鹿茸生長影響因子概述

張振祥，陳霞霞，張姍姍，陳艷霞＊

（1.河西學(xué)院 祁連山生態(tài)研究院，甘肅 張掖 734000；2.河西學(xué)院 甘肅省應(yīng)用真菌工程實驗室，甘肅 張掖 734000）

1 鹿茸

1.1 鹿茸簡介

鹿茸是雄鹿額頭的未骨化嫩角，富含血管和神經(jīng)，外周覆蓋茸毛。鹿茸富含氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪酸、激素和礦物質(zhì)，具有壯腎陽、增體質(zhì)、抗衰老、抗腫瘤和提高免疫力等功效，是一味名貴中藥材。

鹿茸組織完整，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。橫切面組織觀察，鹿茸由皮膚層、間充質(zhì)層、髓質(zhì)層構(gòu)成?？v向組織學(xué)觀察，鹿茸從頂部到根部依次劃分為增生帶、成熟帶、肥大帶、鈣化帶、初級松質(zhì)帶和次級松質(zhì)帶[1]。

1.2 鹿茸的生長機制

鹿茸生長是一個非常復(fù)雜的過程，快速生長期，鹿茸細胞增殖速度極快，但仍然保持有序的組織結(jié)構(gòu)而不發(fā)生癌變，最終完全骨化，導(dǎo)致鹿茸組織死亡，有效阻止了鹿茸的無限制生長。由于鹿茸細胞在增殖過程中能適時停止，因此鹿茸生長發(fā)育機制與癌細胞惡性增殖的關(guān)系一直是研究的熱點。

鹿茸的生長可分為四個階段：膜內(nèi)成骨階段、過渡成骨階段、角柄軟骨內(nèi)成骨階段及鹿茸軟骨內(nèi)成骨階段[2]。鹿茸生長隨季節(jié)變化而變化，春季生長緩慢，夏季指數(shù)加速，秋季逐漸放緩，呈典型的S曲線[3]。

鹿茸的發(fā)生依賴鹿頭骨頂端的角柄，角柄才是鹿茸形成的基礎(chǔ)。角柄將鹿茸和公鹿頭骨有機聯(lián)系在一起，其發(fā)生和生長基礎(chǔ)是鹿額骨的生茸骨膜（AP）。成年公鹿的角柄較長，隨著鹿茸收鋸次數(shù)的增加，角柄逐漸縮短和變粗，老齡公鹿的角柄已基本消失。角柄內(nèi)部分布的神經(jīng)和血管對鹿茸再生和茸形保持有重要意義。鹿茸組織的發(fā)生是特殊的軟骨內(nèi)成骨，但鹿茸的軟骨內(nèi)成骨與典型的軟骨內(nèi)成骨略有不同[4]。

2 影響鹿茸生長的因子

鹿茸季節(jié)性的生長發(fā)育和骨化脫落受鹿的年齡、健康狀況、營養(yǎng)、光照、溫濕度及角柄受損等外部因素和雄激素分泌、遺傳等內(nèi)部因素的影響。

2.1 氣候環(huán)境因素

氣候因素包括光照和溫濕度等。氣候條件可對鹿茸生長發(fā)育產(chǎn)生綜合或單一的影響。

2.1.1 光照 光照對茸角形態(tài)和生茸周期均有重要影響。鹿角生長和脫落隨著光周期的延長和縮短而發(fā)生[5]。春分日照逐漸延長，鹿角盤脫落，新茸萌發(fā)；到夏至，鹿茸生長旺盛，迅速伸長；夏至以后，鹿茸生長速度逐漸放緩；立秋時，鹿茸一般停止生長；到了秋分，鹿茸骨化，外被的茸皮老化掉落，茸角變成光裸的骨角并脫落。

光照主要通過調(diào)節(jié)公鹿的內(nèi)分泌來影響鹿茸生長周期。研究表明，光照可以影響褪黑激素的分泌，而褪黑激素可以調(diào)節(jié)性激素的合成和釋放，從而影響生茸周期。此外，光照強度和光照/黑暗比對鹿茸生長發(fā)育也有影響[6]。

