鹿茸：干細(xì)胞與其微環(huán)境相互的產(chǎn)物△

楊言慧，焦晶雪，李軍德，李春義

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 特產(chǎn)研究所，特種動物分子生物學(xué)省部共建國家重點(diǎn)實驗室，吉林 長春 130112；2.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 吉林 長春130041；3.道地藥材國家重點(diǎn)實驗室培育基地，中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心，北京 100700)

·基礎(chǔ)研究·

鹿茸：干細(xì)胞與其微環(huán)境相互的產(chǎn)物△

楊言慧1,2，焦晶雪2，李軍德3，李春義1*

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 特產(chǎn)研究所，特種動物分子生物學(xué)省部共建國家重點(diǎn)實驗室，吉林 長春 130112；2.吉林大學(xué)第二醫(yī)院 吉林 長春130041；3.道地藥材國家重點(diǎn)實驗室培育基地，中國中醫(yī)科學(xué)院 中藥資源中心，北京 100700)

鹿茸的周期性再生是一個基于干細(xì)胞的過程，鹿茸干細(xì)胞(ASC)存在于生茸區(qū)骨膜(AP)與角柄骨膜(PP)中。本篇綜述首先提出了一個假說，即緊密包裹的皮膚是ASC微環(huán)境的主要組成成分，之后通過一系列實驗研究對這一假說進(jìn)行了驗證。通過插膜實驗證明ASC和其緊密包裹皮膚之間的相互作用是鹿茸發(fā)生與再生不可或缺的，這一相互作用是通過交換游離小分子物質(zhì)而實現(xiàn)的。AP組織的皮內(nèi)移植實驗表明，表皮和真皮毛乳頭細(xì)胞參與了這一相互作用的過程。進(jìn)一步的AP組織翻轉(zhuǎn)實驗表明，盡管自然情況下AP的纖維層緊貼皮膚，但誘發(fā)鹿茸發(fā)生和再生的信號來源于AP組織細(xì)胞層的細(xì)胞。通過實驗改變鹿茸干細(xì)胞的微環(huán)境對鹿茸的發(fā)生產(chǎn)生了顯著的影響。我們相信最終對這些相互作用分子的鑒別和分離不僅能夠使我們進(jìn)一步揭示鹿茸發(fā)生和再生的機(jī)制，更對再生醫(yī)學(xué)有著重要意義。

鹿茸；角柄；鹿；干細(xì)胞；骨膜；組織相互作用

1 引言

實現(xiàn)器官再生，是現(xiàn)代再生醫(yī)學(xué)“皇冠上的明珠”。但要實現(xiàn)這個終極目標(biāo)，離不開再生生物學(xué)研究的支撐，即通過對不同生物醫(yī)學(xué)模型的研究來揭示再生機(jī)制[1]。鹿茸作為唯一能夠完全再生的哺乳動物附屬器官在眾多再生模型中尤為獨(dú)特，同時為我們提供了一個絕佳的機(jī)會來揭示自然界是如何解決了哺乳動物復(fù)雜器官(包括骨、軟骨、血管、神經(jīng)以及皮膚組織)完全再生的問題[2]。

