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【分享】鹿茸的再生蘊藏著你所不知道的秘密!-李春義研究員

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李春義

博導 研究員
中國農業科學院特種動物幹細胞創新團隊首席科學家。特種動物分子生物學省部共建國家重點實驗室常務副主任、吉林省鹿茸工程研究中心主任。

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鹿茸是鹿額骨上的一種附屬器官,能夠每年脫落並完全再生,可謂大自然孕育的一個奇蹟,如果這個奇蹟在生物進化中沒有出現,可能連最富有想像力的科幻小說作家也不能塑造出來。

鹿茸這個大自然的奇蹟到底還藏著多少未被揭開的謎底,吸引著一代代科學工作者傾其一生去研究它,描述它,揭示它,使之與它的藥用價值一起為人類的健康服務。

鹿茸是雄鹿的第二性徵、頭部的骨質衍生物。

鹿茸每年春天從鹿頭部永久性的骨樁-角柄上長出,夏季進入快速生長期,秋季完全骨化脫掉茸皮暴露出堅硬的死骨角,冬天死骨角牢牢的附著在活組織的角柄上。

到了第二年春天,鹿角脫落激發新一輪鹿茸的生長。

中國是最早將鹿茸作為藥用的國家,為了保存最大的藥效,生產上要將快速生長期的鹿茸鋸下,然後加工乾燥,作為中藥的原料。

 

鹿茸名貴,價值幾何?
味甘溫,主漏下惡血,寒熱驚癇,益氣強志,生齒不老。」——《神農本草經》

生精補髓,養血益陽,強健筋骨。治一切虛損,耳聾,目暗,眩暈,虛痢。」——《本草綱目》

壯元陽、補氣血,益精髓,強筋骨。治虛勞羸瘦,精神倦乏,子宮虛冷等。」——《中藥大辭典》

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作為珍貴的藥材,中藥中的上品,鹿茸的研究與使用在我國已有上千年的歷史。

以往的學者研究鹿茸神奇的藥理作用,使之成為當之無愧的名貴動物藥;現代學者深入研究關注鹿茸奇特的生物學現象,使之成為快速生長、骨化、再生等多重生物醫學模型。

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鹿茸再生,哺乳動物器官再生的模型
鹿茸是唯一一個哺乳動物器官完全再生的傳奇,
注意,是唯一一個!!!

鹿茸是鹿額骨上的一種附屬器官,隨著每年骨化脫落,新生茸從角柄(著生於鹿額骨上的永久性骨樁,是鹿茸再生的組織基礎)上再生出來。這個過程明顯不同於兩棲動物將肢體截斷面已經分化的各種組織細胞向胚胎樣細胞進行重新編程的過程。

鹿茸再生現象意義在於給人們提供了一個了解哺乳動物器官完全再生的機會;揭示鹿茸完全再生機制,將會對人類器官的再生研究具有重大的理論及實踐意義。


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揭開再生的秘密——骨膜細胞
研究顯示

鹿茸再生依賴於一種分裂潛力巨大的幹細胞,即角柄骨膜細胞的分化過程。該過程取決於角柄末梢的骨膜幹細胞受到的周期性的激活。

骨膜是很好的鹿茸幹細胞組織,它是一種後生組織,有很強的自我分化能力。研究表明角柄和鹿茸是來源於骨膜,角柄和鹿茸內部所有類型的細胞都是由骨膜細胞分化來的。因此,鹿茸是由骨膜細胞生長發育來的,骨膜細胞就是真正的鹿茸幹細胞。

創面一分鐘止血源於鹿茸的特殊構造
由於鹿茸是生長最快的哺乳動物組織(可達2cm/天),所以血管分布非常豐富,鋸茸時強大的壓力使血注噴出。

神奇的是由於鹿茸血管在進化過程中形成的特殊構造,可在1分鐘之內僅靠血管斷端的強力收縮便使血流完全停止,所以鋸茸對鹿本身並不能造成明顯的傷害。鋸茸後傷口的癒合與角柄頂端傷口的癒合同樣都非常神奇。

