细胞 衰老 凋亡.doc

第一节细胞的衰老
一、早期的细胞衰老的研究
关于细胞衰老(cellular aging或cell senescence)的研究,在衰老生物学中占有特殊的地位。大量研究表明,衰老实际上也是一种细胞的重要生命活动。然而对这一问题的认识过程却是漫长而曲折的。大约在100年前,当魏斯曼提出种质不死而体质会衰老和死亡的学说时,他是将单细胞生物,特别是原生动物排除在外的。确实,当时观察到原生动物的某些无性系可以长期保持很高的分裂速度,因此关于原生动物不死的说法曾经广为流行。但以后的研究却发现原生动物的细胞分裂不是均等的,新细胞的结构成份并不是完全更新的,新细胞中也存在着老化的结构成份;少数强壮的无性系的存在并不能否定原生动物细胞衰老的事实。因此关于原生动物细胞“不死性”的说法就逐渐被废弃了,代之而起的是关于某些无性系的稳定性的观点。然而,当Carrel和Ebeling宣布他们培养的鸡心脏细胞可以无限制地生长和分裂(直到他们报告时,已连续培养了34年)时,细胞“不死性”的观点不但卷土重来,而且几乎取得了决定性的胜利。后来他们还报告说,鸡胚成纤维细胞在离体培养条件下的生长速度与培养基中加入的鸡血浆供体年龄呈负相关,似乎表明年老动物的血浆中存在有衰老因子。他们认为细胞本身不会衰老,衰老是由于环境的影响。二十世纪四、五十年代L系小鼠细胞和HeLa细胞系的建立,又使细胞“不死性”的观点的统治地位更加巩固了。根据这种观点,细胞本身没有衰老和死亡,衰老只是一种多细胞现象,多细胞生物体内观察到的细胞衰老,起因不在细胞本身,而是由于体内外环境的影响。这种观点在60年代初,主要由于Hayflick等人的工作而受到猛烈的冲击,并从根本上动摇了。
二、Hayflick界限
1961年,Hayflick和Moorhead报告说,培养的人二倍体细胞表现出明显的衰老、退化和死亡的过程[1]。若以1:2的比率连续进行传代(群体倍增),则平均只能传代40~60次,此后细胞就逐渐解体并死亡。Hayflick等的发现很快就得到许多研究者的证实。他们的工作表明,细胞,至少是培养的细胞,不是不死的,而是有一定的寿命;它们的增殖能力不是无限的,而是有一定的界限,这就是有名的Hayflick界限(Hayflick Limitation)。Hayflick等的工作是对Carrel等人坚持的关于细胞“不死性”的学说的彻底否定。此外,运用现代的培养技术并不能重复出Carrel所观察到的培养细胞无限生长的现象。Hayflick认为Carrel每次向培养基中加入的鸡胚提取物可能混杂入新鲜的细胞。而不死的HeLa细胞和L系小鼠细胞已被证明是不正常的细胞,它们的染色体数目或形态已经不同于原先的细胞了。此外,Hayflick等还发现,从胎儿肺得到的成纤维细胞可在体外条件下传代50次,而从***肺得到的成纤维细胞只能传代20次,可见细胞的增殖能力与供体年龄有关。这一现象也为许多研究者所证实。Goldstein选用了早老症(Hayflick-Guilford综合症)及Werner氏综合症患者的成纤维细胞进行培养。这两种病的患者表现出极其明显的衰老特征,例如9岁的早老症患者组织中已经有老年色素的沉积,外貌看起来就像70多岁的人那样老,通常在20岁前死去。从这种病人身上得到的成纤维细胞在体外只能传代2~4次,其DNA合成亦较少,且细胞表面不具有正常成纤维细胞所具有的HLA抗原标记。Werner氏综合症患者的成纤维细胞在体外培养条件下的行为亦大体相同。这些研究有力地说明,体外培养的二倍体细胞的增殖能力反映了它们在体内的衰老状况。Hayflick还比较了取自寿命长度不同的生物的胚成纤维细胞在体外培养条件下的传代数和寿命,发现物种寿命与培养细胞寿命之间存在着确定的相关关系,例如Galapagos龟平均最高寿命最长,达175岁,其培养细胞的传代数亦最多,达90~125次,,其培养细胞的传代次数亦少,仅14~28次。<BR>为了确定培养的人二倍体细胞的衰老是细胞本身决定的还是由于培养环境的恶化(例如培养基中营养物质的缺乏,细菌的污染或有毒物质的积累),Hayflick设计了巧妙的试验,他以间期有无巴氏小体作为供体细胞的标记,将取自老年男性个体的细胞(间期无巴氏小体)和取自年轻女性个体的细胞(间期可见巴氏小体)进行单独或混合培养,并统计其倍增次数,结果混合培养中的两类细胞的倍增次数与各自单独培养时相同,即在同一培养基中,当年轻细胞旺盛增殖的同时,年老细胞就停止生长了。这一结果有力地说明,决定细胞衰老的因素在细胞内部,而不是外部的环境。为了进一步探求体外培养的二倍体细胞衰老表达的控制机理,Wright和Hayflick用细胞松弛素B处理细胞,然后离心以除去细胞核,得到胞质体(cyto