2.1.2 溫度和濕度 溫度和濕度對鹿茸生長也有明顯影響。氣溫的高低影響角盤的脫落和鹿茸的再生時間，也會直接影響鹿茸的生長速度和產(chǎn)量。

在鹿茸生長過程中，濕度較大的環(huán)境中鹿茸快速生長，而空氣濕度較小時鹿茸生長比較慢。溫暖潮濕的氣候是鹿茸快速生長的理想條件[7]。夏季炎熱干旱，可利用人工降雨提高鹿茸產(chǎn)量。

總而言之，早春時期日照弱、氣溫低、濕度小，鹿茸緩慢生長；而夏季日照強、氣溫高、濕度適宜，鹿茸生長快。

2.2 理化因子

2.2.1 雄性激素 鹿茸每年周期性地脫落、再生、骨化成角，這種規(guī)律性的變化是鹿體內(nèi)分泌有機變化和公鹿性周期活動的反映。雄激素是刺激鹿茸發(fā)生和維持鹿茸形態(tài)正常生長的重要因子。

睪酮是鹿茸形成的主要控制因素[8]。春天，茸鹿體內(nèi)睪酮水平很低，此時鹿茸開始生長；秋天，交配前茸鹿睪酮水平達到最高，鹿茸停止生長，茸毛脫落、茸角骨化。睪酮對刺激幼鹿長出角柄和初角茸極為重要，而且與茸角的骨化、茸皮脫落以及脫角都有關(guān)系。睪酮對鹿茸的生長發(fā)育有雙重作用，睪酮在適宜的低濃度時可以促進角柄和茸角的生長發(fā)育，而濃度過高時睪酮會抑制角柄的生長[5]。

2.2.2 生長激素 生長激素（GH）是一種肽類激素，可以促進軟骨及成骨細胞分裂增殖[9]，也可以直接或間接促進生長期的骨骺軟骨形成[10]，從而使軀體增高。鹿茸的生長發(fā)育隨鹿血中生長激素含量的變化而變化。

在鹿科動物中，生長激素在春、夏季水平較高，此時鹿茸正在快速生長；在鹿茸骨化過程及交配季節(jié)其濃度逐漸減低。有研究發(fā)現(xiàn)，將腦垂體切除使鹿無法長茸，再用牛的生長激素給鹿注射，結(jié)果一樣無法長茸，這表明生長激素具有種屬間結(jié)構(gòu)上和作用上的差異性[11]。

2.2.3 其他激素 除雄性激素和生長激素外，黃體生成素、孕激素、卵泡刺激素、甲狀腺激素[12]、催乳素、腎上腺皮質(zhì)激素、雌二醇、絨毛膜促性腺激素[13]、視黃酸[14]、褪黑激素[15]、甲狀旁腺素[16]等也在鹿茸生長發(fā)育過程中起重要的調(diào)節(jié)作用。

2.3 生長因子

2.3.1 胰島素樣生長因子1（Insulin-like Growth Factor1，IGF-1） IGF-1是一種堿性多肽，可以促進軟骨的生長發(fā)育和軟骨細胞的增殖，是鹿茸生長發(fā)育的重要調(diào)控因子[17]。茸鹿雄激素水平變化調(diào)節(jié)鹿茸的生長發(fā)育周期，但IGF-1等生長因子決定鹿茸的生長[18]。

IGF-1與鹿茸的生長速度呈強正相關(guān)[19]。多名學(xué)者[15,18,20,21]研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1可以促進鹿茸間充質(zhì)細胞增殖，鹿茸干細胞的分裂增殖與IGF-1的濃度呈成正比。還有實驗表明，鹿茸生長速度受自身干細胞對IGF-l刺激的敏感度的影響[22]。鹿茸生長速度下降甚至停止，與其間充質(zhì)層細胞喪失對IGF-1刺激的敏感性有關(guān)[23]。此外，IGF與梅花鹿種群鹿茸產(chǎn)量有關(guān)[24]。