注：1.眉枝；2.冰枝；3.嘴頭圖1 梅花鹿三杈茸

鹿茸是鹿額骨上的一種附屬器官，能夠每年脫落并完全再生(圖1)。鹿茸再生并不是直接在鹿頭上進(jìn)行的，而是發(fā)起于角柄的頂端。角柄是著生于鹿額骨上的永久性骨樁。鹿不是生來就帶有角柄，而是當(dāng)雄鹿進(jìn)入青春期后，在雄激素的作用下從其頭部額外嵴(眼窩后上方)上發(fā)生的。當(dāng)角柄長到有種的特異高度(梅花鹿、赤鹿為5～6 cm)時，角柄頂端開始出現(xiàn)毛發(fā)稀疏并具有光澤的皮膚，預(yù)示著初角茸已經(jīng)開始發(fā)生。生長期的鹿茸由這種帶有天鵝絨樣的皮膚所覆蓋，所以人們稱這種皮膚為茸皮。當(dāng)繁殖季節(jié)到來時，初角茸完全鈣化，血液供應(yīng)被阻斷，導(dǎo)致茸皮干枯。隨后脫落，暴露出其下堅硬的骨角，即鹿角。在來年春天鹿角脫落，從而觸發(fā)新一輪鹿茸由角柄上的再生。之后每年鹿茸的再生進(jìn)入一個穩(wěn)定的以年為周期的循環(huán)中：上一年完全骨化的鹿角在春天脫落，新茸開始再生，夏天鹿茸快速生長并成熟，秋天鹿茸完全鈣化，茸皮脫落，整個冬季都保持著裸露的骨角狀態(tài)[3]。鹿茸發(fā)生與再生是一種獨(dú)特的生物學(xué)現(xiàn)象，揭示這一過程的機(jī)制將有助于我們揭開器官的發(fā)生與哺乳動物器官再生的秘密。鹿茸同時又是珍貴的傳統(tǒng)中藥，為動物藥之首。為了保存鹿茸的最大藥效，商業(yè)上每年要在鹿茸快速生長期將其鋸下。為了不損傷來年再生鹿茸的生長點(diǎn)，鋸茸的位點(diǎn)都選擇在與角柄連接處之上的2 cm處。剩下的與角柄相連的兩厘米長的茸根同鹿角一樣在秋天骨化，在春天從角柄上脫落。這個茸根被稱為花盤[4]。

2 鹿茸干細(xì)胞(ASC)

我們認(rèn)為對于鹿茸干細(xì)胞的研究應(yīng)當(dāng)起始于1974年，當(dāng)年Hartwig 和Schrudde 報道了他們的驚人發(fā)現(xiàn)，即鹿角柄和初角茸的發(fā)生都來源于覆蓋于鹿額外嵴(未來生茸區(qū))上的骨膜，即生茸區(qū)骨膜(AP)。將AP剔除，使原來生茸部位不能再發(fā)起角柄與鹿茸的生長，但如果將AP移植到鹿體的其他部位，在移植的部位都能誘導(dǎo)異位生茸[5]。隨后Goss[6-7]通過實驗確定了AP的面積與鹿不同部位的皮膚對異位生茸能力的影響。Li等[8]成功分離并離體培養(yǎng)了AP細(xì)胞，這為進(jìn)一步對AP 細(xì)胞生物學(xué)特性的研究奠定了基礎(chǔ)。

盡管已經(jīng)通過組織剔除與移植實驗令人信服地證明了AP是發(fā)起角柄和初角茸的組織基礎(chǔ)，但利用相同的方法卻沒能找到發(fā)起鹿茸再生的組織基礎(chǔ)。Wislocki和Goss都認(rèn)為鹿茸再生的細(xì)胞來源于角柄的皮膚[2，9]?；诼谷住白睢爆F(xiàn)象(一種獨(dú)特的現(xiàn)象)，即上一差鹿角(花盤)脫落前，新鹿茸的再生已經(jīng)開始并包裹了尚未脫落的鹿角(花盤))，并受到鹿茸的發(fā)生是由骨膜引起這一現(xiàn)象的啟發(fā)，Kierdorf等[10]提出了可能是角柄骨膜誘導(dǎo)了鹿茸的再生。Li等[11-12]通過一系列的形態(tài)學(xué)與組織學(xué)實驗終于成功鑒定出了鹿茸再生的細(xì)胞來源，實驗發(fā)現(xiàn)鹿茸再生的生長中心僅來源于角柄頂端骨膜細(xì)胞的分裂繁殖。為了對這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)行功能驗證，Li等[13]在鹿茸再生之前用手術(shù)的方法剔除了全部或部分的PP組織，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在全部缺失PP組織的角柄上沒能再生出鹿茸，而部分剔除PP后鹿茸在角柄骨干上長出，長出部位正是剩余PP的末端，而這一位置遠(yuǎn)離了自然鹿茸再生位點(diǎn)，即角柄頂端。因此可見，正是PP組織發(fā)起了鹿茸再生。

基于AP和PP的獨(dú)特性，我們認(rèn)為AP與PP細(xì)胞是一種干細(xì)胞。為了驗證這一觀點(diǎn)，我們隨后對這些細(xì)胞特性進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這兩種細(xì)胞都表達(dá)主要的胚胎干細(xì)胞標(biāo)記物Oct4、 Sox2、 Nanog、 CD9、端粒酶以及核干因子，并具有多分化潛能，能夠在離體條件下被誘導(dǎo)分化成軟骨細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、肌細(xì)胞和類神經(jīng)元細(xì)胞[14]。綜上所述，我們結(jié)論AP與PP細(xì)胞都是鹿茸干細(xì)胞(ASC)。AP是鹿茸發(fā)生的干細(xì)胞，而PP是鹿茸再生的干細(xì)胞。

