邵帥，郭倩倩，齊曉妍，李春義

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所特種動(dòng)物分子生物學(xué)省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130112)

鹿茸是與人參齊名的珍貴傳統(tǒng)中藥，在中國(guó)已經(jīng)應(yīng)用了2000多年，但鹿茸還可以作為哺乳動(dòng)物生物醫(yī)學(xué)模型卻鮮為人知。鹿茸是雄性鹿的副性征(馴鹿除外)，可以作為研究性激素如何控制附屬器官生長(zhǎng)發(fā)育的模型[1]；鹿茸是一個(gè)骨質(zhì)性器官，在60d左右的時(shí)間可長(zhǎng)成近10kg的骨組織，是研究哺乳動(dòng)物骨質(zhì)生長(zhǎng)發(fā)育的模型[2]；鹿茸在生長(zhǎng)期最快可延長(zhǎng)2cm/d，是公認(rèn)的哺乳動(dòng)物生長(zhǎng)最快的組織，比癌變組織還要快很多倍，但鹿茸組織井然有序，因此是研究哺乳動(dòng)物組織快速生長(zhǎng)不發(fā)生癌變的模型[3]；作為哺乳動(dòng)物的附屬器官，鹿茸每年可周期性地脫落和完全再生，這在哺乳動(dòng)物中絕無僅有，是研究哺乳動(dòng)物器官在失去后如何再生的模型[4，5]。本文參考最新相關(guān)報(bào)道，綜述了鹿茸再生與生茸區(qū)骨膜不同部位的生茸潛力。

1 鹿茸再生

1.1 鹿茸再生過程

鹿茸是哺乳動(dòng)物中唯一可以完全再生的附屬器官，每年都可以周期性地再生。鹿茸的脫落和完全再生是在鹿頭部永久性的骨樁即角柄上進(jìn)行的[6，7]。當(dāng)鹿將要進(jìn)入青春期時(shí)角柄開始萌發(fā)，每年春天，骨化了的鹿茸即鹿角由角柄上脫落，觸發(fā)了鹿茸的生長(zhǎng)發(fā)育周期。鹿角脫落后，角柄頂端留下的傷口在幾天之內(nèi)完全愈合，而且?guī)缀醪涣魝獭Ｓ蟼诘钠つw不同于角柄皮膚，有光澤且毛發(fā)稀疏，這種皮膚被稱為茸皮。隨后，鹿茸在茸皮的包裹下快速生長(zhǎng)，同時(shí)還不斷由主干分出枝杈。鹿茸的第1個(gè)分枝位于眼眉的上方，被稱為眉枝；第2分枝被稱為冰枝，然后第3枝等。到了秋天，鹿進(jìn)入配種期，鹿體內(nèi)雄激素水平急劇上升，生長(zhǎng)的鹿茸開始骨化，切斷供應(yīng)鹿茸的血管和神經(jīng)，最后茸皮干枯、脫落，鹿茸變成了鹿角。到了第2年春天，鹿角就從活組織角柄上脫落，從而觸發(fā)新一輪的鹿茸再生周期。鹿茸的生長(zhǎng)發(fā)育就這樣年復(fù)一年地重復(fù)著[8，9]。

1.2 鹿茸再生組織學(xué)

1.2.1鹿茸角柄骨膜研究表明，鹿茸的再生有賴于角柄骨膜的存在，是角柄骨膜細(xì)胞為再生的鹿茸提供了組織細(xì)胞基礎(chǔ)。每年大約有300萬個(gè)角柄骨膜細(xì)胞參與每次鹿茸的再生[8，10]，完全剔除或在某一特定時(shí)間段內(nèi)完全剔除角柄骨膜組織之后角柄不能再生鹿茸[11]，物理性隔離皮膚與骨膜組織之后形成無皮膚的茸，并且其骨質(zhì)部分已經(jīng)長(zhǎng)出了類似二杠茸的結(jié)構(gòu)，說明角柄骨膜對(duì)鹿茸再生是必要的。Li等[11]在鹿茸再生之前，將角柄骨膜與角柄皮膚之間插入了一層隔離膜，發(fā)現(xiàn)依然能夠再生出鹿茸，并且再生的鹿茸沒有皮膚包裹，說明兩者分開后角柄皮膚不參與鹿茸再生過程，確定了鹿茸再生基于角柄骨膜細(xì)胞。

進(jìn)一步地研究發(fā)現(xiàn)，角柄骨膜細(xì)胞是由生茸區(qū)骨膜分化而來。進(jìn)入青春期的雄鹿，由于雄激素水平的變化，刺激生茸區(qū)骨膜細(xì)胞增殖分化，最終形成角柄，角柄生長(zhǎng)完成后初角茸隨即緊接著生長(zhǎng)，鹿茸進(jìn)入發(fā)生與再生過程。

