快速鹿鹿茸生长背后的基因硬化鉴定

每年春天，雄鹿都会发芽出一对新的鹿角，它们本质上是暂时的外骨，其速度与其他哺乳动物的骨骼生长无法相提并论。现在，由斯坦福大学医学院的科学家领导的研究已经确定了两个驱动动物异常快速骨生成的基因。

尽管该研究尚处于早期阶段，但科学家们希望有朝一日能够为人类骨病和骨折提供更有效和更有效的治疗方法。“目前，我们有两个重点：了解鹿茸生长的基因调控，并了解我们是否可以利用这些信息建立治疗剂，以预防或治疗骨质疏松症等骨疾病，或更快地修复骨折， “整形外科副教授Peter Yang博士说。

鹿角基本上是再生骨骼，这在动物王国中很少见。在春天，鹿角开始发芽; 到了冬天，他们开始流下。“了解鹿茸再生，快速骨骼生长和矿化背后的遗传学是我们最终治疗目标的基础，对于理解其他物种(如人类)的快速骨再生至关重要，”Yang说。

杨和他的合作者确定的基因是支持快速骨细胞增殖的uhrf1和支持快速矿化或骨组织硬化的s100a10 。总之，这些基因以一对二的方式工作，其中uhrf1刺激骨细胞生成，s100a10用于粘合骨骼的结构基质。

为Yang的研究带来更多变革潜力的是，uhrf1和s100a10都与人类的骨骼发育有关。

一篇详细介绍研究人员发现的论文将于10月30日在线发表在干细胞研究和治疗杂志上。杨是资深作者。博士后学者戴菲埃尔默克，博士，是第一作者。

去雄鹿

作为一名骨科研究员，杨从未计划追求鹿茸遗传学。但是在2009年阿拉斯加度假期间，杨的导游对一些关于野鹿的有趣事实感到不安，并激起了他的好奇心。

“鹿鹿角在夏季可以每天生长2厘米，而且它们的鹿角正在全速生长，”杨从导游的高谈中回忆道。“这让我想知道：这种异常快速的骨骼生长背后是否有特殊的基因?”

为了调查，杨和他的实验室前往加利福尼亚州的一个鹿场，在那里他们收集了早期鹿角组织的样本，这些组织主要由骨骼干细胞组成。鹿角从上到下生长; 因此，当它们向上生长时，干细胞的顶部仍然存在干细胞，继续扩散。在早期的发育过程中，鹿角组织很柔软，就像鼻子的软骨一样，使得细胞采样对于杨来说是一件容易的事，对于降压是无害的。只有在第二阶段的发展中，鹿茸矿化并变得僵硬。

回到实验室，科学家利用各种技术破译鹿茸生长背后的遗传学，包括分析RNA，一种有助于执行特定基因指导的分子，以及基因“敲除”和“过度表达”研究，它分别阻碍基因功能或加速。鹿角中的干细胞和来自骨髓的人类干细胞之间的比较RNA分析将杨带到了一组似乎在鹿角中具有独特表达的基因。从那个池中，他通过篡改基因功能缩小了搜索范围，观察了不同水平的基因表达如何影响小鼠细胞的组织生长。

在小鼠细胞中，杨看到当uhrf1基因退役时，骨组织仍然可以生长，而不是那么快; 只有当uhrf1完全发挥作用时，科学家们才能看到鹿茸生长的快速细胞增殖特征。同样地，当s100a10过表达时，钙沉积物增加并且工程化细胞更快地矿化。

“对我而言，鹿角再生是一种独特的现象，仅仅是出于纯粹的好奇心而值得研究，但是，它可能有一些非常有趣的人类健康应用，”杨说。

将鹿茸遗传学应用于人类

研究人员希望他们对鹿茸基因的见解可能为治疗骨质疏松症等疾病提供新方法。在健康的骨骼中，两种类型的细胞 - 成骨细胞和破骨细胞 - 起着相反的作用。成骨细胞产生新的骨组织，而破骨细胞分解旧骨。这两种细胞类型以阴阳方式工作，以连续形成和降解骨骼，以维持平衡的骨骼结构。在骨质疏松症中，破骨细胞功能超过成骨细胞，骨骼开始分解。

“我们刚刚开始这项研究，但我们的最终目标是弄清楚我们如何应用相同的基础生物学，允许鹿鹿角快速骨再生，以帮助治疗人类骨骼疾病，如骨质疏松症，”杨说过。

杨计划继续研究多种鹿，以确认uhrf1和s100a10能够在物种间快速恢复鹿茸生长。此外，他计划测试基因在人类细胞系中的功能，同时继续解析uhrf1和s100a10如何在分子水平上发挥作用，寻找可能的功能途径。

“还有很多工作要做，但这可能是一种独特的骨再生模型，我们在这里的初步工作已经开始为未来的研究奠定基础，”杨说。

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