3 ASC微環(huán)境假說的建立

3.1以前的實驗結(jié)果提示包裹的皮膚為ASC提供了微環(huán)境

作為干細(xì)胞，ASC不僅要存在于特定的微環(huán)境中，還要與這個微環(huán)境進(jìn)行相互作用。Goss[15]在誘導(dǎo)異位生茸實驗中意識到，AP只有與其上覆蓋的皮膚實現(xiàn)緊密接觸時才能誘導(dǎo)異位鹿茸的發(fā)生，由此他認(rèn)為AP與皮膚間的相互作用是鹿茸發(fā)生所必須的，而且兩者的緊密接觸有助于相互作用的建立。我們隨后對鹿茸發(fā)生中由頭皮轉(zhuǎn)變?yōu)槿灼み@一過程進(jìn)行了詳細(xì)的組織學(xué)研究[16]，結(jié)果與Goss的這一觀點(diǎn)相一致。因為組織學(xué)觀察表明只有當(dāng)位于這兩種相互作用組織之間的皮下疏松結(jié)締組織被全面壓縮，使AP與皮膚變得緊密接觸時，茸皮的轉(zhuǎn)變才會發(fā)生。同樣，鹿茸再生有可能也是依賴于PP與皮膚的緊密接觸。Li等[13]在PP取樣時注意到，PP與皮膚接觸的緊密程度由角柄的遠(yuǎn)端到近端明顯不同：角柄遠(yuǎn)端即鹿茸再生點(diǎn)接觸緊密，而近端卻疏松相連。有趣的是，隨著鹿年齡的增長，角柄的高度逐年縮短，當(dāng)角柄縮短到近端疏松相連處時，鹿茸再生仍然能夠發(fā)生，這是由于此時近端疏松相連的PP與皮膚也已經(jīng)變成了緊密接觸[17]?？傊?，這些發(fā)現(xiàn)提示我們PP與皮膚的緊密接觸是鹿茸再生必不可少的。由此可見，緊密接觸的皮膚可能為ASC提供了鹿茸發(fā)生與再生的主要微環(huán)境。

3.2ASC微環(huán)境假說

基于上述發(fā)現(xiàn)，我們提出了一個鹿茸干細(xì)胞微環(huán)境假說：ASC與其微環(huán)境的相互作用(即與緊密包裹的皮膚)觸發(fā)了鹿茸的發(fā)生或再生。ASC誘導(dǎo)頭皮(角柄皮膚)轉(zhuǎn)變成了茸皮，轉(zhuǎn)變成茸皮后的反饋又有效地刺激了ASC的快速增殖與分化，進(jìn)而發(fā)起鹿茸的生長。

4 ASC微環(huán)境假說的驗證

4.1鹿茸發(fā)生或再生依賴于ASC和微環(huán)境細(xì)胞的相互作用

為了驗證ASC與微環(huán)境細(xì)胞的相互作用對鹿茸生長是否必須，我們分別對鹿茸發(fā)生(初角茸)和再生進(jìn)行了兩個實驗。在鹿茸發(fā)生的實驗中，分別將一不通透性薄膜和半通透性薄膜插入到已經(jīng)移植到前額皮下的AP和覆蓋其上的皮膚之間。結(jié)果發(fā)現(xiàn)不通透性膜插入組完全抑制了鹿茸的發(fā)生，而半通透性膜插入組雖然延遲了茸皮轉(zhuǎn)變的時間(到第二年才發(fā)生)，但并未阻止這個過程[18]。在鹿茸再生的實驗中，我們設(shè)計了兩種不同的角柄殘樁：即全長的角柄和2/3長的角柄。第一種是從角柄與鹿茸的連接處鋸掉其上的鹿茸，以保留全長的角柄，可見此種角柄殘樁末端的PP和包裹的皮膚為緊密接觸；第二種是從角柄上1/3和下2/3交界處鋸掉上1/3角柄和所連接的鹿茸，以保留其下2/3角柄，可見剩余角柄殘樁的PP和包裹的皮膚為疏松相連。之后我們將不透性薄膜插入每種角柄殘樁的PP與皮膚之間，使兩種組織得到有效隔離。結(jié)果全長角柄殘樁再生出了鹿茸，雖然再生的鹿茸沒有皮膚包裹，因為與PP分隔后角柄的皮膚失去了再生的能力。與之相比，2/3角柄殘樁卻沒能再生出鹿茸[13]。由此可見，在PP和包裹皮膚變的緊密相貼(建立相互作用)前將兩者隔離，就會阻止鹿茸的再生；然而當(dāng)這種緊密相貼(建立相互作用)已經(jīng)建立后，皮膚的參與對鹿茸再生將不再是必須的。因此插膜實驗說明，建立ASC與其上所覆蓋皮膚間的相互作用是發(fā)起鹿茸發(fā)生和再生的前提。由于半通透性膜不能完全阻止這一相互作用和其后鹿茸的發(fā)生，所以這一過程可能是通過相互交換游離小分子物質(zhì)而實現(xiàn)的。

