学术前沿CellRegenl单细胞测

ResearchArticle

Published:21December

经典割处再生epimorphicregeneration模式动物包括涡虫、斑马鱼和蝾螈等，研究这些低等模式动物有利于我们认识割处再生的机制。总体来说，割处再生是通过断端细胞去分化、干细胞激活或细胞转分化途径，形成具有再分化潜能的锥形细胞团，这个细胞团被称为胚基。

哺乳动物的自然割处再生并不是完全没有，只是非常稀少。令人惊讶的是，鹿茸角作为一种大型复杂的哺乳动物器官，不仅能在从角柄（永久性骨突出物）上脱落后实现完全再生，而且每年进行一次。因此，鹿茸角可以作为一个独特的模型，用来探索大自然是如何实现哺乳动物的割除再生的。鹿并不是天生就有角柄和鹿角。作为雄性的第二性特征，当雄鹿接近青春期时，体内雄激素水平迅速升高，从而激活角柄发生，当达到物种特有的高度时（如梅花鹿，5cm），鹿初角开始由角柄顶端生长。

近日，长春科技学院李春义教授与深圳华大生命科学研究院顾颖博士在CellRegeneration上发表了研究文章“Single-celltranscriptomerevealscorecellpopulationsandandrogen-RXFP2axisinvolvedindeerantlerfullregeneration”，探究鹿茸发生和完全再生的细胞组成和在此过程中发生的分子事件。

我们先前发现鹿角完全再生是通过鹿茸干细胞ASCs驱动实现的。ASCs特异性地高表达CD90，CD73，CD和Stro-1等间充质干细胞标志物。体外证实ASCs具有多向分化潜能，包括骨，软骨和脂肪等；通过往体内雌性胚胎中注射ASCs的嵌合体分化实验，证实ASCs具有胚胎干细胞分化潜力特性（Wangetal.）。

通过对角柄发生和鹿茸再生干细胞组织进行单细胞测序，鉴定了8种主要类型细胞，包括最原始的CD90(THY)+细胞、前体细胞progenitorcells、成骨或软骨细胞、血管壁细胞和内皮细胞、肥大细胞、单核巨噬细胞和T细胞。无论角柄发生还是鹿茸再生，都是基于CD90+细胞群体不断耗竭的过程，且在单细胞水平上证实了鹿茸完全再生是基于干细胞的过程。进一步分析可将CD90+细胞群划分成三个核心亚群（SC2,SC3和SC4）。其中SC4在角柄发生组织中占主导地位，高表达雄激素受体AR。由于角柄发生是由高水平雄激素触发的（Lietal.），SC4是负责接收雄激素信号的关键亚群，SC4也高表达AR的下游靶基因RXFP2。Regulon分析及相关实验进一步证实了AR/RXFP2是角柄发生（再生初始）的关键信号通路。同时，SC2参与IL-17和TNF信号通路，与免疫调节再生的微环境有关；而SC3参与基本代谢和形态结构的维持。

鹿茸发生和再生的细胞图谱

鹿茸被认为是生长最快的动物组织，生长速度可达2cm/d。鹿茸中增殖细胞的种类目前还不完全清楚。我们发现增殖细胞主要是前体细胞群，不是最原始的CD90+细胞群，而并且高度异质的血管壁细胞和内皮细胞包含特定的增值细胞亚群。前体细胞快速增殖推动角柄和鹿角的快速生长，同时快速形成的血管系统与鹿茸生长速度相匹配，为其提供丰富的营养物质。

比较角柄／初角茸发生和鹿茸再生的单细胞伪时间序列轨迹，发现它们之间有显著差别，这是由于发生组织和再生组织中细胞亚群的干性不同导致的，即角柄／初角茸发生组织表达干性维持基因KLF4和MYC及间充质干性基因NT5E(CD73)和ENG(CD)。细胞凋亡是触发初始组织再生的内在因素之一，细胞凋亡诱导的代偿性增殖在多种生物的组织稳态中起着重要作用。在发生和再生伪时间序列轨迹初始阶段，有明显的细胞周期和细胞凋亡调控，这可能与鹿茸完全再生过程中的形态发生和组织重塑有关。

综上，我们首次利用单细胞测序技术解析了鹿茸发生与完全再生的细胞谱系，为比较哺乳动物割处再生机制提供了重要的基础数据。同时也提出最原始的CD90+异质细胞亚群是如何交流和协同工作通过AR/RXFP2信号轴控制鹿茸发生和完全再生的关键问题，为揭示大自然如何实现哺乳动物器官完全再生提供了全新的模型。

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原标题：《CellRegenl单细胞测序揭示鹿茸完全再生过程中的核心细胞群及AR/RXFP2信号调控》

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