1.2.2鹿茸生茸區(qū)骨膜生茸區(qū)骨膜(Anterogenic periosteum，AP)是一片覆蓋額骨上未來生茸區(qū)的骨膜，生茸區(qū)骨膜的存在部位、大小以及取材方法見圖1。利用LacZ基因?qū)ι讌^(qū)骨膜細(xì)胞進(jìn)行遺傳標(biāo)記發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成角柄與鹿茸內(nèi)部的所有細(xì)胞類型均來自于生茸區(qū)骨膜細(xì)胞，由其增生分化而來。生茸區(qū)骨膜是一種暫時(shí)性的組織，當(dāng)?shù)?次生茸完成后就再也分辨不出，在其原來的位置上則由一個(gè)永久性骨樁即角柄所代替，以后每年周期性地鹿茸再生都在角柄上進(jìn)行[12]。因此，鹿茸的再生是基于角柄骨膜，而鹿茸最初的發(fā)生是基于生茸區(qū)骨膜。

A.AP箭頭指示生茸區(qū)骨膜的存在部位；B.梅花鹿生茸區(qū)骨膜的大小；C.生茸區(qū)骨膜分成內(nèi)外兩部分；D.生茸區(qū)骨膜的皮下移植，移植到前額部位

A.AP arrows point to the position of anterogenic periosteum(AP);B.Size of anterogenic periosteum(AP);C.APwere divided into two parts;D.The subcutaneous transplantation of AP

圖1生茸區(qū)骨膜的存在部位及其取材移植方法

Fig.1ThelocationandsamplingmethodofAP

2 鹿茸生茸區(qū)骨膜生茸潛力

鹿茸的發(fā)生是基于生茸區(qū)骨膜的存在。在角柄發(fā)生前，如果剔除生茸區(qū)骨膜，失去骨膜的生茸區(qū)將不能發(fā)起鹿茸的生長(zhǎng)；如果將剔除的骨膜移植到鹿體的除背部、鼻子和尾部外的其他任意部位，就能誘導(dǎo)異位鹿茸的發(fā)生(圖2A)。這些異位鹿茸與原位鹿茸一樣也經(jīng)歷著正常的鹿茸生長(zhǎng)周期。這些研究說明，角柄與鹿茸發(fā)生的關(guān)鍵信息儲(chǔ)存于生茸區(qū)骨膜細(xì)胞中。但異位生長(zhǎng)的鹿茸在移植當(dāng)年只生成不分杈的單枝而沒有種的特異性，因此，鹿茸的形態(tài)是否由生茸區(qū)骨膜本身所控制呢？

1983年，Bubenik[13]提出鹿茸的形狀是由鹿大腦中樞的特定部位所控制的觀點(diǎn)，他將這一假定的部位稱為“鹿茸生長(zhǎng)中心”。Goss等[14]報(bào)道，鹿茸的生茸潛力主要集中在后側(cè)區(qū)域，通過組織切除和移植法發(fā)現(xiàn)，如果將生茸區(qū)骨膜分成前(圖2B)、后(圖2D)、內(nèi)(圖2C)、外(圖2E)4個(gè)區(qū)，則前區(qū)骨膜控制鹿茸的眉枝發(fā)生；內(nèi)區(qū)骨膜控制其他分枝的發(fā)生；后區(qū)和外區(qū)骨膜則僅參與鹿茸的生長(zhǎng)，不涉及鹿茸的分枝[15]。這些發(fā)現(xiàn)說明控制鹿茸形狀的信息儲(chǔ)存于生茸區(qū)骨膜，而不是Bubenik所提出的“鹿茸生長(zhǎng)中心”。鹿生茸區(qū)骨膜生茸潛力的這一研究為研究鹿茸的形態(tài)發(fā)生奠定了基礎(chǔ)，并且為器官發(fā)生形態(tài)調(diào)控的研究找到了一個(gè)很好的研究模型。

生茸區(qū)骨膜細(xì)胞鑒定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)胞有驚人的自我更新能力，表達(dá)一些胚胎干細(xì)胞的關(guān)鍵標(biāo)記物(包括Oct4、Nanog和SOX2)，并在離體情況下能被誘導(dǎo)分化成多種體細(xì)胞[8]。因此，這些細(xì)胞被稱為鹿茸干細(xì)胞。將具有干細(xì)胞特性的對(duì)鹿茸發(fā)生有重要作用的生茸區(qū)骨膜干細(xì)胞(APCs)稱為鹿茸發(fā)生干細(xì)胞(SCAG)；對(duì)鹿茸再生有重要作用的角柄骨膜干細(xì)胞(PPCs)稱為鹿茸再生干細(xì)胞(SCAR)。鹿茸干細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，為研究鹿茸生物學(xué)特性和揭示鹿茸完全再生機(jī)制開辟了一條新的通路。