4.2微環(huán)境細(xì)胞類型鑒定

ASC微環(huán)境不是均一的組織細(xì)胞，而是由表皮與真皮組成的，其中真皮包含幾種細(xì)胞類型。在鹿茸發(fā)起過程中，頭皮轉(zhuǎn)變成了茸皮，由此可見表皮細(xì)胞參與了與ASC的相互作用。但目前還不清楚ASC與表皮細(xì)胞之間的相互作用是通過直接交換小分子物質(zhì)，還是通過真皮細(xì)胞介導(dǎo)所完成的。Goss[15]在進(jìn)行AP移植實驗中發(fā)現(xiàn)，除了鼻鏡、尾部腹面的皮膚外，鹿身上所有部位的皮膚都可以與移植的AP發(fā)生相互作用，從而發(fā)起鹿茸的生長。鼻鏡與尾部腹面皮膚的共同點(diǎn)是都缺少毛囊與毛發(fā)，因此真皮毛乳頭細(xì)胞(DPC)，作為毛囊的唯一真皮組成成分，可能介導(dǎo)了ASC與表皮細(xì)胞間的相互作用。

為了確定DPC是否通過介導(dǎo)的形式參與了這個相互作用，Li等[14]將一小塊鹿頭皮真皮的內(nèi)側(cè)組織(包括部分真皮及與其相連的疏松結(jié)蹄組織)在靠近真皮毛乳頭DPC的地方切下，然后將不帶疏松結(jié)蹄組織的真皮與相同大小的AP縫合在一起，再移植到裸鼠頭上。這樣做是為了使真皮毛乳頭DPC更貼近AP組織。移植復(fù)合物成功存活后發(fā)現(xiàn)，頭皮的表皮完全轉(zhuǎn)變成了茸皮的表皮(圖2.A和B)。這個結(jié)果說明，鹿皮只要保留了表皮和含有毛囊DPC的真皮部分就可以和AP建立相互作用從而發(fā)起鹿茸的生長，而頭皮中不含毛囊DPC的真皮和疏松結(jié)蹄組織部分卻不是鹿茸發(fā)生所必須的。盡管如此，這一實驗并沒有為DPC是否參與相互作用提供直接的證據(jù)。因此我們又做了另外一個實驗[19]，即將1/8的AP組織量通過真皮內(nèi)移植直接放到毛囊DPC的下面，同時以相同量的AP組織進(jìn)行皮下移植以作對照。結(jié)果顯示(圖2.C和D)，皮內(nèi)移植的AP組織100%發(fā)起了鹿茸的生長；相比之下，皮下移植的AP組織無一成功誘導(dǎo)異位鹿茸發(fā)生(皮下移植所需AP的最小量是1/2)。與皮下移植相比，皮內(nèi)移植成功發(fā)起鹿茸生長所需AP的量大大減少可能是因為在AP和毛囊DPC之間已經(jīng)幾乎不存在障礙物的緣故，從而使AP與DPC建立相互作用變得更加容易。因此推測毛囊DPC一定介導(dǎo)了ASC和表皮細(xì)胞間的相互作用。

注：A.共同移植物成功存活(箭頭)；B.兩個月后，鹿頭皮轉(zhuǎn)變成了茸皮(箭頭)；C.AP組織皮內(nèi)移植；D.有移植AP組織誘導(dǎo)的異位鹿茸(箭頭)；注意：同量的AP組織皮下移植，未能發(fā)起異位鹿茸生長(無尾箭頭)圖2 裸鼠頂部AP組織與鹿頭皮的共同移植

