摘要：細(xì)胞衰老（cellular aging）是細(xì)胞在其生命過(guò)程中發(fā)育到成熟后，隨著時(shí)間的增加所發(fā)生的在形態(tài)結(jié)果和功能方面出現(xiàn)的一系列慢性進(jìn)行性、退化性的變化。細(xì)胞衰老是基因與環(huán)境共同作用的結(jié)果，是細(xì)胞生命活動(dòng)過(guò)程的客觀規(guī)律。為研究細(xì)胞衰老分子生物學(xué)機(jī)制，本文就此展開(kāi)研究。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞衰老；分子生物學(xué)；機(jī)制研究

細(xì)胞的衰老和死亡與個(gè)體的衰老和死亡是兩個(gè)不同的概念，個(gè)體的衰老并不等于所有細(xì)胞的衰老，但是細(xì)胞的衰老又是同個(gè)體的衰老緊密相關(guān)的。細(xì)胞衰老是個(gè)體衰老的基礎(chǔ)，個(gè)體衰老是細(xì)胞普遍衰老的過(guò)程和結(jié)果。

細(xì)胞衰老是正常環(huán)境條件下發(fā)生的功能減退，逐漸趨向死亡的現(xiàn)象。衰老是生界的普遍規(guī)律，細(xì)胞作為生物有機(jī)體的基本單位，也在不斷地新生和衰老死亡。生物體內(nèi)的絕大多數(shù)細(xì)胞，都要經(jīng)過(guò)增殖、分化、衰老、死亡等幾個(gè)階段?？梢?jiàn)細(xì)胞的衰老和死亡也是一種正常的生命現(xiàn)象。我們知道，生物體內(nèi)每時(shí)每刻都有細(xì)胞在衰老、死亡，同時(shí)又有新增殖的細(xì)胞來(lái)代替它們。

衰老是一個(gè)過(guò)程，這一過(guò)程的長(zhǎng)短即細(xì)胞的壽命，它隨組織種類而不同，同時(shí)也受環(huán)境條件的影響。高等動(dòng)物體細(xì)胞都有最大增殖能力（分裂）次數(shù)，細(xì)胞分裂一旦達(dá)到這一次數(shù)就要死亡。各種動(dòng)物的細(xì)胞最大裂次數(shù)各不相同，人體細(xì)胞為50～60次。一般說(shuō)來(lái)，細(xì)胞最大分裂次數(shù)與動(dòng)物的平均壽命成正比。通過(guò)細(xì)胞衰老的研究可了解衰老的某些規(guī)律，對(duì)認(rèn)識(shí)衰老和最終找到延緩或推遲衰老的方法都有重要意義。細(xì)胞衰老問(wèn)題不僅是一個(gè)重大的生物學(xué)問(wèn)題，而且是一個(gè)重大的社會(huì)問(wèn)題。隨著科學(xué)發(fā)展而不斷闡明衰老過(guò)程，人類的平均壽命也將不斷延長(zhǎng)。但也會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的社會(huì)老齡化問(wèn)題以及呼吸系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病、腦血管病、癌癥、關(guān)節(jié)炎等老年性疾病發(fā)病率上升的問(wèn)題。因此衰老問(wèn)題的研究是今后生命科學(xué)研究中的一個(gè)重要課題。

1 細(xì)胞衰老的特征

科學(xué)研究表明，衰老細(xì)胞的細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜等均有明顯的變化：①細(xì)胞內(nèi)水分減少，體積變小，新陳代謝速度減慢；②細(xì)胞內(nèi)酶的活性降低；③細(xì)胞內(nèi)的色素會(huì)積累；④細(xì)胞內(nèi)呼吸速度減慢，細(xì)胞核體積增大，核膜內(nèi)折，染色質(zhì)收縮，顏色加深。線粒體數(shù)量減少，體積增大；⑤細(xì)胞膜通透性功能改變，使物質(zhì)運(yùn)輸功能降低。形態(tài)變化總體來(lái)說(shuō)老化細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)呈退行性變化。

衰老細(xì)胞的形態(tài)變化表現(xiàn)有：①核：增大、染色深、核內(nèi)有包含物；②染色質(zhì)：凝聚、固縮、碎裂、溶解；③質(zhì)膜：粘度增加、流動(dòng)性降低；④細(xì)胞質(zhì)：色素積聚、空泡形成；⑤線粒體：數(shù)目減少、體積增大；⑥高爾基體：碎裂；⑦尼氏體：消失；⑧包含物：糖原減少、脂肪積聚；⑨核膜：內(nèi)陷。

2 分子水平的變化

①?gòu)目傮w上DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄在細(xì)胞衰老時(shí)均受抑制，但也有個(gè)別基因會(huì)異常激活，端粒DNA丟失，線粒體DNA特異性缺失，DNA氧化、斷裂、缺失和交聯(lián)，甲基化程度降低；②mRNA和tRNA含量降低；③蛋白質(zhì)含成下降，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)發(fā)生糖基化、氨甲酰化、脫氨基等修飾反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、抗原性，可消化性下降，自由基使蛋白質(zhì)肽斷裂，交聯(lián)而變性。氨基酸由左旋變?yōu)橛倚?；④酶分子活性中心被氧化，金屬離子Ca2+、Zn2+、Mg2+、Fe2+等丟失，酶分子的二級(jí)結(jié)構(gòu)，溶解度，等電點(diǎn)發(fā)生改變，總的效應(yīng)是酶失活；⑤不飽和脂肪酸被氧化，引起膜脂之間或與脂蛋白之間交聯(lián)，膜的流動(dòng)性降低。

