高齡是人類大多數(shù)慢性病與功能缺陷的主要風險因素，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，生命老化的基本機制仍不明確。細胞衰老能阻止受損細胞擴增，細胞衰老也是限制腫瘤細胞惡性增殖的一種機制。但是在不同的組織和器官內(nèi)，衰老細胞會隨著年齡的增加而積聚，由于衰老細胞可以表達釋放許多有害物質(zhì)，會影響到周圍組織細胞的結(jié)構(gòu)和功能。考慮到衰老細胞積累是衰老及相關(guān)疾病的重要病理基礎(chǔ)，設法清除這些細胞能緩解某些衰老相關(guān)疾病，也能延長早衰動物壽命，那么清除衰老細胞能否延緩正常衰老速度，延長動物壽命。
細胞衰老是一個應激導致細胞生長停滯的生理過程。一部分發(fā)生衰老的細胞會被機體自身清除，但另一些衰老的細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特征和功能的細胞就是衰老細胞。實驗揭示，衰老細胞不僅是衰老過程的產(chǎn)物，也可能是組織器官進一步衰退的重要原因。近日，Baker等的一項研究成果表明，清除衰老細胞可延緩小鼠的衰老進程，這是首次證明去除衰老細胞對個體有益，該成果有望開辟出一條對抗衰老的新途徑。
由此我們認為，細胞衰老是一個響應刺激的生理學過程，它使細胞停止生長以應對不良后果，在這些發(fā)生了衰老的細胞中，并不是所有的都是衰老細胞，只有其中一部分會通過釋放小分子物質(zhì)導致低水平炎癥發(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胞才是衰老細胞。理解衰老細胞在細胞衰老過程中的作用并重視對它的研究和應用，將對開辟抵抗衰老的新途徑產(chǎn)生積極意義。
1、細胞衰老的過程及機制
細胞衰老是一個與機體老化相伴的漸進事件，其成因復雜，可能涉及多個過程和機制，近年來被廣泛研究。
1.1細胞衰老出現(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修復機制，細胞就會出現(xiàn)衰老。普通細胞過表達了某些致癌基因（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細胞衰老涉及信號傳導的過程
現(xiàn)有多種關(guān)于人類細胞衰老分子機制的假說，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)導通路，其中最主要的兩條分別由p53和p16/Ink4a-RB介導。
p53信號通路參與細胞衰老調(diào)控的基本過程為：
a.端粒功能異常和/或DNA損傷；
b.p53的損傷應答被激活；
c.依賴于p53信號的相關(guān)基因（如p21）進行轉(zhuǎn)錄，編碼表達一系列蛋白質(zhì)產(chǎn)物；
d.這些功能蛋白誘導細胞出現(xiàn)衰老樣生長停止。此種衰老行為并不能被促細胞分裂劑所逆轉(zhuǎn)，而只有在將p53失活的情況下，細胞才會重新進入分裂周期。
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的細胞周期調(diào)控相關(guān)蛋白p16。
p16/Ink4a-RB信號通路參與細胞衰老調(diào)控的基本過程為：
a.致癌基因表達、染色體變構(gòu)和/或多種壓力脅迫（stress）因素（如較差的細胞生長環(huán)境）；
b.p16基因被誘導表達，pRB基因被激活；
c.pRB通過異染色質(zhì)介導，在含有E2F和/或其他可能促進細胞生長的基因位點處產(chǎn)生沉默抑制作用，阻斷細胞的繼續(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，細胞也無法重新獲得生長能力。
上述兩條信號通路被認為在大多數(shù)情況下是平行的，如p53通常介導由端粒功能異常和DNA損傷引起的衰老。而p16/Ink4a-RB主要響應致癌基因表達、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)將人肺成纖維細胞的p53或pRB失活，就可以避開衰老，而p21也被部分科學家認為是p53和pRB的聯(lián)系者。
1.3細胞衰老的作用
當前對于細胞衰老作用的認識主要集中在兩個方面：一是細胞在嚴重受損后啟動應答程序，激活包括p53等在內(nèi)的效應元件，誘使細胞停止生長，阻止其向不良方向發(fā)展，這是一個積極的防御保護機制；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胞會在體內(nèi)不斷積聚，其中的衰老細胞會產(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)機體衰老。從這點上看，細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抵抗細胞衰老的途徑
