独特价值。
“鹿茸再生过程包括皮肤、骨骼、血管和神经等多种组织的协同修复，并涉及干细胞的迁移和分化、免疫反应的调控以及快速的组织重建。这些特点使得鹿茸成为研究快速生长、功能重塑以及器官再生机制的重要模型。”邱强说。
西北工业大学生态环境学院博士生、论文第一作者秦涛介绍：“以前我们只知道鹿茸能够周期性再生，但是我们不知道其再生的内在细胞和分子机制。这次研究中，我们通过‘器官—组织—细胞—分子’的视角，全方位探究了整个鹿茸的再生过程。”
研究团队长期从事反刍动物角的多样性演化研究。在此次研究中，他们收集了鹿茸再生过程中连续8个关键阶段的样品，并利用单细胞转录组技术，构建了首个完整的鹿茸再生发育细胞图谱。借助生物信息学分析，他们发现鹿茸再生过程中存在一群发挥关键作用的鹿茸再生干细胞。这一干细胞群能表达多种再生基因。“组织学结果证明，这一干细胞群持续存在于鹿茸的尖端，能够不断向下分化，带动鹿茸快速生长。”秦涛说。
邱强介绍，通过细胞和分子功能验证，研究团队证实了鹿茸再生干细胞具有极强的再生和修复潜力，有更显著的成软骨和成骨能力。这一发现不仅深化了人们对哺乳动物再生机制的理解，也为多组织器官再生和生物医学工程等领域的研究提供了新思路，并能在一定程度上推动干细胞治疗、生物材料和组织工程技术的发展。
产业实践任重道远
通过深入解析鹿茸再生干细胞的分子机制，并结合基因编辑和细胞生物学相关技术，有望加快鹿茸的生长速度，提高鹿茸质量。“这能促进鹿茸提取物的功能性研究，为保健品、护肤品、药品等高附加值产品的开发提供支撑，进一步延伸和拓宽鹿茸产业链，推动鹿茸产业向科学化、标准化方向发展，大幅提升产业附加值。”邱强说。
“我们发现鹿茸生长就是依赖鹿茸再生干细胞的增殖和分化，那为什么不能在体外进行核心干细胞的规模化培养以促进鹿茸产业的发展呢？”邱强表示，通过现代细胞生物学技术，以及工厂化、规模化的手段，能实现大规模的鹿茸再生干细胞培养和相关鹿茸产品的研发。这意味着，未来通过“养细胞”的方式就有可能促进传统养鹿、鹿茸产业的进一步升级。
目前，团队正致力于建立鹿茸再生干细胞体外规模化培养体系。然而，要将鹿茸再生干细胞相关理论真正应用于产业实践，仍需破解多个关键难题。
在邱强看来，一方面，需要深入解析鹿茸再生干细胞的作用机制，并建立从基础研究到技术转化的有效路径，确保新技术在养殖环境中的稳定性和可重复性；另一方面，还需妥善解决伦理法规、成本效益平衡及环境生态影响等问题，以降低法律风险，避免潜在的生态破坏，确保鹿茸产业的安全性与可持续发展。
邱强表示，鹿科动物作为大型哺乳动物生长和繁殖周期长，研究成本较高。此外，鹿茸再生涉及多种组织和器官的协同修复，使得整体揭示其细胞与分子协同机制更加复杂，相关研究基础薄弱，需要重新建立相应技术体系。邱强呼吁，希望有更多科学家关注并投身于鹿茸再生研究，共同攻克这一领域的关键科学问题，推动对哺乳动物再生机制的深入探索。
