细胞衰老cell ageing

细胞代谢活动能力降低、分解大于合成、生理功能减弱、形态结构出现退化现象，称之为细胞衰老。是细胞发展过程中的必然规律。不同类型的细胞其衰老进程很不一致，一般情况下寿命长的细胞，衰老变化出现的慢，如神经细胞和心肌细胞等；寿命短的细胞，衰老较快，如红细胞和表皮的上皮细胞等；某些分裂频数高的细胞或世代时间短的细胞，几乎不显衰老现象。细胞衰老在形态上可表现为萎缩（体积变小）；核固缩（变小）、着色变深、结构不清、核仁消失；细胞浆相对增多，含水量降低出现凝胶状态，并可出现空泡；酶的含量减少，酶的活性减低；脂类增多，常出现脂滴；线粒体出现膨胀；高尔基体断裂成为碎片等。在衰老的神经细胞和心肌细胞中可见脂褐素颗粒，可能是蓄积的代谢产物，并随其衰老逐渐增多。临近死亡的细胞其形态变化更加明显，细胞内的结构模糊不清，核浓缩、崩溃、溶解等。细胞死亡后其中有些成分重新被利用，有些成分被自身酶系统溶解，有些被吞噬细胞清除。细胞除正常衰老外，有很多因素可使细胞提前衰老和死亡，如各种化学物品中毒、金属中毒、放射性损害、微生物代谢产物毒害、缺乏必要的营养物质、内外环境不佳等等。