2.3.2 轉(zhuǎn)化生長因子（Transforming Growth Factor，TGF） TGF包括TGF-α和TGF-β，其中TGF-β是誘導(dǎo)骨髓間充質(zhì)干細胞向軟骨細胞分化的關(guān)鍵細胞因子之一。

鹿茸生長過程中，TGF可以與多種生物因子、Wnt信號通路等協(xié)同發(fā)揮作用，使鹿茸上皮細胞維持在間充質(zhì)細胞的狀態(tài)并刺激間充質(zhì)干細胞分化成軟骨細胞[25]。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1在鹿茸頂端不同部位差異表達，表明 TGF-β1在鹿茸生長中具有極其復(fù)雜的調(diào)控作用[26]。TGF-β可以維持鹿茸軟骨細胞的快速增殖并抑制其過早骨化，是調(diào)控鹿茸快速生長而不癌變的重要因子。

2.3.3 血管內(nèi)皮生長因子（Vascular Endothelial Growth Factors，VEGF） VEGF是重要的血管生成因子之一，可以增加血管的通透性并促進血管生成。VEGF在骨的形成過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用[27]，敲除VEGF可明顯抑制血管生成和軟骨內(nèi)骨化[28]。

鹿茸的生長發(fā)育速度極快，需要大量的血管為鹿茸的生長發(fā)育運輸營養(yǎng)物質(zhì)以及排泄代謝產(chǎn)物。研究顯示，在鹿茸快速生長發(fā)育和再生過程中，血管也以相同的速度生長，VEGF可能刺激血管的快速生成，以滿足鹿茸高代謝的需求[29]。鹿茸前成軟骨層和軟骨層富含血管，可檢測到VEGF及其受體的表達[30]。此外，VEGF參與調(diào)控骨的鈣化形成、重吸收和重建。VEGF在鹿茸骨的生長發(fā)育和形成方面都具有重要作用，但具體機制仍需進一步探索。

除上述因子外，TGFβ1/Smad3、Shh[31]、Notch[21]、ERK/MAPK[32]、Wnt[25]等信號通路也參與了鹿茸的生長發(fā)育。

2.4 鹿茸干細胞

鹿茸再生是一種基于干細胞的過程。研究發(fā)現(xiàn)，鹿茸的再生是由頂端的生長中心驅(qū)動的，該中心的軟骨膜是由角柄骨膜（Pedicle Periosteum，PP）細胞增殖分化而來[33]。鹿茸PP細胞增殖能力很強，且具有多重分化潛能，在體外能夠被誘導(dǎo)分化成軟骨和骨細胞、脂肪細胞、神經(jīng)樣細胞和肌肉細胞[34,35]。因此，PP細胞屬于鹿茸干細胞，是鹿茸再生的細胞基礎(chǔ)[36]。此外，研究表明，PP是由生茸區(qū)骨膜（Anterogenic Periosteum，AP）直接衍生而來的[37]。AP細胞也具有很強的自我更新能力，是鹿茸干細胞的一種。

鹿茸干細胞為再生醫(yī)學(xué)提供了新的研究思路，但是鹿茸干細胞快速增殖而不發(fā)生癌變的調(diào)控機制目前還不清楚，其研究意義重大。

3 展望

鹿茸每年循環(huán)再生，為再生醫(yī)學(xué)研究提供了良好的模型。研究表明，鹿茸軟骨是非常獨特的軟骨組織，鹿茸的獨特性使其成為軟骨再生與修復(fù)機制研究的重要模型。此外，快速生長期鹿茸細胞快速增殖而不癌化的特性也使其成為癌癥治療研究的重要模型。

鹿茸雖然可以為多種疾病治療和研究提供依據(jù)，但是目前鹿茸再生和快速生長的調(diào)節(jié)機理仍不清晰。參與鹿茸生長的因子繁多，鹿茸內(nèi)部的調(diào)控機制也非常復(fù)雜，這些因子在鹿茸生長發(fā)育過程的具體機制仍需進一步探索。