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1、 细胞衰老概括【引言】人体衰老的实质即为细胞衰老，当前科学家无不探究着生命的奇迹意欲找出防止细胞衰老而延缓生命的方式，然而细胞衰老一方面对人体有着不可替代的作用，领一方面 又不为人们所接受。 【The advantage of cell senescence】1.细胞衰老可抑制肝脏纤维化 人类繁殖后期（postreproductive）的生命通常与衰退、能力丧失联系在一起，细胞中称为衰老（senescence）的状态，即细胞衰老与此相似。然而近期来自美国冷泉港实验室、霍德华休斯医学院、巴西圣保罗大学研究人员发现一类特殊的衰老肝脏细胞能调控活体小鼠中一系列的生命活动，抑制纤维化（fibrosis
2、）这是肝脏遇到急剧伤害的时候作出的自然反应。 这一惊人的发现是由这一研究团队去年将肝脏细胞衰老与抵抗肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的器官功能联系在一起的技术获得的。这一研究成果公布在8月22日的细胞（Cell）1杂志上。 这项研究成果首次证明了细胞衰老在非癌症性病理中的特殊作用，CSHL研究小组认为这有助于针对一些严重肝脏疾病的前体，譬如肝硬化提出新的治疗方法肝硬化是美国第12种最常见的致死疾病。 在Scott W.Lowe博士等人就发现细胞衰老机制会让癌细胞停止生长，并且他们成功的让癌细胞在进行治疗后处于无法复制的细胞衰老阶段，并显现出良好的效果。在那项研究
3、中，研究人员还进一步找出了这个使细胞停止生长的分子机制，即细胞衰老是由于一些特殊的染色体区域被紧密的包裹在异染色质内所致。研究人员将这些新发现的区域命名为“衰老相关异染色质基因座”（senescenceassociated heterochromatic foci，SAHF）。 去年研究小组又发现诱导衰老的细胞衰老能够有效预防自发性癌症。衰老细胞有异常染色体，上面携带机能不良的端粒和较短的末端，在肿瘤抑制子p53缺失时促进肿瘤发生，可能与老年人癌症高发性有关。研究人员认为衰老途径的活化，足够抑制原发性肿瘤，说明通过阻止细胞增殖，p53介导的衰老是抑制衰老细胞形成肿瘤的一个重要机制。 而近期Lo
4、we研究小组的有关肝脏疾病的相关衰老研究分成了两个不同的方向：哪些伤害对于肝脏组织而言是急性，哪些则是慢性，这种对照性的实验有助于发现衰老是如何帮助抑制损伤的，以及衰老过程是如何和何时被肝脏受到的慢性伤害“打垮”的。 在针对第一项的研究中，研究人员对小鼠肝脏施用一种毒素急性伤害，发现了与之前实验的一致的结果：在细胞纤维化增多之后， 出现肝细胞死亡（纤维化是小鼠，人类中都存在的应对组织损伤的一种天然反应）。之后的研究就越来越有趣了，Lowe博士说，“我们观测到肝脏星状细胞（Hepatic stellate cells，HSC）出现增殖激增之后，我们发现这些细胞为了避免更多纤维化反应，最终走向衰老
5、，从肝脏中清除了出去。” 而在慢性伤害的实验中比如由酒精中毒，慢性肝炎，或者脂肪肝引起的肝脏伤害，研究人员发现相对于清除，小鼠会产生更多的衰老细胞，Lowe认为，这导致“持续性炎症反应， 以及增加的纤维化”这是一种在一些病例中导致癌变的状态。 从这两种实验结果来看，研究人员认为，对于慢性伤害，纤维化如何导致肝硬化是遗传突变，以及其它引发肝癌的细胞转化的一个诱导条件（predisposing condition）。而急性伤害实验则表明未来针对刺激免疫细胞（靶向纤维损伤的衰老细胞）的治疗，也许对于患有急性肝脏损伤的病患提供一种有效的治疗方法，尤其是哪些早期受到了短期毒性成分的影响的肝脏损伤。2.细