3 細(xì)胞衰老原因

迄今為止，細(xì)胞衰老的本質(zhì)尚未完全闡明，難以給明確的定義，只能根據(jù)現(xiàn)有的認(rèn)識(shí)，從不同的角度概括細(xì)胞衰老的內(nèi)涵。細(xì)胞衰老是各種細(xì)胞成分在受到內(nèi)外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使“差錯(cuò)”積累，導(dǎo)致細(xì)胞衰老。根據(jù)對(duì)導(dǎo)致“差錯(cuò)”的主要因子和主導(dǎo)因子的認(rèn)識(shí)不同，可分為不同的學(xué)說(shuō)，這些學(xué)說(shuō)各有其理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)證據(jù)[1]。

3.1差錯(cuò)學(xué)派 有以下七種學(xué)說(shuō)，有代謝廢物積累學(xué)說(shuō)、大分子交聯(lián)學(xué)說(shuō)、自由基學(xué)說(shuō)、體細(xì)胞突變學(xué)說(shuō)、DNA損傷修復(fù)學(xué)說(shuō)、端粒學(xué)說(shuō)、生物分子自然交聯(lián)說(shuō)等。其中最主要的自由基學(xué)說(shuō)和端粒學(xué)說(shuō)。

3.1.1自由基學(xué)說(shuō) 自由基是一類瞬時(shí)形成的含不成對(duì)電子的原子或功能基團(tuán)，普遍存在于生物系統(tǒng)。其種類多、數(shù)量大，是活性極高的過(guò)渡態(tài)中間產(chǎn)物。正常細(xì)胞內(nèi)存在清除自由基的防御系統(tǒng)，包括酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)。前者如：超氧化物歧化酶（SOD），過(guò)氧化氫酶（CAT），谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GSH-PX），非酶系統(tǒng)有維生素E，醌類物質(zhì)等電子受體。機(jī)體通過(guò)生物氧化反應(yīng)為組織細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量，同時(shí)在此過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生大量活性自由基。自由基的化學(xué)性質(zhì)活潑，可攻擊生物體內(nèi)的DNA、蛋白質(zhì)和脂類等大分子物質(zhì)，造成損傷，如DNA的斷裂、交聯(lián)、堿基羥基化。實(shí)驗(yàn)表明DNA中OH8dG（8-羥基-2‘-脫氧鳥(niǎo)苷）隨著年齡的增加而增加。OH8dG完全失去堿基配對(duì)特異性，不僅OH8dG被錯(cuò)讀，與之相鄰的胞嘧啶也被錯(cuò)誤復(fù)制。大量實(shí)驗(yàn)證明實(shí)，超氧化物岐化酶與抗氧化酶的活性升高能延緩機(jī)體的衰老。Sohal等（1994、1995），將超氧化物岐化酶與過(guò)氧化氫酶基因?qū)牍?，使轉(zhuǎn)基因株比野生型這兩種酶基因多一個(gè)拷貝，結(jié)果轉(zhuǎn)基因株中酶活性顯著升高，平均年齡和最高壽限有所延長(zhǎng)。

英國(guó)學(xué)者提出的自由基理論認(rèn)為自由基攻擊生命大分子造成組織細(xì)胞損傷，是引起機(jī)體衰老的根本原因，也是誘發(fā)腫瘤等惡性疾病的重要起因。自由基就是一些具有不配對(duì)電子的氧分子，它們?cè)跈C(jī)體內(nèi)漫游，損傷任何于其接觸的細(xì)胞和組織，直到遇到如維生素C、維生素E、β-胡蘿卜素、OPC（原花青素）之類的生物黃酮等抗氧化劑將其中和掉或被機(jī)體產(chǎn)生的一些酶（如SOD）將其捕獲。自由基可破壞膠原蛋白及其它結(jié)締組織，干擾重要的生理過(guò)程，引起細(xì)胞的DNA突變。此外還可引起器官組織細(xì)胞的破壞與減少[2]。例如神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量的明顯減少，是引起老年人感覺(jué)與記憶力下降、動(dòng)作遲鈍及智力障礙的又一重要原因。器官組織細(xì)胞破壞或減少主要是由于自由基因突變改變了遺傳信息的傳遞，導(dǎo)致蛋白質(zhì)與酶的合成錯(cuò)誤以及酶活性的降低。這些的積累，造成了器官組織細(xì)胞的老化與死亡。

生物膜上的不飽和脂肪酸易受自由基的侵襲發(fā)生過(guò)氧化反應(yīng)，氧化作用對(duì)衰老有重要的影響，自由基通過(guò)對(duì)脂質(zhì)的侵襲加速了細(xì)胞的衰老進(jìn)程[3]。 自由基作用于免疫系統(tǒng)，或作用于淋巴細(xì)胞使其受損，引起老年人細(xì)胞免疫與體液免疫功能減弱，并使免疫識(shí)別力下降出現(xiàn)自身免疫性疾病。

3.1.2端粒學(xué)說(shuō) 染色體兩端有端粒，細(xì)胞分裂次數(shù)多，端粒向內(nèi)延伸，正常DNA受損。

3.2遺傳學(xué)派 認(rèn)為衰老是遺傳決定的自然演進(jìn)過(guò)程，一切細(xì)胞均有內(nèi)在的預(yù)定程序決定其壽命，而細(xì)胞壽命又決定種屬壽命的差異，而外部因素只能使細(xì)胞壽命在限定范圍內(nèi)變動(dòng)。

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編輯/蘇小梅