A.AP移植到前額部位，誘導(dǎo)形成一個(gè)正常大小的鹿茸；B.AP前半部移植到前額部位，形成具有眉枝的鹿茸；C.AP內(nèi)半部移植到前額，具有分枝的鹿茸；D、E.AP后半部和外半部移植到前額，只能形成不分枝的鹿茸。

A.The transplantation of AP into the forehead has induced a normal antler;B.The transplantation of the first half of AP into the forehead has induced a antler with brow;C.The transplantation of the inside half of AP into the forehead has induced a antler with branch;D,E.The transplantation of the outside and last half of AP into the forehead has induced a antler without branch

圖2鹿茸不同部位的生茸潛力

Fig.2Theanterogenicpotentialofdeerantler

3 展望

近年來，隨著生物醫(yī)學(xué)與再生醫(yī)學(xué)的迅猛發(fā)展，組織器官再生已成為可能，這也將是未來再生醫(yī)學(xué)的主流技術(shù)。自然界中已經(jīng)存在的再生生物模型如水螅、蠑螈[16～18]等均是低等生物，與人類機(jī)制還相差甚遠(yuǎn)。鹿茸作為哺乳動(dòng)物中唯一能夠再生的附屬器官，如果能揭示鹿茸的再生機(jī)制，將對(duì)再生醫(yī)學(xué)產(chǎn)生極大的幫助。

[1]Suttie JM,Fennessy P F,Lapwood KR,et al.Role of steroids in antler growth of red deer stags[J].J Exp Zool,1995，271(2):120-130.

[2]Kierdorf U,Stoffels E,StoffelsD,et al.Histological studies of bone formation during pedicle restoration and early antler regeneration in roe deer and fallow deer[J].Anat Rec,2003,273A(2):741-751.

[3]Goss RJ.Induction of deer antlers by transplanted periosteum.Ⅰ.Graft size and shape[J].J Exp Zool,1985,235(3):359-373.

[4]Li C,Zhao H P,Liu Z,et al.Deer antler-A novel model for studying organ regeneration in mammals[J].Int J Biochem Cell Biol,2014,56C:111-122.

[5]Li C.Deer antler regeneration:a stem cell-based epimorphic process[J].Birth Defects Res C Embryo Today,2013,96(1):51-62.

[6]Li C,Suttie JM,Clark DE.Morphological observation of antler regeneration in red deer(Cervus elaphus)[J].J Morphol,2004.262(3):731-740.

[7]Li C,Suttie J.Morphogenetic aspects of deer antler development[J].Front Biosci(Elite Ed),2012,(4):1836-1842.

[8]Li C,Yang F,Sheppard A.Adult stem cells and mammalian epimorphic regeneration-insights from studying annual renewal of deer antlers[J].Curr Stem Cell Res Ther,2009,4(3):237-251.

[9]Kierdorf U,Kierdorf H,Szuwart T.Deer antler regeneration:cells,concepts,and controversies[J].J Morphol,2007，268(8):726-738.

[10]Li C.Histogenetic aspects of deer antler development[J].Front Biosci(Elite Ed),2013,(5):479-489.

[11]Li C,Yang F,Li G,et al.Antler regeneration:a dependent process of stem tissue primed via interaction with its enveloping skin[J].J Exp Zool A Ecol Genet Physiol,2007,307(2):95-105.

[12]Li C,Suttie JM.Deer antlerogenic periosteum:a piece of postnatally retained embryonic tissue[J].Anat Embryol(Berl),2001,204(5):375-388.

[13]Bubenik GA.Endocrine regulation of the antler cycle[J].Caesar Kleberg Wildl,1983,(1):73-107.

[14]Goss RJ,Powel RS.Induction of deer antlers by transplanted periosteum.Ⅰ.Graft size and shape[J].J Exp Zool,1985,235(3):359-373.

[15]Gao Z,Yang F,McMahon C,et al.Mapping the morphogenetic potential of antler fields through deleting and transplanting subregions of antlerogenic periosteum in sika deer(Cervus nippon)[J].J Anat,2012,220(2):131-143.

[16]Nye HL,Cameron JA,Chernoff EA,et al.Regeneration of the urodele limb:a review[J].Dev Dyn,2003,226(2):280-294.

[17]McGann CJ,Odelberg SJ,Keating MT.Mammalian myotube dedifferentiation induced by newt regeneration extract[J].Proc Natl Acad Sci USA,2001,98(24):13699-13704.

[18]Stocum DL,Cameron JA.Looking proximally and distally:100 years of limb regeneration and beyond[J].Dev Dyn,2011,240(5):943-968.