2月24日，我們長春科技學院鹿茸科學與產品技術研究所（下文簡稱鹿茸所）李春義教授團隊聯合西北工業大學邱強教授團隊、空軍軍醫大學黃景輝教授團隊與吉林農業大學李志鵬教授團隊，在國際頂級學術期刊《Science》，在線發表題為“A population of stem cells with strong regenerative potential discovered in deer antlers”的研究成果。該研究是由西工大邱強教授和長科鹿茸所李春義教授共同發起，也是完成李春義教授40年辛勤耕耘鹿茸生物學的一個夙愿。為了把合作落實到實處，邱教授接納了李教授的碩士研究生秦濤作為博士生，秦濤與其師兄張國坤博士精誠合作一起完成了論文的主要部分，分別列為文章的共同第一作者。邱強教授和李春義教授分別列為論文的第一和第二通訊作者。在參與的九個單位中，我校一舉拿下第二單位。該論文一共22名作者，其中我校就占了5名。該論文是我校教師首次登頂《Science》期刊，實現了我校乃至雙非院校CNS主刊文章零的突破。該論文探索了鹿茸再生機制，描繪出了鹿茸再生的單細胞圖譜，為器官再生、再生醫學添上了重要的一筆。
哺乳動物在很大程度上失去了再生附屬物或器官的能力。一個例外是鹿茸的年度再生，這為研究哺乳動物的器官再生提供了有價值的模型。該論文首次在鹿茸中發現、鑒定并分離了一群具有強大再生潛能的干細胞群，并且證實了這群細胞可能是哺乳動物斷肢再生所必需的。這一發現給哺乳動物器官損傷修復和附肢再生帶來新的見解和策略。
該研究建立單細胞分辨率的鹿茸再生發育細胞圖譜，包括間充質細胞（PMCs），成纖維細胞，軟骨細胞，成骨細胞，免疫細胞，內皮細胞和血管周細胞等。其中，研究人員識別出一個PMC類群，在鹿茸再生中發揮重要作用。在對細胞類型進行更為細致的劃分后，研究人員分析了鹿茸再生過程中細胞圖譜的動態變化。他們發現，在鹿茸脫落前和再生0天時，再生組織主要由3類間質細胞組成（PMC1，PMC2，PMC3）；而到再生5天時，細胞異質性明顯增加，出現了第四個間質細胞類群，即PMC4細胞群。接下來一組實驗，展示了這群PMC4細胞的強大骨再生能力。研究人員分別將不同階段的鹿茸組織移植到裸鼠（不會產生免疫排異）模型中，可以看到：移植再生0天鹿茸組織最終形成的組織以成纖維細胞為主；移植再生5天鹿茸組織后，裸鼠在45天后形成了類似鹿茸的組織（骨和軟骨組織）。進一步實驗則證實，再生的骨和軟骨來自于移植組織而非裸鼠本身。
這些PMC4細胞特異高表達TNN、TNC、PTN、DLX5等再生相關基因，并且PMC4可以向下分化為成軟骨細胞和軟骨細胞，都表明PMC4是鹿茸骨再生的關鍵細胞群?；谏鲜鼋Y果，研究人員將再生5天組織定義為“鹿茸再生芽基”，將PMC4細胞群定義為“鹿茸芽基祖細胞”（ABPCs）。
鹿茸再生中的細胞命運演化過程及ABPCs的發現
研究作者將鹿茸再生芽基的單細胞轉錄組數據與可再生的小鼠指尖、不可再生的小鼠指尖、蠑螈四肢和斑馬魚尾鰭的再生芽基單細胞轉錄組數據進行了分析比較，發現可再生的小鼠指尖芽基中存在類似于ABPCs的細胞群，而其它芽基中不存在這群細胞。這一差異提示，哺乳動物與其它非哺乳動物有著不同的再生機制，而ABPCs或許在哺乳動物的附肢再生中發揮重要作用。
ABPCs可能是哺乳動物斷肢再生所必需的
隨著研究人員對ABPCs的分析逐步深入，鹿茸能夠快速生長的奧秘也隨之揭開。利用表面特征標志物（FGFR2和CX43），研究人員將ABPCs從鹿茸再生5天組織中分離出來進行研究。相比人類骨髓干細胞（BMSCs），ABPCs有更強的自我更新能力，以及更顯著的成軟骨和成骨的能力。裸鼠腎囊膜下異位成骨模型以及兔子骨缺損修復模型的實驗結果，進一步證實ABPCs的骨骼修復能力顯著優于大鼠BMSCs，為骨骼再生醫學研究提供了一類新的干細胞類群。
ABPCs具有強大的骨再生潛能
為了進一步研究鹿茸快速生長的細胞和分子機制，作者對鹿茸快速生長階段生長中心的5個組織層進行了單細胞轉錄組測序以及Bulk轉錄組測序，發現ABPCs位于鹿茸的尖部，提供了鹿茸持續生長的干細胞池。通過與小鼠胚胎骨骼發育單細胞數據的比較，作者鑒定出了151個與骨骼發育相關的保守基因，涉及MAPK、BMP和TGFβ等信號通路。
鹿茸快速生長機制
總的來說，這項工作建立了鹿茸再生全周期的時間-空間細胞圖譜，系統描述了鹿茸再生和快速生長的細胞分子機制；鑒定出一類哺乳動物特有的干細胞群，發現該細胞群展現出了極強的自我更新及骨骼修復的能力。該研究為理解哺乳動物再生提供了全新的認知，同時為再生醫學提供了新的研究方向。