细胞衰老

细胞在其生命周期的开始阶段，细胞物质的形成超过降解，这时细胞分裂增长；到生命周期稍晚些时，形成与降解趋于平衡，生长与增殖停止； 在细胞周期的最后阶段，降解逐渐超过形成，细胞走向衰老，此期细胞在形态、生理和生化等方面的变化称为细胞的衰老变化。
多细胞生物在衰老过程中并非所有细胞都产生衰老变化。从发育的观点可将体内细胞大体分为生长性分裂间细胞；分化中分裂间细胞；可逆性分裂间细胞； 短寿固定分裂后细胞； 长寿固定分裂后细胞五类。前两类细胞发育程度不同，但均处于分裂间期，可继续分裂，如不受损伤也不进行分化则不衰老，如骨髓的主干细胞、血球母细胞、精原细胞、精母细胞等属此类。可逆性分裂后细胞为高度分化的成熟细胞，如成纤维细胞、软骨和硬骨细胞、内皮细胞及可再生的肝细胞等。如无刺激因素这类细胞不再分裂，但很少研究它是否衰老。后两种固定分裂后，细胞都已高度分化，不再分裂，且很少保持分裂能力，唯存活时间不同。短寿者来源于分化中的分裂间细胞，存活一定时期即以不同方式为新的同类细胞所替换，这种暂时性细胞不具有普遍意义的衰老现象。如胃肠道分泌酶，酸及粘液的上皮细胞和血液中红、白细胞等即是。长寿固定分裂后细胞是从胚胎时期形成的，存活时间较长，大多数与机体寿命相等。最典型的是神经细胞。分裂能力有限的肌细胞也属此类。在长期保持代谢及其特殊生理功能的过程中，这类高度分化的细胞可能产生一些与年龄成线性关系的变化。这些伴随机体衰老出现的变化，即是细胞的衰老变化。概言之，细胞的衰老可以从两方面来理解： 一方面主要指固定分裂后细胞在机体衰老时所发生的变化，这时细胞代谢的主要方面趋于细胞物质的破坏，在结构与组成上也有一些改变。另一方面指细胞水平的衰老，主要为衰老在细胞内的原发性变化，这与机体的生长与分化密切相关，但同机体的衰老未必同步。如在发育中的胚胎及变态中的动物都有不少地方可见到细胞大量死亡。在成熟的个体的短寿固定分裂后细胞，如血液红、白细胞，也在不断更新。它们在死前都有退化变性的过程。
体内细胞的衰老变化，从形态上看，包括细胞数量的减少，细胞器的改变以及脂褐素的堆积。细胞数量的减少，最突出的是卵母细胞。新生儿每侧卵巢有15万～50万个卵母细胞，青春期后逐渐减少，绝经期前约为34,000个。妇女一生除排出近400个成熟卵外，其余卵母细胞都以闭锁形式相继消失。闭锁的机理不清楚，是有待研究的一种特殊类型的衰老过程。细胞减少现象在神经系统也较普遍而更复杂。如大脑某些区域皮质的锥体细胞、小脑Pur-kinje细胞、脑干的某些神经核细胞及脊神经节细胞都随增龄而减少，但减少的程度、速度与时间并不一致，且似有区域特异性。中年以后运动及感觉功能减退可能与这种减少有关。
细胞器的衰老变化主要表现为线粒体、Golgi体、内质网及胞核的变化。肝细胞在衰老时线粒体也有类似变化。在同样缺氧情况下，高龄大鼠与低龄大鼠相比，其心肌与自主神经节细胞的线粒体嵴和基质较少、体积膨胀。老年人B淋巴细胞内线粒体有时膨胀，失去嵴而代之以髓样板层结构或低密度的物质。衰老动物线粒体虽然在化学组成与低龄动物相比较少差异，但功能下降。这与线粒体数量减少及形状上的异常有一定关系。Golgi体的衰老变化在神经细胞内表现为碎不成网，且改变原来的核周位置，在心肌细胞内表现为Golgi复合体的增多。
在衰老的脑垂体前叶促性腺激素分泌细胞的内质网有明显的小池样空隙。神经细胞丰富的粗面内质网随增龄而失去其典型结构，这同光镜下所见的衰老变化，即Nissl小体减少，胞质嗜碱性降低是一致的。胞核的衰老变化主要表现在核内Feulgen阳性反应的染色质减少，反应出核酸合成在不断变化。核膜内陷形成皱壁也较常见。胞核体积缩小，核糖核酸(RNA)平均含量下降。老年人大脑皮质神经细胞胞核的脱氧核糖核酸 (DNA)比年轻人同类胞核的DNA多29对碱基，认为这是染色质基本结构改变的证据。
脂褐素堆积是在分裂后细胞衰老中比较普遍的现象。在骨胳肌、心肌及神经细胞中尤为突出。脂褐素 (或称消耗色素、老年色素)在不同动物及不同器官内结构与组成不尽相同，但其含量随增龄而增加则是一致的。脂褐素为自发荧光的褐色颗粒，具有脂类的染色特性，电镜下可见脂褐素外周有一单层膜包围，内为嗜锇 (Os) 性物质，直径0.5～2.5μm，内部有时含电子透明区或板层结构。组织化学的研究认为脂褐素为不断降解的蛋白质与不断自氧化的不饱和脂肪形成的交联多聚体。其随年龄增加的速度因不同细胞不同动物而异。如人类小脑Pur-kinje细胞内脂褐素的增加速度为海马回锥体细胞的1/10；人类心肌内脂褐素增加速度为狗心肌的1/5。脂褐素的来源众说纷纭。多认为来自线粒体，但因脂褐素内含有一些与溶酶体相同的酶，如碱性磷酸酶和组织蛋白酶等，故也有人认为溶酶体参与脂褐素形成。脂褐素堆积是否会使细胞某些功能下降，目前说法不一。脂褐素堆积现象由于除老年细胞外在少数疾病中也出现，因此还不能肯定它完全无害。实验证明，缺乏维生素E可使低龄动物提早出现脂褐素。某些药物，如氯酯醒等，可以抑制脂褐素在神经细胞内形成，并在个别情况下有改善功能的迹象。
研究离体细胞的衰老变化有利于测定环境因子的效应，而且条件单纯，也便于判明内在的衰老变化。如在培养基中加入老鸡血清可使培养的细胞生长速度变慢，且寿命缩短。这表明老鸡血清内存在某种抑制物，不利于离体培养的细胞，特别是一些主干细胞也可能有不良影响。用培养细胞还发现当不同种动物的成纤维细胞在培养中用紫外线照射后，取自长寿动物的细胞比取自短寿动物者有更多修复的DNA。在物种进化中长寿动物富于DNA修复能力，因而在自然选择中得以适应。长期以来人们相信离体的细胞在培养中可以无限地繁殖下去。从六十年代起，Hayflick从培养人的成纤维细胞的一系列工作中证明正常细胞离体培养时，经过约五十代分养后即衰老死亡。他认为是细胞衰老的内在过程在起作用。他把死亡以前分裂能力渐衰的几代称为第三期(Phase Ⅲ )，相当于衰老期。这些研究工作认为胞质内荧光颗粒增加，核朊粒的RNA减少，横嵴完整的线粒体比例减少等，颇与前述细胞在体内的情况相似。其它不少代谢及细胞参数的变动，如DNA含量、合成及修复其复制能力等参数的下降对于从分子水平探求衰老机理很有意义。