4.3誘導(dǎo)鹿茸發(fā)生分子的來源

與鹿皮膚相同，AP組織也是由兩部分組成：纖維層(鄰近皮膚)和細(xì)胞層(鄰近骨質(zhì))。那么誘導(dǎo)鹿茸發(fā)起的因子是來源于AP的纖維層還是細(xì)胞層、還是兩者都有呢？為了搞清楚這一問題，我們進(jìn)行了下面的實驗[20]。我們首先從鹿頭兩側(cè)的未來生茸區(qū)分別取下AP組織，然后以不同的方向再放回去。其中對照側(cè)直接將AP組織按原來的方向放回原處，另一側(cè)則將AP組織上下翻轉(zhuǎn)后(即讓AP細(xì)胞層與皮膚相貼，纖維層與骨質(zhì)相貼)再放回原處。結(jié)果顯示，AP組織上下翻轉(zhuǎn)側(cè)，沒有經(jīng)過明顯的角柄生長階段就直接長出了鹿茸；而對照側(cè)只有當(dāng)角柄生長到種的特異高度時(梅花鹿約5cm)才發(fā)起了鹿茸的生長(圖3)。這提示我們，誘導(dǎo)鹿茸發(fā)生的分子來源于AP細(xì)胞層而不是纖維層，正是這些誘導(dǎo)分子介導(dǎo)了ASC和微環(huán)境間的相互作用，觸發(fā)了隨后的鹿茸發(fā)生。

注：A.AP組織取材(箭頭)；B.將取下的AP組織按原來方向放回原位(星)；C.將取下的AP組織上下翻轉(zhuǎn)后放回原位(星)；D.由翻轉(zhuǎn)后AP發(fā)起的鹿茸生長幾乎沒有經(jīng)過角柄階段(白箭頭)，而由未翻轉(zhuǎn)的AP發(fā)起的生長還在角柄階段(黑箭頭)圖3 AP組織翻轉(zhuǎn)實驗

5 用微環(huán)境學(xué)說解釋一些鹿茸領(lǐng)域非同尋常的現(xiàn)象

在鹿茸生物學(xué)領(lǐng)域，報道過很多非同尋常的現(xiàn)象，但都還沒能被合理的解釋。在角柄發(fā)生前，同時對皮膚和AP進(jìn)行機(jī)械損傷通常會引起鹿茸直接發(fā)生而不經(jīng)過明顯的角柄階段(圖4.A和B)，這可能是因為損傷有效地清除了位于AP和真皮毛乳頭間的阻隔物(如部分真皮組織和相連的皮下疏松結(jié)締組織)，因此大大促進(jìn)了ASC與其微環(huán)境間相互作用的建立，導(dǎo)致了鹿茸的直接發(fā)生。有時候皮下移植的AP需要經(jīng)過幾個生茸季節(jié)才能發(fā)起異位鹿茸的生長(圖4.C)，報道最長的是9年[21]。這可能是由于誘導(dǎo)鹿茸發(fā)生信號的微弱、阻隔物的低通透性或者是兩者共同存在所導(dǎo)致的。有時候在未來鹿茸生長區(qū)只有局部能夠發(fā)起鹿茸生長而不是整個生茸區(qū)(圖4.D)，這可能是由于只有那個部位的阻隔屏障通透性比較好，能夠使足夠的誘導(dǎo)分子通過，從而成功建立了ASC和微環(huán)境間的相互作用的結(jié)果。

注：A.機(jī)械破壞未來生茸區(qū)的皮膚、皮下結(jié)蹄組織和AP(星)；B.由該生茸區(qū)發(fā)起的鹿茸生長幾乎不經(jīng)過角柄階段(箭頭)；C.鹿腿上的異位生茸，該鹿茸由移植9年后的AP組織發(fā)起(箭頭)；D.由生茸區(qū)局部發(fā)起的兩個鹿茸生生長點(diǎn)(星)圖4 鹿茸領(lǐng)域的異常現(xiàn)象

