[中国科学报]揭开鹿茸再生之谜

发布者:管理员  发布时间:2018-03-01  作者:  来源:中国科学报

  如果人类有一个10厘米的大伤口,是不可能很快愈合而且不留伤痕的,然而鹿茸却能做到这一点。此前,国内对鹿茸的研究仍停留在成分、药用范畴,实际上,鹿茸作为哺乳动物唯一能够完全再生的附属器官,其蕴含的非凡意义却长期缺乏重视。

  30多年来,中国农科院特产所研究员、特种经济动物分子生物学省部共建国家重点实验室常务副主任李春义一直在鹿茸再生领域深耕,这份坚持与执着终于守得云开见月明,他成功揭示鹿茸的再生机理,为再生医学领域提供了优秀的研究模型。相关研究成果荣获2017年吉林省自然科学奖一等奖。

  一生追寻的目标:造福人类

  器官的丧失或功能的衰竭是人类健康面对的两大难题,目前最主要的应对措施是移植新的器官,然而要从根本上解决问题,研究缺损器官的再生是关键。哺乳动物器官再生是再生生物学和再生医学的制高点。

  “像蝾螈一样可以完全再生出肢体和器官”是人类一直以来的心愿,蝾螈的再生现象虽令人向往,但是去分化再分化的过程是低等脊椎动物独有的,掌握蝾螈再生的诀窍并不意味着人类能够“复制”这种能力。

  而李春义却捕捉到鹿茸再生的重要性。“鹿茸是唯一在失去后还能完全再生的哺乳动物器官,为我们提供了了解自然界如何解决哺乳动物器官完全再生奥秘的机会。”李春义在接受《中国科学报》记者采访时表示。

  如果可以揭示鹿茸完全再生的机制,就可能诱导断肢、断腿、断指再生长,能够以此造福人类是李春义一生追寻的目标。

  早在1982年,李春义读硕士时就开始了鹿茸再生生物学领域的研究。这场与鹿茸再生之间的角逐一做就是30余年。

  从1985年到1990年,李春义实现了公鹿一年再生两次茸(自然情况下,公鹿只生一次)和母鹿生茸(自然情况下只有公鹿生茸),这两项成果不但从理论上实现了重大突破,而且产生了巨大的经济效益,纯收益超亿元。为此,李春义获得了1990年中国科协颁发的“中国青年科技奖”。

  不过,李春义并未停止前进的步伐。为能够继续深入研究鹿茸,1991年初,他进入当时被认为是世界鹿茸研究中心的新西兰皇家农业科学院Invermay研究中心工作,开始了一系列的鹿茸生物学探索性研究。

  这些都为造福人类的梦想奠定了良好的基础。

  拿到哺乳动物再生的“钥匙”

  要想从鹿茸再生途径实现人类的肢体再生,如此大的跨越,李春义意识到还有很长的路要走。1993年,李春义在新西兰Otago大学医学院攻读博士学位,所选课题为利用标记基因手段追踪鹿茸再生干细胞。

  在读博期间,他发现并精确定位了鹿茸再生的功能细胞团,即角柄(鹿头部的骨桩,鹿茸再生的组织基础)骨膜细胞团。对角柄骨膜细胞定性研究发现,它们是介于成体干细胞和胚胎干细胞之间的一种特殊干细胞类型,并将其定义为鹿茸再生干细胞。

  李春义不但首次提出,而且用实验证明了鹿茸的完全再生是基于这种干细胞的存在。“不同的器官和组织有不同的干细胞,鹿茸就有一种很特殊的干细胞。”李春义介绍,他把干细胞从长茸的地方拿走,发现原来的地方就不能再长茸了,把它放到鹿体其他部位,其他部位就开始长茸。“栽”到老鼠头上也会长茸。

  也就是说,分离所得的鹿茸再生干细胞可以诱发异位生茸。这种特殊干细胞的发现,就像拿到了再生的“钥匙”。同时发现并定位了鹿茸再生干细胞的微环境,即角柄皮肤的内皮层;确定了构成鹿茸干细胞微环境的几种关键细胞类型—真皮毛乳头细胞和表皮细胞;进而建立了鹿茸再生干细胞与其微环境细胞的离体共培养体系,为分离和鉴别刺激鹿茸再生的相关分子奠定了基础。

  该研究成果发表后,在国际上再生生物学领域产生了重大反响,为此,李春义获得了由世界研究促进委员会(World Research Promotion Council)授予的杰出科学家奖。

  2013年,李春义毅然回国,“如果要进一步揭示鹿茸再生的机制,国内的科研环境再好不过。在这里,可以培养一支具有团队凝聚力的青年队伍”。

  在省部共建国家重点实验室里,李春义打造了一个近30人的实验室团队,这支团队主要由研究生、博士、博士后组成,为鹿茸研究不断注入新鲜血液。经过多年团队协作研究,彻底把鹿茸完全再生的分子机制摸清楚了。

  “之后,我们把这个机制应用到老鼠断肢上实验,发现在老鼠的断肢处竟然诱导出了一个新的生长中心,实现了小的部分再生。即使是部分再生,对于哺乳动物来说,这个进步也很了不起。”李春义说。

  断肢是非常复杂的,涉及骨头、骨髓、肌肉、血管、神经、脂肪等,研究团队发现,断肢不能再生的主要原因之一,就是由于其长骨骨膜细胞(鹿茸再生干细胞)的分裂繁殖潜力不行。而鹿茸的分裂繁殖潜力几乎是无限的,把整个断肢断端如此复杂的组织归结于一种细胞,实则是将问题最大限度地简化,只要让这种细胞提高生长分裂繁殖潜力,其他组织就会跟着长起来。

  基于此,李春义首次提出了“干细胞依赖性”哺乳动物断肢再生假说。该假说不同于现行的低等动物肢体再生的“胚芽依赖性”观点。“干细胞依赖性”假说将整个再生过程定位到一种细胞,即断端的骨膜细胞(干细胞)。

  据此,他提出如果能够利用现代技术赋予长骨骨膜细胞巨大的分裂潜力,很有可能会实现哺乳动物(包括人)断肢的再生。为此,李春义带领团队利用鹿茸干细胞治疗了大鼠及宠物狗的皮肤损伤,实现了完美的再生性愈合。

  接下来,他们还将进一步优化各个条件,并尝试让断端进一步延长。此外,“我们打算做两件事,第一是开发一些无伤疤伤口愈合类产品,第二是实现骨质修复。希望未来争取早日实现人类的肢体再生梦”。李春义说。


打印』『关闭