6、胞衰老对肿瘤的促进作用 肿瘤是一种典型的年龄相关性疾病，多在老年人发生2,3，1961年Hayflick在对体外培养细胞研究中发现细胞有增殖极限的现象，称之为细胞衰老。目前研究细胞衰老大多集中在对细胞周期机制、自由基及DNA损伤与衰老的关系、衰老的端粒学说、线粒体与衰老、衰老相关基因和长寿基因、细胞信号转导等方面。在对肿瘤和衰老的研究中，人们发现二者的形成过程似乎有一个此消彼长、相互排斥的关系，细胞的衰老可能成为肿瘤形成的天然屏障。大量证据已经显示，细胞除了可以通过凋亡或自杀来抑制肿瘤形成外，还可以通过衰老阻止细胞分裂，进而抑制肿瘤(1)细胞衰老抑制肿瘤发生发展的主要途径 细胞衰老抑制肿瘤发生
7、发展的机制主要有两方面4：端粒途径，主要依赖于P53信号通路；以积累性应激损伤为主的P16RB通路及非端粒途径的P53通路。研究认为5，端粒缩短启动衰老是ATM/ATRP53P21通路调节的DNA损伤反应。在衰老机制中，端粒的作用仅是一方面，除此之外尚存在其他多种非端粒信号通路，如应激引起的信号通路、癌基因及有丝分裂原通路等。其中癌基因诱导细胞衰老与肿瘤的关系成为研究者关注的热点。(2)癌基因诱导细胞衰老的研究 (2).1 癌基因诱导细胞衰老的既往研究 Serrano等6通过实验发现，用HRas(V12)可诱导啮齿动物和人类细胞早衰，因为Ras信号分子存在于RafMekErk通路上，故此通路中
8、的其他信号分子，如Raf、Mek等亦可诱导细胞衰老。后来Zhu等7在人肺成纤维细胞实验中，通过活化Raf1导致了细胞短暂而不可逆的增殖抑制和早衰反应。他们还发现Raf1引起了RafMekErk激酶级联反应，其结果是P16INK4a表达增加、细胞增殖抑制及细胞衰老。后来较多实验810也证实了此观点，即体外培养的细胞可以在癌基因诱导下发生衰老。 (2).2 癌基因诱导细胞衰老的新近研究 由于以前的研究仅限体外细胞培养，近期报道3,1115显示，该方面的研究已经深入到体内实验。Collado等12用KrasV12癌基因在大鼠体内复制了多发性肺腺瘤及腺癌模型，在腺瘤中检测到几种衰老标志物，而腺癌中则缺
9、乏。进一步他们在皮肤及胰腺组织实验中，得出了相同结论，即内源性癌基因Ras相关肿瘤的癌前病变中，有衰老细胞存在，而相应的恶性肿瘤中几乎没有衰老细胞。同时，用基因芯片对一系列基因进行检测后发现，这些基因的表达与ERK蛋白诱导衰老高度相关，检测到的衰老相关分子标记有P16INK4a、P15INK4b（CDKN2B）、Dec1（BHLHB2）、Dcr2（TNFRSF10D）以及经典的细胞衰老标志物SA Gal（衰老相关半乳糖苷酶）和HP1(衰老相关异染色质灶)。因此，研究者认为，癌基因诱导衰老的效应分子P16INK4a或P53存在于癌前病变中，癌组织中则缺失，而且没有衰老细胞存在。 BRAF癌基因是
10、MAPK信号传导通路上Ras下游的传递因子，主要存在于神经来源的肿瘤组织，如良、恶性黑素细胞瘤、甲状腺瘤、卵巢癌等。Michaloglon等13在良性黑素细胞瘤实验中，探索衰老与肿瘤的关系时发现，在培养的人黑素细胞及成纤维细胞中，突变基因BRAFV600E可导致短暂的细胞增殖，随后引起细胞衰老及P16表达增加。这种衰老样细胞周期抑制可被病毒癌基因SV40大T抗原所拮抗，其机制可能与SV40大T抗原使P53或Rb失活有关。另外发现痣中的P16表达具有异质性，且其消除对衰老毫无影响，这些细胞中也没有明显的端粒缩短现象，这提示在没有端粒及P16参与的情况下，可能还有其他导致细胞衰老的机制存在。 Pt
