专家风采
李春义:探寻哺乳动物断肢再生之谜
发布时间:2018-8-22  作者:舒铭泽 杨睿宸 舒 鹏  来源:《中国高新科技》期刊社  浏览量:1307
千百年来,科技的发展让人类的梦想不断实现,那么,人体再造是否真的能实现呢?科学家的回答是可以的。因为他们发现人类的发育分化是从全能干细胞开始,经过万能干细胞、多能干细胞、单能干细胞等成体干细胞,并最终分化成具有无干细胞特性的特定成体细胞,从而形成人体的各种器官类型。同时,干细胞具有自我复制和分化成为目标细胞的能力,这就为人体再造提供了条件。

千百年来,科技的发展让人类的梦想不断实现,那么,人体再造是否真的能实现呢?科学家的回答是可以的。因为他们发现人类的发育分化是从全能干细胞开始,经过万能干细胞、多能干细胞、单能干细胞等成体干细胞,并最终分化成具有无干细胞特性的特定成体细胞,从而形成人体的各种器官类型。同时,干细胞具有自我复制和分化成为目标细胞的能力,这就为人体再造提供了条件。

人体再造可以实现,但技术难度可想而知,对于那些由交通事故或其他原因造成的残疾,是否能够像蝾螈一样再生出肢体和器官呢?中国农业科学院特产所研究员李春义及其团队找出了揭开这一神秘科面纱的钥匙——鹿茸,为人类讲述了一堂生动而神奇的哺乳动物器官再生课。

一个人的奋斗

作为珍贵的药材,中药中的上品,鹿茸的研究与使用在我国已有千年历史。鹿茸是鹿额骨上的一种附属器官,能够每年脱落并完全再生。器官丧失和功能衰竭是人类健康面对的两大难题,目前最主要的应对措施是移植新的器官,然而要从根本上解决问题,研究缺损器官自身的再生是关键。哺乳动物器官再生是再生生物学和再生医学的制高点。学者们深入研究、关注鹿茸奇特的生物学现象,使之成为快速生长、骨化、再生等多重生物医学模型。“鹿茸是唯一在失去后还能完全再生的哺乳动物器官,为我们提供了一个难得的了解自然界如何解决哺乳动物器官完全再生奥秘的机会。”李春义教授如此重视鹿茸的再生机制。

李春义,国际著名鹿茸研究专家,中国农业科学院二级岗位杰出人才,在与鹿茸再生之间的角逐一做就是30余年。曾任新西兰茵沃梅皇家农业科学院研究员、项目主持人,现任特种经济动物分子生物学省部共建国家重点实验室常务副主任及特种经济动物干细胞创新团队首席科学家。曾主持国家863课题1项973前期专项2项、国家自然科学基金3项,现主持吉林省自然科学基金重点项目1项、吉林省科技发展计划1项、中国科学院A类战略研究先导专项1项。已培养研究生19名(含海外),其中博士生8名。早在1982年于中国农业科学院特产所攻读硕士期间就开始涉足鹿茸生物学研究领域,1985年获得中国农业科学院动物生理学硕士学位,1997年获得新西兰Otago大学医学院生理学博士学位,毕业后受聘于新西兰皇家农业科学院进行更深层次的鹿茸生物学研究,2006~2013年在中国农业科学院特产所兼职,2013年至今全职工作于中国农业科学院特产所。从事鹿茸生物学研究36年,共发表学术论文190余篇(SCI收录论文80余篇),参加相关国际会议30余场,撰写专著4本。

1985~1990年,李春义实现了公鹿一年再生两次茸(自然情况下,公鹿只生一次)和母鹿生茸(自然情况下只有公鹿生茸)两项成果,这不但是理论上的重大突破,而且产生了巨大的经济效益,纯收益超过亿元。为此,李春义获得了1990年中国科协颁发的“中国青年科技奖”。在读博期间,他发现并精确定位了鹿茸再生的功能细胞团,即角柄(鹿头部永久性的骨桩,鹿茸再生的组织基础)骨膜细胞团。对角柄骨膜细胞的定性研究发现,它们是介于成体干细胞和胚胎干细胞之间的一种特殊干细胞类型,并将其定义为鹿茸再生干细胞。

李春义用实验证明了鹿茸的完全再生是基于这种干细胞的存在。不同的器官和组织有不同的干细胞,而鹿茸就有这样一种特殊的干细胞。李春义教授把干细胞从长茸的地方拿走,发现原来的地方就不能再长茸了,而将其放在鹿体其他部位,其他部位就会开始长茸“栽”到老鼠头上也会长茸。这表明,分离所得的鹿茸再生干细胞可以诱发异位生茸。这种特殊干细胞的发现,就像拿到了打开揭示鹿茸完全再生机制大门的“钥匙”。同时,发现并定位了鹿茸再生干细胞的微环境,即角柄皮肤的内皮层;确定了构成鹿茸干细胞微环境的关键细胞类型——真皮毛乳头细胞和表皮细胞;进而建立了鹿茸再生干细胞与其微环境细胞的离体共培养体系,为分离和鉴别刺激鹿茸再生的相关分子奠定了基础。

这些研究成果发表后,在国际鹿茸和再生生物学领域产生了重大反响,为此,李春义在2003年获得了由世界研究促进委员会授予的杰出科学家奖。李春义教授的成就得到了国际同行的广泛认可,应邀在第1届、第2届和第3届国际鹿茸科学及产品技术大会,以及第6届、第7届和第8届国际鹿生物学大会上作全会报告。多年坚实的研究工作取得了卓越成就,他认为最大的贡献是促进了鹿茸作为生物医学模型的发展,对鹿茸生物学的研究将对人类健康事业做出巨大贡献;同时,这些研究也将为大幅度提高鹿茸质量和产量奠定基础。

一个团队的目标

李春义认为,如果要进一步揭示鹿茸再生的机制,国内的科研环境再好不过。同时,也可以培养一支具有团队凝聚力的青年队伍。为此,他毅然全职回国接任了省部共建国家重点实验室常务副主任的职位。在国家重点实验室内,李春义建立了一支近30人的团队,主要成员都是硕士、博士、博士后,是鹿茸研究领域具有极高竞争力的团队。

在李春义教授的带领下,该团队紧紧围绕鹿茸这一独特的生物学模型在分子水平上开展深入研究,以揭示鹿茸完全再生的机制,巧妙调节快速组织生长不发生癌变的机理,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,以期为人类的健康事业和大幅度提高鹿茸产量做出贡献。

通过10年系统深入的研究,依据对鹿茸再生干细胞的研究发现,项目组首次提出“干细胞依赖性”哺乳动物断肢再生假说,该假说不同于现行的低等动物断肢再生的“胚芽依赖性”观点,“干细胞依赖性”假说将整个再生过程定位到断端的骨膜干细胞。依据干细胞依赖性再生假说,该团队首次成功诱导了鼠断肢的部分再生,证明了依据鹿茸再生机制诱导哺乳动物断肢再生假说的可行性。该项目荣获2017年吉林省自然科学奖一等奖。除团队内部的研究外,该团队还积极与国际友人进行合作研究,与新西兰鹿业局联合建立“中国、新西兰联合实验室”,对鹿茸的活性成分和药用进行更深刻和更广泛的研究。

过往成绩和数据都已成为历史,如今围绕李春义教授的则是更复杂的课题和亟待解决的世界性难题,即如何同时在结构和功能上实现哺乳动物断肢的完全再生。他相信,通过他及其小组成员们的努力,在全面揭示鹿茸再生这一奇特生物现象的同时,有可能会实现人类断指和断肢的再生。

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