不吃藥 傷口照樣不發炎不感染不留疤
每年春天鹿角脫落後,在角柄的頂端都要留下一個傷口,有的鹿種這種傷口的直徑可以超過10 cm(圖A)。這些傷口在春夏交際的鹿圈也從不發炎、感染,最令人吃驚的是不到一個星期的時間就能完全癒合,而且不留傷疤(圖B和C),屬於再生性癒合(圖D)。在這個癒合過程中皮膚和毛囊等皮內附屬器官全部再生。在角柄頂端傷口癒合的同時,一個新的鹿茸已經悄然萌發。


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鹿茸幹細胞 再生性癒合的魔法師
研究表明,角柄頂端的傷口之所以能夠快速完美癒合是由於鹿茸幹細胞的存在。
將鹿茸幹細胞移植到鹿體其它部位的皮下,也能使移植部位的傷口出現快速無傷疤癒合。
與免疫細胞的離體共培養結果表明,鹿茸幹細胞不但能增強免疫細胞的活力,而且還能有效抑制炎性因子的分泌。這可能就是為什麼角柄頂端傷口從不感染也不發炎的原因所在。

揭秘鹿茸幹細胞特性 為人類臨床研究提供借鑑
角柄頂端傷口快速無傷疤癒合的現象對臨床上治療傷口癒合具有難得的借鑑作用。但將該模型應用到臨床之前,我們必須搞清鹿茸幹細胞刺激傷口無傷疤癒合有沒有種的特異性。為此我們用大鼠皮膚傷口模型進行了嘗試。結果表明,鹿茸幹細胞的條件培養液可顯著促進大鼠的傷口癒合速度和癒合質量。進一步的優化,有望將鹿茸傷口癒合研究中的發現有效應用到臨床上,從而對人類創傷、燒傷病人的治療作出重大貢獻。

強心劑,鼠頭上長出「鹿茸」
鹿茸再生之謎已經破解,這一研究成果運用在其他哺乳動物肢體再生方面是否依然行之有效?小鼠斷肢的傷口癒合過程與鹿茸早期的再生過程極為相似,所不同的是小鼠斷肢的一種骨質細胞不具備鹿茸再生幹細胞的巨大增殖潛力。

科學家將鹿茸再生幹細胞移植到裸鼠頭上,賦予小鼠這種細胞,移植成功存活後發現,小鼠頭皮的表皮完全轉變成了茸皮的表皮。這個結果說明,鹿茸再生幹細胞不僅發起了鹿茸的生長,更有望實現小鼠的斷肢再生,或是部分再生。

斷肢再造,科學研究一直在路上
脊椎動物在其進化過程中逐漸喪失了再生其附屬器官的能力,鹿茸在骨修復領域是一個有巨大潛力的動物模型,可以在鹿茸上模擬疾病的發生和發展過程,採取人為的方法進行實驗和治療,當完全了解這些措施的安全性、有效性和臨床實用性後,其最終成果有望應用於人類,為人類骨修複方面的再生醫學帶來新希望。



李春義團隊介紹
團隊名稱:中國農科院特種動物幹細胞創新團隊
所屬單位:中國農業科學院特產研究所

中國農業科學院特種動物幹細胞團隊擁有17個在職科研人員。團隊旨在挖掘幹細胞依賴性的獨特生物學現象,特別是鹿茸的發生與再生,麝香腺體的發育與泌香等。在對相關幹細胞進行全面定性基礎上,對這些現象形成的機制進行深入、系統的研究,以期在重大基礎醫學領域實現突破(頂天),如實現哺乳動物器官(斷肢等)的完全再生;在醫療保健領域做出實實在在的貢獻(立地),如提供療效確切的幹細胞源性終端產物(鹿茸、麝香等)的產品。發表SCI文章80餘篇;完成省、部和國家課題10餘項、發明專利2項、獲獎省部和國家級獎7項。

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團隊主要業績:圍繞鹿茸這一獨特的生物學模型開展深入的研究,以揭示其完全再生、巧妙調節快速組織生長不發生癌變、和幹細胞自主分化的機制,軟骨、骨、皮膚、血管和神經再生機制等,以期為人類的健康做出貢獻。獎項:90年中國科協「中國青年科技獎」;02年吉林省和中國農科院「科技進步二等獎」(均第一名);04年「國家科技進步二等獎」(第三名);03 年國際研究促進會「傑出科學家獎」;14年吉林省科技進步二等獎」(第一名);17年吉林省「自然科學一等獎」(第一名)。