11、en是存在于许多肿瘤中的抑癌基因，在敲除Pten基因的鼠前列腺实验中，Chen等14发现在癌前病变或低度恶性肿瘤组织中有衰老标志物的表达，而高度恶性的肿瘤组织则没有表达。对这些Pten缺陷的动物细胞进行培养，能使其进入衰老状态，但又可以被P53失活所逆转，说明Pten缺陷时P53参与了细胞衰老抑制肿瘤这一过程。这一结论与以前发现的人早期前列腺癌表达衰老标志物，而高度恶性癌不表达衰老标志物相一致。 Suv39h1是一种组蛋白甲基转移酶，在衰老细胞中可以使促生长基因的异染色质沉默。Braig等15在持续表达致瘤性Ras（EuNRas ）的EuNRas鼠淋巴瘤的研究中发现，淋巴瘤细胞对化疗药表现出衰
12、老反应，而当Suv39h1缺陷时，则未见衰老反应。因此证实，Ras诱导的细胞衰老可以抑制淋巴瘤的形成和发展，但必需Suv39h1的参与。而且实验结果显示，在Rb促细胞衰老过程中，亦需Suv39h1参与，如果其缺陷，Rb则不能促进细胞衰老，可能与生理情况下Suv39h1与Rb结合导致DNA包装异常有关。以往实验1215中研究者均发现，癌基因诱导的细胞衰老主要存在与癌前病变中，它可以阻止癌前病变向恶性肿瘤进展，进一步证实，癌基因活化后可诱导癌前病变中的细胞衰老，细胞衰老可以做为防止细胞增殖和肿瘤发生发展的有效途径。另外，衰老是有分子异质性的，对于不同的刺激物，不同类型的细胞，细胞衰老将经历不同的途
13、径。(3)临床方面 临床上也有关于细胞衰老与肿瘤关系的一些研究，如Poele16等对曾进行过化疗的乳腺癌患者的肿瘤标本进行免疫组化染色后发现，SA Gal、P53及P16INK4a表达均增高，而在未经化疗药物治疗的肿瘤组织及瘤周正常组织中表达相对较低。之后，Roberson等在实验中亦证实了此观点。临床研究表明，肿瘤细胞中的不同衰老调控基因的表达对应了不同的预后，清楚的了解这些基因表达情况及其调控机制将有助于制定新的肿瘤化疗方案，以提高治愈率和降低副作用。(4)癌基因诱导细胞衰老抑制肿瘤的主要机制 癌基因诱导衰老主要涉及两个细胞信号通路，ARFP53P21和P16INK4aRb通路11。p53
14、和Rb基因是最重要的两个抑癌基因，也是最主要的衰老调控因子。既往研究肯定了P53能够调控肿瘤细胞的凋亡，新近研究显示，高度活化的p53也可以促进细胞衰老18。许多研究认为，P53在促进细胞衰老中可以上调P21,后者通过抑制CDK2/Cyclin E及CDK4/Cyclin Ds等细胞周期调节因子的活性来抑制细胞增殖。另外，CDKs的活性抑制还可以引起pRB的低磷酸化，促进细胞衰老。调节P53的因子很多19，正性调节因子如ARF（在人和鼠分别是P14ARF和P19ARF）、PML、PTEN、NPM及P33ING1，负性调节因子有E3泛素连接酶MDM2、PIRH2和COP1。除p53外，Rb也是调
15、节衰老的一个重要因子，但此方面的研究相对较少。但目前已知，上调Rb的因子包括P16INK4a和上游调控分子Bmi1、CBX7、ID1、Tts119，下调因子有P21及P27等9。(5)细胞衰老对肿瘤的促进作用 拮抗性多效（antagonistic pleiotropy）进化理论认为，衰老在早期可以保护机体不致于发生肿瘤，而到老年期则促进衰老表型，促使肿瘤形成1。细胞分裂达到一定限度时，就进入衰老阶段。尽管衰老的细胞不能像正常细胞一样增殖，但是它们仍然保持着代谢活性，并且还可以产生具有抑制和促进肿瘤生长的活性蛋白质。衰老细胞随着增龄而积累，产生胞外基质重构酶、炎性细胞因子及上皮生长因子等。这些因子能够破坏局部组织微环境、刺激邻近细胞增殖和恶性进展，较多研究2023都证实了此观点。所以肿瘤的发生既可因衰老不足，也可因衰老过度而发生，如何平衡两者之间的矛盾，值得进一步深入研究。 癌前病变是一个细胞病理学概念，是一类具有细胞不典型性和分化异常的增生性病变。癌前病变具有和肿瘤相类似的生物学特征，如基因异常改变、细胞凋亡功能失常和细胞表型异常，因此，它有发展成肿瘤细胞的潜在
