高齡是人類大多數(shù)慢性病與功能缺陷的主要風(fēng)險因素，但在加緊研發(fā)延緩甚至徹底阻止衰老病癥、延長健康生命尺度方法的同時，生命老化的基本機(jī)制仍不明確。細(xì)胞衰老能阻止受損細(xì)胞擴(kuò)增，細(xì)胞衰老也是限制腫瘤細(xì)胞惡性增殖的一種機(jī)制。但是在不同的組織和器官內(nèi)，衰老細(xì)胞會隨著年齡的增加而積聚，由于衰老細(xì)胞可以表達(dá)釋放許多有害物質(zhì)，會影響到周圍組織細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。考慮到衰老細(xì)胞積累是衰老及相關(guān)疾病的重要病理基礎(chǔ)，設(shè)法清除這些細(xì)胞能緩解某些衰老相關(guān)疾病，也能延長早衰動物壽命，那么清除衰老細(xì)胞能否延緩正常衰老速度，延長動物壽命。
細(xì)胞衰老是一個應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞生長停滯的生理過程。一部分發(fā)生衰老的細(xì)胞會被機(jī)體自身清除，但另一些衰老的細(xì)胞會隨著時間的推移在體內(nèi)積累增多，并分泌一些免疫刺激因子，導(dǎo)致低水平炎癥發(fā)生，引起周圍組織衰老或癌變，這類具有特殊生物學(xué)特征和功能的細(xì)胞就是衰老細(xì)胞。實驗揭示，衰老細(xì)胞不僅是衰老過程的產(chǎn)物，也可能是組織器官進(jìn)一步衰退的重要原因。近日，Baker等的一項研究成果表明，清除衰老細(xì)胞可延緩小鼠的衰老進(jìn)程，這是首次證明去除衰老細(xì)胞對個體有益，該成果有望開辟出一條對抗衰老的新途徑。
由此我們認(rèn)為，細(xì)胞衰老是一個響應(yīng)刺激的生理學(xué)過程，它使細(xì)胞停止生長以應(yīng)對不良后果，在這些發(fā)生了衰老的細(xì)胞中，并不是所有的都是衰老細(xì)胞，只有其中一部分會通過釋放小分子物質(zhì)導(dǎo)致低水平炎癥發(fā)生，誘使臨近組織衰退或癌變，最終將個體引向衰老，這類起特殊作用的細(xì)胞才是衰老細(xì)胞。理解衰老細(xì)胞在細(xì)胞衰老過程中的作用并重視對它的研究和應(yīng)用，將對開辟抵抗衰老的新途徑產(chǎn)生積極意義。
1、細(xì)胞衰老的過程及機(jī)制
細(xì)胞衰老是一個與機(jī)體老化相伴的漸進(jìn)事件，其成因復(fù)雜，可能涉及多個過程和機(jī)制，近年來被廣泛研究。
1.1細(xì)胞衰老出現(xiàn)的誘因
已有研究表明，多種內(nèi)外刺激均可誘發(fā)衰老，其中最主要的誘因是由環(huán)境危害、遺傳缺陷或內(nèi)源性因素等造成的DNA斷裂和氧化損傷。一旦這些損傷威脅到整個DNA修復(fù)機(jī)制，細(xì)胞就會出現(xiàn)衰老。普通細(xì)胞過表達(dá)了某些致癌基因（如Ras/Raf/MEK/ERK信號級聯(lián)通路上的一些活性元件）或染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，如端?？s短，也會衰老。
1.2細(xì)胞衰老涉及信號傳導(dǎo)的過程
