為何細胞總是老化？

1882年，德國生物學家Weismann曾大膽預測“在細胞水平存在老化現象"。他推測：機體的壽命限制受控于體細胞的分裂能力；在遺傳進化中，不同物種的體細胞獲得了不同分裂的潛能，從而決定了不同物種的壽命長短。

20世紀50年代，Swin和他的同事利用原代細胞體外培養試驗證明了來源于不同物種的纖維細胞均不具備無限分裂的潛能。取得突破性進展的還是Hayflick和Moorhead，他們做了更系統更細致的觀察和描述，他們對25株人成纖維細胞進行原代培養，在這個過程中發現，經過約50次傳代之后，所有細胞出現功能退化，并且喪失分裂能力的現象。此后人們將這一現象稱之為“Hayflick極限"或者自發性老化。之后也有事實證明，細胞老化并不是體外培養所導致，細胞在體內也會隨著年齡的增長，逐步走向老化。

長期的細胞周期阻滯是老化細胞的基本特征，也是體外鑒定細胞老化*的指標。為了檢查細胞是否躍出了細胞周期，人們通常檢測增殖指示分子Ki-67的表達豐度；或者通過將與胸腺嘧啶相似的溴脫氧尿嘧啶（Bromodeoxyuridine，BrdU）摻入到細胞培養基中，觀察是否有新的DNA合成。細胞老化主要表現為G1期阻滯，個別情況下也可伴隨G2/M期周期阻滯，或直接由G2/M期阻滯誘發形成。

雖然由于細胞周期的中斷和DNA復制的停止，老化細胞內的DNA含量與正常細胞類似，但 RNA與蛋白質豐度均比正常細胞要明顯升高。這是因為，盡管細胞進入老化階段后蛋白質的整體合成速率降低，但是蛋白質的降解體系受到更加明顯的抑制，導致蛋白質在細胞內持續堆積。

無論是原代細胞或是細胞株，在細胞培養過程中細胞老化現象是存在且常見的，但卻容易被操作人員忽略，老化的細胞會出現的特征包括：細胞增殖變慢、細胞核體積異常及多核（4-8核）、表面分泌物增多、細胞體積增大、細胞扁平、細胞質中出現空泡等現象。

圖1  實心箭頭指示的是發生細胞老化的HEK293細胞，SA-β-gal染色陽性，而空心箭頭指的是未發生老化的細胞。

圖2  被染上藍色的是發生老化的MSC細胞, 未被染色的是未發生老化的細胞。

由圖片可以看出老化細胞體積增大、細胞扁平。