李春义|骨质疏松几周内逆转!雄鹿身上的奇迹能在我们身上成为现实吗?

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本期专家

李春义|骨质疏松几周内逆转!雄鹿身上的奇迹能在我们身上成为现实吗?

李春义

博导 研究员

中国农业科学院特种动物干细胞创新团队首席科学家、特种动物分子生物学省部共建国家重点实验室常务副主任、吉林省鹿茸工程研究中心主任。

几周前还是蜂窝状的骨质,繁殖期到来之时迅速逆转变成正常,雄鹿的骨骼给了我们哪些启示?

李春义|骨质疏松几周内逆转!雄鹿身上的奇迹能在我们身上成为现实吗?

雄鹿被人们视为美丽吉祥的动物,主要是因为它们头上长了一副漂亮的骨质衍生物,即我们常说的鹿茸。鹿茸的外表被覆着生有柔软茸毛的皮肤,内部由各种形状的细胞、软骨、骨组织组成,其中富含血管和神经,代谢旺盛,生长迅速。在夏天的生长期,鹿茸生长速度非常快,有的大鹿种(如马鹿)的鹿茸每天可以超过2cm,在约60几天的生长期内一副鹿茸可以重达30kg。(图1)

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图1

骨质疏松,雄鹿难逃的劫

当鹿科动物开始进入繁殖期,为了争夺和占有更多的母鹿,雄鹿间开始出现剧烈争斗。作为头部衍生物的鹿茸虽然美丽,但由于质地柔软当不了武器。

这样在进化过程中鹿就发生了一个有效的机制,在繁殖季节到来之前,用快速上升的体内雄激素诱导鹿茸完全骨化,使之变为坚硬的骨角,即鹿角(图2),后者就可以作为致命的顶斗武器(图3)。但要使柔软的鹿茸变鹿角,鹿需要在短期内找到大量的,有时要超过30kg的矿物质,特别是钙质。这些矿物质要从哪里来呢?

研究发现,在鹿茸快速骨化这个季节不论饲料里的钙质有多么的丰富,鹿的整体骨骼都要出现一次严重的生理性骨质疏松。

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图2

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图3

蜂窝状的鹿体骨骼快速逆转应对挑战

这种生理性骨质疏松有多么严重呢?检测得出,有些鹿体骨骼(如肋骨或胸骨)的疏松程度非常严重,质地变的像蜂窝状,程度可到达或超过30%(图4)。

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图4

鹿茸变成鹿角后,鹿马上要进入配种期,雄鹿在这个期间要出现剧烈的顶斗,试想鹿这么疏松的骨骼怎么能经受的住这种顶斗?为了解决这个问题,鹿在进化过程中又发生了一个令人吃惊的能让疏松骨质快速逆转的机制。

研究发现,在鹿角形成后不久,疏松的鹿体骨骼已经基本恢复到了原来的正常水平(图5)。从而可以使鹿从容的应对接下来的挑战,即顶斗。

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图5

对抗人类骨质疏松,科学家在摸索中前行

作为哺乳动物,鹿体骨骼在出现严重骨质疏松的情况下可以在一到两周内实现逆转并恢复到正常骨质的水平。而同为哺乳动物,人骨骼的结构与鹿的没有明显区别(图6),可是人骨质疏松一经开始,再好的治疗药只能减缓,不能停止,更不能逆转这个过程(图7)。

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图6

中国农业科学院特种动物干细胞创新团队正在从整体、组织、细胞和分子水平上对鹿骨质疏松的逆转机制进行研究。目前已经精确的掌握了疏松和逆转的几个关键期,对逆转期血液的各种指标进行了测定,利用分子生物学手段对逆转期的骨质进行了全面研究。下一步的工作是将从鹿研究获得的结果在人工制作的骨质疏松的大鼠模型上进行尝试,以期获得较好的治疗效果。

李春义|骨质疏松几周内逆转!雄鹿身上的奇迹能在我们身上成为现实吗?

图7

团队介绍

团队名称:中国农业科学院特种动物干细胞创新团队

所属单位:中国农业科学院特产研究所

中国农科院特种动物干细胞团队拥有17个在职科研人员。团队旨在挖掘干细胞依赖性的独特生物学现象,特别是鹿茸的发生与再生,麝香腺体的发育与泌香等。在对相关干细胞进行全面定性基础上,对这些现象形成的机制进行深入、系统的研究,以期在重大基础医学领域实现突破(顶天),如实现哺乳动物器官(断肢等)的完全再生;在医疗保健领域做出实实在在的贡献(立地),如提供疗效确切的干细胞源性终端产物(鹿茸、麝香等)的产品。

发表SCI文章80余篇;完成省、部和国家课题10余项、发明专利2项、获奖省部和国家级奖7项。

李春义|骨质疏松几周内逆转!雄鹿身上的奇迹能在我们身上成为现实吗?

团队主要业绩:围绕鹿茸这一独特的生物学模型开展深入的研究,以揭示其完全再生、巧妙调节快速组织生长不发生癌变、和干细胞自主分化的机制,软骨、骨、皮肤、血管和神经再生机制等,以期为人类的健康做出贡献。

奖项:90年中国科协“中国青年科技奖”;02年吉林省和中国农科院“科技进步二等奖”(均第一名);2004年“国家科技进步二等奖”(第三名);2003 年国际研究促进会“杰出科学家奖”;2014年吉林省科技进步二等奖”(第一名);2017年李春义带领其团队凭借《鹿茸再生干细胞的发现与哺乳动物断肢再生模型的建立》项目获得吉林省自然科学类一等奖!

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