現(xiàn)有多種關(guān)于人類細(xì)胞衰老分子機(jī)制的假說，如氧化性損傷、端粒長度、發(fā)育程序、線粒體DNA（mtDNA）、沉默信息調(diào)節(jié)蛋白復(fù)合物和關(guān)鍵基因（如SGS1、WRN）等，涉及包括Wnt/β-catenin，PI3K/Akt，F(xiàn)oxO，SIR2。1等在內(nèi)的多條信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，其中最主要的兩條分別由p53和p16/Ink4a-RB介導(dǎo)。
p53信號通路參與細(xì)胞衰老調(diào)控的基本過程為：
a.端粒功能異常和/或DNA損傷；
b.p53的損傷應(yīng)答被激活；
c.依賴于p53信號的相關(guān)基因（如p21）進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，編碼表達(dá)一系列蛋白質(zhì)產(chǎn)物；
d.這些功能蛋白誘導(dǎo)細(xì)胞出現(xiàn)衰老樣生長停止。此種衰老行為并不能被促細(xì)胞分裂劑所逆轉(zhuǎn)，而只有在將p53失活的情況下，細(xì)胞才會重新進(jìn)入分裂周期。
人類p16Ink4a基因的正式名稱是周期素依賴性蛋白激酶抑制劑2A，又稱多腫瘤抑制因子-1，其編碼一個含156個氨基酸殘基，分子質(zhì)量為16ku的細(xì)胞周期調(diào)控相關(guān)蛋白p16。
p16/Ink4a-RB信號通路參與細(xì)胞衰老調(diào)控的基本過程為：
a.致癌基因表達(dá)、染色體變構(gòu)和/或多種壓力脅迫（stress）因素（如較差的細(xì)胞生長環(huán)境）；
b.p16基因被誘導(dǎo)表達(dá)，pRB基因被激活；
c.pRB通過異染色質(zhì)介導(dǎo)，在含有E2F和/或其他可能促進(jìn)細(xì)胞生長的基因位點處產(chǎn)生沉默抑制作用，阻斷細(xì)胞的繼續(xù)分裂。在Rb參與的衰老調(diào)控中，即使采用將p53或/和pRB失活的方式，細(xì)胞也無法重新獲得生長能力。
上述兩條信號通路被認(rèn)為在大多數(shù)情況下是平行的，如p53通常介導(dǎo)由端粒功能異常和DNA損傷引起的衰老。而p16/Ink4a-RB主要響應(yīng)致癌基因表達(dá)、染色質(zhì)斷裂和各種壓力脅迫等事件，這或是有利于受損細(xì)胞幾乎無一例外地被衰老程序所捕獲。但近年的一些研究發(fā)現(xiàn)，上述兩條信號通路也有重疊和交叉的部分，如通過同源重組技術(shù)將人肺成纖維細(xì)胞的p53或pRB失活，就可以避開衰老，而p21也被部分科學(xué)家認(rèn)為是p53和pRB的聯(lián)系者。
1.3細(xì)胞衰老的作用
當(dāng)前對于細(xì)胞衰老作用的認(rèn)識主要集中在兩個方面：一是細(xì)胞在嚴(yán)重受損后啟動應(yīng)答程序，激活包括p53等在內(nèi)的效應(yīng)元件，誘使細(xì)胞停止生長，阻止其向不良方向發(fā)展，這是一個積極的防御保護(hù)機(jī)制；另一方面，隨著年齡的增長，那些因發(fā)生衰老而停止生長的細(xì)胞會在體內(nèi)不斷積聚，其中的衰老細(xì)胞會產(chǎn)生降解酶或釋放炎癥因子，破壞臨近組織結(jié)構(gòu)和功能，誘發(fā)機(jī)體衰老。從這點上看，細(xì)胞衰老雖有利于個體在年輕時期抵御傷害，但對于晚年累積性的衰老或癌癥卻難以再發(fā)揮作用。
1.4抵抗細(xì)胞衰老的途徑
