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再生干細胞培養為鹿茸產業發展提供新思路
原標題：再生干細胞培養為鹿茸產業發展提供新思路——“農業生物技術新突破”系列報道之四
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模化培養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模化培養體系。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。
( 荊曉青 )
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