已建立的抵抗細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、衰老細胞的作用
2.1衰老細胞研究的新進展
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)的衰老細胞成功延緩了衰老進程。
在該研究中，研究者首先提出假說：衰老細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，他們構(gòu)建衰老標記基因p16INK4a啟動子驅(qū)動共表達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胞中都會表達外源導入的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導致綠色的衰老細胞發(fā)生凋亡。通過這一轉(zhuǎn)基因途徑，小鼠體內(nèi)的衰老細胞被成功清除。然后他們評估了去除這些衰老細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對衰老細胞作用的新認識
上述研究首次證明了去除衰老細胞對個體有益，這有助于我們對衰老細胞形成一個全新的認識。首先，衰老細胞來源于細胞衰老的過程，但并不是所有衰老（即停止生長）了的細胞都是衰老細胞，衰老細胞必須是在形態(tài)、基因表達模式和產(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-半乳糖苷酶的表達水平升高，染色體上的分子發(fā)生磷酸化導致變構(gòu)等，更關(guān)鍵的區(qū)別在于，衰老細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)合細胞衰老的作用，我們推測，作為響應外/內(nèi)部多種刺激因素的應答過程，細胞衰老的發(fā)生對于受損組織細胞延緩衰老、防止癌變具有重要的積極作用。但細胞衰老不能使個體永生，它的產(chǎn)物——衰老細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)使得周圍的細胞開始衰老或加速癌變，最終使得整個機體發(fā)生衰老。從這一角度來看，認識到衰老細胞的重要性是開辟對抗衰老新途徑的重要一步。
3、清除衰老細胞
3.1識別衰老細胞
現(xiàn)有識別衰老細胞的方法包括：形態(tài)學觀察，衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶的表達水平，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)被認為是為識別衰老細胞提供了一個新的生物學標志。不過，上述方法僅適用于體外檢測，這阻礙了對衰老細胞的體內(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通常在衰老細胞而并不在處于靜止期或分化終末期的細胞中表達。其次，在某些細胞中激活p16Ink4a會促成衰老相關(guān)異染色質(zhì)灶的形成，后者會誘導一些參與細胞增殖前調(diào)控的關(guān)鍵基因沉默，從而導致細胞分裂停止。再者，誘導p16Ink4a表達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的表達量和活性會增加，將導致衰老組織中干/祖細胞數(shù)量減少。
現(xiàn)在，越來越多的科學家認可p16Ink4a是細胞衰老的重要調(diào)控基因，其不僅能在一定程度上反映衰老的進程，還有可能對衰老細胞再生修復產(chǎn)生影響。Baker等正是以p16Ink4a基因來標記衰老細胞，實現(xiàn)了對衰老細胞的識別。
3.2清除衰老細胞
評價衰老細胞對機體的作用，最直接的證據(jù)就是清除衰老細胞后個體的反應。Baker等通過轉(zhuǎn)基因方法，巧妙地使用衰老標記基因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)的衰老細胞就攜帶上了兩個特異性標簽，即表達Casp8蛋白和帶有綠色熒光。而一旦這些衰老細胞接觸到由腹腔注射進入體內(nèi)的Casp8活化劑AP20187，即可啟動細胞膜上Casp8的凋亡程序，使衰老細胞發(fā)生程序性死亡，從而將其特異性地清除。正是基于對衰老細胞的特異性標記和清除，研究者才完成了對去除衰老細胞后動物衰老體征的變化情況進行評估。