6 改變ASC微環(huán)境對鹿茸發(fā)生的影響

最近，我們通過實驗改變了ASC的微環(huán)境，結(jié)果顯著地影響了鹿茸的發(fā)生。當(dāng)物理性增強(qiáng)了ASC與微環(huán)境間阻隔物(皮下疏松結(jié)締組織和部分真皮組織)的滲透性時(通過對未來生茸區(qū)噴射液氮)，大大促進(jìn)了鹿茸發(fā)生的過程[22]。例如，梅花鹿一般當(dāng)角柄長到5～6cm時才發(fā)起鹿茸的生長；但當(dāng)物理性增加了阻隔物的滲透性后，鹿茸在角柄長到2厘時就開始發(fā)起生長。在角柄發(fā)育前如果致死未來生茸區(qū)中心的AP細(xì)胞，對AP組織與其微環(huán)境間相隔組織層的破壞與否會出現(xiàn)兩種相反的結(jié)果：在相隔組織層受到破壞后(使通透性增加)則促進(jìn)了周邊AP細(xì)胞發(fā)起鹿茸生長，并幾乎不經(jīng)過角柄階段(圖5.A和B)；而在相隔組織層不受破壞時抑制了未來生茸區(qū)周邊的AP細(xì)胞(中心部位的AP細(xì)胞已被致死)發(fā)起鹿茸的生長(圖5.C)。因此我們認(rèn)為我們已經(jīng)鑒定出了ASC微環(huán)境的主要組成成分。

注：A.破壞間隔組織層可誘導(dǎo)周緣AP細(xì)胞發(fā)起鹿茸生長，而這種生長幾乎不經(jīng)過角柄階段(箭頭)；B.茸皮脫落后可見，幾乎不含角柄組織(箭頭)；C.不破壞間隔組織層，導(dǎo)致阻止了鹿茸的發(fā)生(箭頭)圖5 破壞生茸區(qū)中央部位的AP細(xì)胞，同時破壞或不破壞與皮膚間的間隔組織所出現(xiàn)的相反結(jié)果

7 總結(jié)與展望

鹿茸發(fā)生與再生都依賴于ASC與其微環(huán)境之間的相互作用，這一相互作用是通過交換游離小分子物質(zhì)而實現(xiàn)的。換言之，這些小分子物質(zhì)觸發(fā)了鹿茸的發(fā)生和再生。為了鑒定出這些小分子物質(zhì)，我們近期建立了一套體外共培養(yǎng)體系，這套體系可以將參與鹿茸發(fā)生和再生主要類型的細(xì)胞巧妙地放到一起，以最大程度的模擬體內(nèi)的情況。對這些小分子物質(zhì)的最終鑒定與分離不僅能夠幫助我們揭示鹿茸生長發(fā)育的機(jī)制，更對再生醫(yī)學(xué)有著重要意義。

[1]StocumD.RegenerativeBiologyandMedicine[M].NewYork：AcademicPress,2006.

[2]GossRJ.DeerAntlers.Regeneration，F(xiàn)unctionandEvolution[M].NewYork，NY：AcademicPress,1983.

[3]LiC.Developmentofdeerantlermodelforbiomedicalresearch[J].RecentAdvancesandResearchUpdates,2003,4(2)：256-274.

[4]LiC，ZhaoS，WangW.Deerantlers[M].Beijing：ChinesePressofAgriculturalSciences,1988.

[5]HartwigH，SchruddeJ.ExperimentelleuntersuchungenzurbildungderprimarenstirnauswuchsebeimReh(CapreoluscapreolusL.)[J].Z Jagdwiss，1974(20)：1-13.

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

[7] Goss R J.Induction of deer antlers by transplanted periosteum.II.Regional competence for velvet transformation in ectopic skin[J].J Exp Zool，1987(244)：101-111.

[8] Li C，Littlejohn R P，Suttie J M.Effects of insulin-like growth factor1and testosterone on the proliferation of antlerogenic cells in vitro.J Exp Zool,1999,284(1)：82-90.

[9] Wislocki GB.Studies on the growth of deer antlers.I.On the structure and histogenesis of the antlers of the Virginia deer(Odocoileus virginianus borealis)[J].Am J Anat，1942，71：371-451.

[10]Kierdorf H，Kierdorf U.State of determination of the antlerogenic tissues with special reference to double-head formation.The Biology of Deer[M],New York：Springer-Verlag,1992.

[11]Li C，Suttie J M，Clark D E.Morphological observation of antler regeneration in red deer(Cervus elaphus)[J].J Morphol,2004,262(3)：731-740.

