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西北工业大学生态环境学院在鹿角再生机制与骨组织再生修复研究方面取得进展
2024/04/15
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。
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