已建立的抵抗細(xì)胞衰老的方法主要基于基因、蛋白質(zhì)和小分子藥物三個層次。王寶恒等研究了壽命相關(guān)基因LASS1與神經(jīng)元衰老的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)某些長壽保障基因可能會是抵抗細(xì)胞衰老的分子靶點。彭琪等探討了去乙?；窼irtuin與衰老的關(guān)系，指出其家族成員SIRT1和SIRT6等在抗衰老過程中發(fā)揮重要作用，Sirtuin酶有望成為衰老相關(guān)疾病的新型治療靶點。而高凌云等分析了近年發(fā)現(xiàn)的一些可延緩衰老的小分子物質(zhì)，如丙戊酸和雷帕霉素，總結(jié)出篩選和研制可治療衰老相關(guān)性疾病的小分子物質(zhì)是一條新途徑。
2、衰老細(xì)胞的作用
2.1衰老細(xì)胞研究的新進(jìn)展
近日，Baker等完成了一項有關(guān)衰老的重要研究，他們通過清除小鼠體內(nèi)的衰老細(xì)胞成功延緩了衰老進(jìn)程。
在該研究中，研究者首先提出假說：衰老細(xì)胞在器官中的積聚是引致動物衰老的原因。根據(jù)這一假設(shè)，他們構(gòu)建衰老標(biāo)記基因p16INK4a啟動子驅(qū)動共表達(dá)FKBP-Casp8及EGFP的質(zhì)粒，將這一質(zhì)粒注入小鼠受精卵并篩選出其發(fā)育而來的生殖系統(tǒng)中整合有這一質(zhì)粒的小鼠，將這些小鼠的子代（即INK-ATTAC轉(zhuǎn)基因小鼠）與易發(fā)生衰老的BubR1H/H小鼠雜交得到BubR1H/H；INK-ATTAC小鼠模型，該小鼠易發(fā)生衰老并且理論上在全身的衰老細(xì)胞中都會表達(dá)外源導(dǎo)入的FKBP-Casp8和EGFP基因。小分子靶向基因合成藥物AP20187可激活凋亡相關(guān)蛋白Casp8導(dǎo)致綠色的衰老細(xì)胞發(fā)生凋亡。通過這一轉(zhuǎn)基因途徑，小鼠體內(nèi)的衰老細(xì)胞被成功清除。然后他們評估了去除這些衰老細(xì)胞后小鼠的三項主要衰老體征，包括肌肉萎縮、皮膚褶皺和白內(nèi)障的形成。通過與對照組比較，研究者發(fā)現(xiàn)，藥物處理組的小鼠表現(xiàn)出了較對照組更強(qiáng)的對抗衰老所致紊亂的耐受力——小鼠沒有患上白內(nèi)障，避免了隨年齡增長出現(xiàn)的肌肉萎縮，并能在滾輪中鍛煉更長的時間，此外，受試小鼠保持了較豐厚的皮下脂肪層，只產(chǎn)生了較少的皺紋。不過研究結(jié)果也表明，清除衰老細(xì)胞并不能扭轉(zhuǎn)衰老，受試小鼠的壽命與對照組相比并沒有明顯的延長。
2.2對衰老細(xì)胞作用的新認(rèn)識
上述研究首次證明了去除衰老細(xì)胞對個體有益，這有助于我們對衰老細(xì)胞形成一個全新的認(rèn)識。首先，衰老細(xì)胞來源于細(xì)胞衰老的過程，但并不是所有衰老（即停止生長）了的細(xì)胞都是衰老細(xì)胞，衰老細(xì)胞必須是在形態(tài)、基因表達(dá)模式和產(chǎn)物、染色體結(jié)構(gòu)等方面具有一定的特殊性，如形態(tài)上變得扁平，體積增大，胞質(zhì)空泡化，核質(zhì)比及線粒體質(zhì)量增加，p53和/或p16/Ink4a-RB信號通路上的相關(guān)基因活化，β-半乳糖苷酶的表達(dá)水平升高，染色體上的分子發(fā)生磷酸化導(dǎo)致變構(gòu)等，更關(guān)鍵的區(qū)別在于，衰老細(xì)胞會釋放小分子物質(zhì)對周圍組織產(chǎn)生不良影響。其次，結(jié)合細(xì)胞衰老的作用，我們推測，作為響應(yīng)外/內(nèi)部多種刺激因素的應(yīng)答過程，細(xì)胞衰老的發(fā)生對于受損組織細(xì)胞延緩衰老、防止癌變具有重要的積極作用。但細(xì)胞衰老不能使個體永生，它的產(chǎn)物——衰老細(xì)胞一方面自身停止生長，在組織器官中積聚，延遲消亡，另一方面又通過釋放小分子物質(zhì)使得周圍的細(xì)胞開始衰老或加速癌變，最終使得整個機(jī)體發(fā)生衰老。從這一角度來看，認(rèn)識到衰老細(xì)胞的重要性是開辟對抗衰老新途徑的重要一步。
