细胞过密会导致细胞衰老吗

第一节　细胞的衰老

衰老(aging，senescence)又称老化，通常是指在正常状况下生物发育成熟后，随年龄增加，自身功能减退，内环境稳定能力与应激能力下降，结构、组分逐步退行性变，趋向死亡的不可逆转的现象。

一、细胞的寿命

机体的细胞不断衰老与死亡，同时又不断有细胞增殖与新生，呈动态平衡。对多细胞生物而言，细胞的寿命、衰老、死亡与机体的寿命、衰老和死亡是不同的概念。机体内个别细胞，甚至是某些器官组织中的许多细胞衰老与死亡，只要不发生在重要器官或组织，并不影响机体的生命。其实，机体内有些细胞的衰老、死亡与更新是很频繁的，例如表皮细胞、部分血细胞等;相反，如果与生命活动密切相关的细胞大量衰老或死亡，如心肌细胞、神经细胞等，就会影响机体的寿命。但从某种意义上讲，机体衰老是以细胞总体的衰老为基础的，并且细胞衰老与机体衰老有一定的关系。例如，利用6岁母羊乳腺细胞核通过移核技术出生的克隆羊“Dolly”与同龄羊相比，提前出现了衰老现象。

体内各种细胞本身寿命差异很大。一般来说，能够保持继续分裂能力的细胞不容易衰老，如造血干细胞、肠隐窝干细胞、表皮生发层细胞等;而分化程度高又不分裂的细胞，如成熟红细胞等寿命则相对较短，容易发生衰老和死亡。各种细胞寿命差异如表12-1所示。

表12-1　动物细胞的一般寿命

与活体细胞有一定寿命一样，离体细胞也有一定的寿命，其寿命长短并不取决于培养的天数，而是取决于培养细胞的平均代数亦即群体倍增次数。体外培养实验充分证明，成纤维细胞在体外培养中细胞的平均代数越多，该动物寿命相应也越长，衰老速度亦相对缓慢(表12-2)。

表12-2　体外培养的胚胎成纤维细胞的平均培养代数与寿命关系

从表12-2可以看出，通过对某动物成纤维细胞在体外培养中群体倍增的次数可大致估计该动物的寿命长短。在同一种动物中，由于个体健康状况以及年龄等的差异亦可导致体外培养成纤维细胞平均寿命的不同。例如，一个人的胚胎成纤维细胞可传40～60代，出生至15岁则只可培养20～40代，15岁以上则减至10～30代。再例如，早老症(Hutchinson-Gilford progeria syndrome)患者临床表现为少年秃发、老年容貌、早发性动脉粥样硬化等症状，平均寿命仅16岁左右;相应的，该患者的成纤维细胞在体外只能传2～10代(图12-1)。

图12-1　早老症患者

二、细胞衰老的表现

细胞衰老主要表现为对环境变化适应能力的降低和维持细胞内环境恒定能力的降低。不仅形态、结构发生改变，分子水平的变化也显而易见。

首先，在结构上表现为退行性变化:细胞数目减少、细胞体积缩小，细胞内水分减少，从而使得原生质硬度增加，造成细胞收缩，失去正常形态。在原生质改变的同时，细胞核也发生固缩，结构不清，染色质加深，细胞核与细胞质比率减小或核消失。细胞内出现色素或蜡样物质如脂褐素等沉积，皮肤细胞中这类物质沉积便形成人们所常说的“老年斑”。人们发现新生小鼠的神经元100％无脂褐素，而24月龄者约20％神经元中有脂褐素，原因是脂褐素一般存在于细胞溶酶体内，组成成分约为60％蛋白质、25％脂类和10％糖。如细胞衰老时，溶酶体的功能降低，从而不能将摄入细胞的大分子物质分解成可溶性分子排出，继而堆积在胞质内而形成。也有人认为这是由于溶酶体内缺少某些脂类代谢所需要的酶造成的。

其次，伴随着细胞的衰老，细胞内各种大分子的组成也发生改变。如蛋白质合成下降，细胞内蛋白质发生糖基化、氨甲酰化、脱氨基等修饰反应，导致蛋白质稳定性、抗原性、可消化性下降;自由基使蛋白质多肽断裂、交联而变性;氨基酸由左旋变为右旋;酶分子的活性中心被氧化，金属离子Ca²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺等丢失，酶分子的二级结构、溶解度、等电点发生改变，总的效应是酶失活。从总体上DNA复制与转录在细胞衰老时均受抑制，但也有个别基因会异常激活，端粒DNA丢失，线粒体DNA特异性缺失，DNA氧化、断裂、缺失和交联，甲基化程度降低。mRNA和tRNA含量降低。脂类的不饱和脂肪酸被氧化，引起膜脂之间或与脂蛋白之间交联，膜的流动性降低。

此外，衰老时细胞集落形成率下降，每单位时间进入S期的细胞数减少，衰老细胞增殖速度下降可能不是由于分裂周期时间的普遍延长，而是由于极为缓慢地通过G1期的细胞数目增多或是完全停止，细胞周期循环的G0期细胞增多，而其他细胞仍以正常的速度进行循环。