每年春天，雄鹿都會發(fā)芽出一對新的鹿角，它們本質(zhì)上是暫時(shí)的外骨，其速度與其他哺乳動物的骨骼生長無法相提并論?，F(xiàn)在，由斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的研究已經(jīng)確定了兩個(gè)驅(qū)動動物異?？焖俟巧傻幕?。

盡管該研究尚處于早期階段，但科學(xué)家們希望有朝一日能夠?yàn)槿祟惞遣『凸钦厶峁└行Ш透行У闹委煼椒ā?ldquo;目前，我們有兩個(gè)重點(diǎn)：了解鹿茸生長的基因調(diào)控，并了解我們是否可以利用這些信息建立治療劑，以預(yù)防或治療骨質(zhì)疏松癥等骨疾病，或更快地修復(fù)骨折， “整形外科副教授Peter Yang博士說。

鹿角基本上是再生骨骼，這在動物王國中很少見。在春天，鹿角開始發(fā)芽; 到了冬天，他們開始流下。“了解鹿茸再生，快速骨骼生長和礦化背后的遺傳學(xué)是我們最終治療目標(biāo)的基礎(chǔ)，對于理解其他物種(如人類)的快速骨再生至關(guān)重要，”Yang說。

楊和他的合作者確定的基因是支持快速骨細(xì)胞增殖的uhrf1和支持快速礦化或骨組織硬化的s100a10 ?？傊?，這些基因以一對二的方式工作，其中uhrf1刺激骨細(xì)胞生成，s100a10用于粘合骨骼的結(jié)構(gòu)基質(zhì)。

為Yang的研究帶來更多變革潛力的是，uhrf1和s100a10都與人類的骨骼發(fā)育有關(guān)。

一篇詳細(xì)介紹研究人員發(fā)現(xiàn)的論文將于10月30日在線發(fā)表在干細(xì)胞研究和治療雜志上。楊是資深作者。博士后學(xué)者戴菲埃爾默克，博士，是第一作者。

去雄鹿

作為一名骨科研究員，楊從未計(jì)劃追求鹿茸遺傳學(xué)。但是在2009年阿拉斯加度假期間，楊的導(dǎo)游對一些關(guān)于野鹿的有趣事實(shí)感到不安，并激起了他的好奇心。

“鹿鹿角在夏季可以每天生長2厘米，而且它們的鹿角正在全速生長，”楊從導(dǎo)游的高談中回憶道。“這讓我想知道：這種異?？焖俚墓趋郎L背后是否有特殊的基因?”

為了調(diào)查，楊和他的實(shí)驗(yàn)室前往加利福尼亞州的一個(gè)鹿場，在那里他們收集了早期鹿角組織的樣本，這些組織主要由骨骼干細(xì)胞組成。鹿角從上到下生長; 因此，當(dāng)它們向上生長時(shí)，干細(xì)胞的頂部仍然存在干細(xì)胞，繼續(xù)擴(kuò)散。在早期的發(fā)育過程中，鹿角組織很柔軟，就像鼻子的軟骨一樣，使得細(xì)胞采樣對于楊來說是一件容易的事，對于降壓是無害的。只有在第二階段的發(fā)展中，鹿茸礦化并變得僵硬。

回到實(shí)驗(yàn)室，科學(xué)家利用各種技術(shù)破譯鹿茸生長背后的遺傳學(xué)，包括分析RNA，一種有助于執(zhí)行特定基因指導(dǎo)的分子，以及基因“敲除”和“過度表達(dá)”研究，它分別阻礙基因功能或加速。鹿角中的干細(xì)胞和來自骨髓的人類干細(xì)胞之間的比較RNA分析將楊帶到了一組似乎在鹿角中具有獨(dú)特表達(dá)的基因。從那個(gè)池中，他通過篡改基因功能縮小了搜索范圍，觀察了不同水平的基因表達(dá)如何影響小鼠細(xì)胞的組織生長。

在小鼠細(xì)胞中，楊看到當(dāng)uhrf1基因退役時(shí)，骨組織仍然可以生長，而不是那么快; 只有當(dāng)uhrf1完全發(fā)揮作用時(shí)，科學(xué)家們才能看到鹿茸生長的快速細(xì)胞增殖特征。同樣地，當(dāng)s100a10過表達(dá)時(shí)，鈣沉積物增加并且工程化細(xì)胞更快地礦化。

“對我而言，鹿角再生是一種獨(dú)特的現(xiàn)象，僅僅是出于純粹的好奇心而值得研究，但是，它可能有一些非常有趣的人類健康應(yīng)用，”楊說。

將鹿茸遺傳學(xué)應(yīng)用于人類

研究人員希望他們對鹿茸基因的見解可能為治療骨質(zhì)疏松癥等疾病提供新方法。在健康的骨骼中，兩種類型的細(xì)胞 - 成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞 - 起著相反的作用。成骨細(xì)胞產(chǎn)生新的骨組織，而破骨細(xì)胞分解舊骨。這兩種細(xì)胞類型以陰陽方式工作，以連續(xù)形成和降解骨骼，以維持平衡的骨骼結(jié)構(gòu)。在骨質(zhì)疏松癥中，破骨細(xì)胞功能超過成骨細(xì)胞，骨骼開始分解。

“我們剛剛開始這項(xiàng)研究，但我們的最終目標(biāo)是弄清楚我們?nèi)绾螒?yīng)用相同的基礎(chǔ)生物學(xué)，允許鹿鹿角快速骨再生，以幫助治療人類骨骼疾病，如骨質(zhì)疏松癥，”楊說過。

楊計(jì)劃繼續(xù)研究多種鹿，以確認(rèn)uhrf1和s100a10能夠在物種間快速恢復(fù)鹿茸生長。此外，他計(jì)劃測試基因在人類細(xì)胞系中的功能，同時(shí)繼續(xù)解析uhrf1和s100a10如何在分子水平上發(fā)揮作用，尋找可能的功能途徑。

“還有很多工作要做，但這可能是一種獨(dú)特的骨再生模型，我們在這里的初步工作已經(jīng)開始為未來的研究奠定基礎(chǔ)，”楊說。