3、清除衰老細(xì)胞
3.1識別衰老細(xì)胞
現(xiàn)有識別衰老細(xì)胞的方法包括：形態(tài)學(xué)觀察，衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶的表達(dá)水平，p53及p16/Ink4a-RB信號通路的活化情況和酌-H2AX染色等。有研究者在衰老的人二倍體成纖維細(xì)胞核中觀察到呈點狀聚集的特征性異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，即衰老相關(guān)異染色質(zhì)灶，該發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是為識別衰老細(xì)胞提供了一個新的生物學(xué)標(biāo)志。不過，上述方法僅適用于體外檢測，這阻礙了對衰老細(xì)胞的體內(nèi)研究。
迄今已先后有多項研究證明p16Ink4a與衰老相關(guān)。首先，p16Ink4a通常在衰老細(xì)胞而并不在處于靜止期或分化終末期的細(xì)胞中表達(dá)。其次，在某些細(xì)胞中激活p16Ink4a會促成衰老相關(guān)異染色質(zhì)灶的形成，后者會誘導(dǎo)一些參與細(xì)胞增殖前調(diào)控的關(guān)鍵基因沉默，從而導(dǎo)致細(xì)胞分裂停止。再者，誘導(dǎo)p16Ink4a表達(dá)的主要因素包括培養(yǎng)/生存環(huán)境壓力脅迫，染色體端粒受損或DNA損傷等，而這些也正是衰老的誘因。并且，在嚙齒類動物和人的身上，隨著年齡的增長p16Ink4a的表達(dá)量和活性會增加，將導(dǎo)致衰老組織中干/祖細(xì)胞數(shù)量減少。
現(xiàn)在，越來越多的科學(xué)家認(rèn)可p16Ink4a是細(xì)胞衰老的重要調(diào)控基因，其不僅能在一定程度上反映衰老的進(jìn)程，還有可能對衰老細(xì)胞再生修復(fù)產(chǎn)生影響。Baker等正是以p16Ink4a基因來標(biāo)記衰老細(xì)胞，實現(xiàn)了對衰老細(xì)胞的識別。
3.2清除衰老細(xì)胞
評價衰老細(xì)胞對機(jī)體的作用，最直接的證據(jù)就是清除衰老細(xì)胞后個體的反應(yīng)。Baker等通過轉(zhuǎn)基因方法，巧妙地使用衰老標(biāo)記基因p16Ink4a啟動子來驅(qū)動凋亡相關(guān)基因Caspase8（Casp8）和報告基因EGFP，這樣轉(zhuǎn)基因小鼠體內(nèi)的衰老細(xì)胞就攜帶上了兩個特異性標(biāo)簽，即表達(dá)Casp8蛋白和帶有綠色熒光。而一旦這些衰老細(xì)胞接觸到由腹腔注射進(jìn)入體內(nèi)的Casp8活化劑AP20187，即可啟動細(xì)胞膜上Casp8的凋亡程序，使衰老細(xì)胞發(fā)生程序性死亡，從而將其特異性地清除。正是基于對衰老細(xì)胞的特異性標(biāo)記和清除，研究者才完成了對去除衰老細(xì)胞后動物衰老體征的變化情況進(jìn)行評估。