[12]Li C，Suttie J M，Clark D E.Histological examination of antler regeneration in red deer(Cervus elaphus)[J].Anat Rec A Discov Mol Cell Evol Biol,2005,282(2)：163-174.

[13]Li C，Mackintosh C G，Martin S K，et al.Identification of key tissue type for antler regeneration through pedicle periosteum deletion[J].Cell Tissue Res,2007,328(1)：65-75.

[14]Li C.Annual antler renewal：a unique case of stem cell-based mammalian organ regeneration[C].19th Annual Queenstown Molecular Biology Meeting；Queenstown，2009.

[15]Goss R J.Of antlers and embryos.In：Bubenik G，Bubenik A，editors.Horns，Pronghorns，and Antlers[M].New York：Springer-Verlag，1990：299-312.

[16]Li C，Suttie J.Histological studies of pedicle skin formation and its transformation to antler velvet in red deer(Cervus elaphus)[J].Anat Rec，2000(260)：62-71.

[17]Li C，Chu W.The regenerating antler blastema：the derivative of stem cells resident in a pedicle stump[M].Front Biosci(Landmark Ed)，2016，21：455-467.

[18]Li C，Yang F，Xing X，et al.Role of heterotypic tissue interactions in deer pedicle and first antler formation-revealed via a membrane insertion approach[J].J Exp Zool B Mol Dev Evol，2008，310(3)：267-277.

[19]Li C，Yang F，Haines S，et al.Stem cells responsible for deer antler regeneration are unable to recapitulate the process of first antler development-revealed through intradermal and subcutaneous tissue transplantation[J].J Exp Zool B Mol Dev Evol，2010，314(7)：552-570.

[20]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.

[21]Kierdorf U，Kierdorf H.Delayed ectopic antler growth and formation of a double-head antler in the metacarpal region of a fallow buck(Dama dama L.)following transplantation of antlerogenic periosteum[J].Ann Anat，2000，182(4)：365-370.

[22]Yang F，Wang W，Li J，et al.Antler development was inhibited or stimulated by cryosurgery to periosteum or skin in a central antlerogenic region respectively[J].J Exp Zool B Mol Dev Evol.2011，316(5)：359-370.

Deer Antler：Derivative of Interactions between Antler Stem Cells and Niche

YANG Yanhui1,2，JIAO Jingxue2,LI Junde3，LI Chunyi1*

(1.Institute of Special Wild Economic Animals and Plants，Chinese Academy of Agricultural Sciences；State Key Lab for Molecular Biology of Special Animals，Changchun 130112，China；2.The 2nd Clinic Hospital of Jilin University，Changchun 130041，China；3.State Key Laboratory Breeding Base of Dao-di Herbs，National Resource Center for Chinese Materia Medica，China Academy of Chinese Medical Sciences，Beijng 100700，China)

Full regeneration of deer antlers is a stem cell-based process，and antler stem cells(ASC)reside in both the antlerogenic periosteum(AP)and pedicle periosteum(PP).In this review，we first advanced a hypothesis that the closely associated skin is the primary component of ASC niche and then provided results for testing of this hypothesis.Membrane insertion experiments demonstrated that interactions between the ASC and the associated skin are indispensible for both antler generation and regeneration，and these are realized through exchanging diffusible molecules.Intradermal AP graft study showed that both epidermal cells and dermal papilla cells of deer skin are involved in these interactions.Further，the AP inversion experiment indicated that the initial inductive signal originates from the ASC resident in the AP cellular layer，although the AP fibrous layer is naturally adjacent to skin.Experimental manipulation to the ASC niche has profound effects on antler development.We believe that eventual identification of these interactive molecules would not only greatly enhance our knowledge of antler development，but also have significant impacts on regenerative medicine in general.

Antler；pedicle；deer；stem cells；periosteum；tissue interactions

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863)項目(2011AA100603)；國家自然科學(xué)基金項目(31170950)；吉林省重點(diǎn)科技攻關(guān)項目(20150204071NY)；吉省自然科學(xué)基金項目(20140101139JC)

] 李春義,研究員，研究方向：鹿茸生物學(xué)、鹿茸活性成分與藥效、鹿茸干細(xì)胞與組織器官再生；E-mail:lichunyi1959@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.1.006

2016-09-02)

*[