不同物种器官的再生潜能差异巨大。绝大多数哺乳动物的器官在发育成熟后便失去了完全再生的能力,仅保留局部细胞或组织的修复能力,导致外伤,疾病或衰老后引发多种不可逆的退行性病变,承受极大痛苦。尽管物种间器官再生的潜能差异巨大,能再生的器官种类也不近相同,不同的再生过程却具有一定的相似性,因此不同器官再生过程的比较是近年来学术界的研究热点和前沿问题。然而,现有器官再生模式生物多为蝾螈、斑马鱼等进化水平较低的动物,且普遍缺少多种器官同时再生的能力,导致目前相关研究仍局限于低等动物,跨物种器官再生过程的比较,为哺乳动物器官再生机理机制的揭示带来进化及种间差异的干扰。鹿科动物（Cervidea）绝大多数物种的雄性个体均具有季节性换毛及每年再生鹿茸的能力,可在自然状态下实现骨质附属器官——鹿茸,及迷你器官——毛囊的周期性完全再生,是极为罕见的同时具有两种器官完全再生能力的哺乳动物。为我们提供了独一无二的研究同一哺乳动物不同器官再生过程的机会。本论文选择东北梅花鹿作为鹿科动物器官再生模型的代表,建立了参与毛囊和鹿茸再生关键细胞的体外培养体系,并对细胞进行了细胞形态,生物学功能及转录组三方面的综合性比对分析,所得结果如下:1.建立了真皮毛乳头细胞（DerPC）的体外培养体系,并以此为基础构建出DerPC两种固定生长模式:失去生毛能力的单层贴壁2维（2 dimensional,2D）生长模式及具有生毛能力的3维（3 dimensional,3D）立体球状生长模式。发现培养条件的改变可实现两种生长模式间的互换。DerPC表达间充质干细胞（MSC）特异性抗体及Nestin蛋白,3D形态的DerPC增殖能力较2D形态有所降低,但再生能力得以恢复。正在聚集的DerPC（MDP）及已聚集成球的DerPC（ADP）具有更为相近的基因表达模式,2D形态的DerPC（UDP）具有相对独立的基因表达模式。317个在ADP中上调表达的差异基因（DEGs）主要富集于细胞黏附及ECM代谢等功能通路。ECM代谢相关基因主要来自collagen家族及MMPs家族,包括COL7A1、COL4A5、MMP9等,其表达水平的上调也许是导致DerPC恢复再生能力的重要因素。发现UDP,MDP及ADP共表达11个DEGs,其中碱性磷酸酶在成球过程中的上调表达可能对DerPC再生能力的恢复起到重要作用。2.建立了角柄骨膜细胞（包括休眠区角柄骨膜细胞,DPC;致敏区角柄骨膜细胞,PPC）的体外培养体系。发现DPC与PPC无明显形态结构,增殖效率,干细胞集落数量和直径,Nestin蛋白和MSC经典标记物的表达,以及DEG数量的明显差别。更换至MSC条件培养基后,DPC和PPC均可自发聚集生长并最终形成3D细胞球,且细胞球的直径及数量无显著差别。DPC与PPC的共表达基因多达3007个,主要富集于RNA剪接,转录调控及转录后修饰,PI3K-Akt信号通路,Ras-MAPK信号通路等功能通路。3.建立了鹿茸骨膜细胞（AnPC）的体外培养体系。发现AnPC的增殖效率较DPC、PPC显著降低,且经历连续传代后,AnPC的增殖效率显著下降。AnPC也可表达MSC特异性抗体及Nestin蛋白,形成干细胞标志性集落,但MSC标志物的染色强度及阳性率,集落数量及直径均较PPC和DPC显著降低。在更换至MSC条件培养基后,AnPC也可自发聚集生长并最终形成3D细胞球,且干性随细胞球的形成而显著增强,但细胞球直径及数量较DPC和PPC显著降低。转录组比较结果表明,AnPC与DPC、PPC共存在1270个DEGs,包含726个上调DEGs及544个下调DEGs。在AnPC中上调表达的DEGs主要富集于促进血管生长（包括VEGFA,NRP1,FOXC2等）,神经发育（包括WNT5A,WNT2,SOX11等）和膜内成骨（包括USP34,MACF1,WNT16等）相关功能通路。AnPC增殖速度及干性的降低可能是导致鹿茸骨膜较角柄骨膜再生能力下降的重要原因。另一方面,AnPC可能通过促进血管生长,神经发育以及膜内成骨等方式对再生鹿茸的快速发育起到重要作用。4.将DerPC,PPC和AnPC的转录组进行比对后发现,PPC与AnPC具有更为相近的基因表达模式,DerPC的基因表达模式则相对独立。DerPC,PPC及AnPC存在1490个共表达基因,主要富集于RNA代谢,细胞周期,以及蛋白质运转等基因功能簇。DerPC,PPC及AnPC的互作共表达基因主要富集于RNA结合的调控,细胞质翻译起始复合物的形成,蛋白酶体等功能通路。最终挖掘得到3个核心互作共表达基因:UBC、RELA和PSMD4。其中UBC被预测主要表达于细胞溶质、细胞核、核内体、内质网、线粒体、胞外及细胞膜,RELA及PSMD4表达于细胞溶质及细胞核。PPC及AnPC存在1565个较DerPC上调表达的DEGs,主要富集于钙离子调控及免疫应答等功能簇。在PPC及AnPCs中上调表达的互作基因主要富集于钙离子调控,免疫细胞的激活与应答,破骨细胞分化等功能通路。最终挖掘得到18个核心互作基因,包括CFP、LCK、FYN等。958个DerPC较PPC及AnPC上调表达的基因主要富集于指导管状结构的发展,指导上皮管状结构形成分枝,胰岛素信号通路等功能簇。在DerPC中上调表达的互作基因主要富集于分枝结构的形态发生,上皮管体的分枝形态形成,黏着斑等功能通路。最终挖掘得到4个核心互作基因:ITGB1、LAMA1、ITGA1及THBS1。以上结果表明,DerPC,PPC及AnPC共同表达RNA、蛋白质的运输与代谢等维持干细胞自我更新及多能性的基因。DerPC特异性表达大量指引毛囊再生及毛囊典型结构形成的基因,PPC和AnPC则特异性表达大量成骨及免疫调控等骨再生相关基因。综上所述,本文为调控毛囊及鹿茸再生过程的关键性细胞:DerPC,PPC及AnPC建立了体外培养体系,并进行了较为全面的形态学,生物学功能及转录组的比较研究,发现这些细胞具有一定的内在相似性:如2D培养环境下呈现相同的类成纤维细胞形态,皆表达MSC特异性标志物,可自发聚集生长,以及共表达大量维持干细胞多能性及自我更新的基因。差异基因的表达则使DerPC与两种骨膜细胞走向参与不同器官再生的命运。这些发现为基于成体干细胞的哺乳动物器官再生研究提供了详实的基础数据,建立的体外培养系统为研究哺乳动物跨器官再生提供了充足的细胞种子资源。