衰老与凋亡：细胞命运的决斗还是互补？

摘要

介绍

半个多世纪前，Hayflick和Moorhead证明，培养中的原始人类细胞复制能力有限¹在经历有限数量的分裂后，这些细胞进入永久的细胞周期停滞，随后称为复制或细胞衰老。他们假设细胞衰老是导致生物体衰老过程的一个模型-微观过程。他们还注意到，癌细胞在培养中无限期分裂，这表明复制性衰老在预防癌症中起着作用。

在发现端粒侵蚀和端粒酶之前，导致衰老的细胞内信号一直很模糊。端粒是组成许多线性染色体末端的重复DNA序列，可以保护它们免受降解和重组。由于DNA复制的生物化学性质，端粒在每次细胞分裂时都会受到侵蚀：使用基于RNA的启动滞后链和DNA聚合酶的单向性。因此，端粒被认为是决定细胞在达到复制性衰老之前可以经历的分裂数的“分子钟”²端粒酶——一种在许多人类干细胞和癌细胞中表达的酶^三，以及广泛的鼠标⁴-将端粒DNA重复序列添加到端粒中，并能够赋予培养中几种类型的原代细胞无限分裂潜能，包括成纤维细胞⁵没有端粒酶，端粒会变得极短，并失去其保护功能⁶引发DNA损伤反应（DDR），上调细胞周期进展抑制剂，从而影响并加强衰老生长停滞⁷.

复制性衰老的概念为理解驱动衰老的信号通路建立了一个框架。损伤传感器蛋白，如人类细胞复制性衰老中的ATM，识别短端粒等应激并激活主调节器（通常通过ATM依赖性磷酸化激活p53），进而上调细胞周期阻滞效应器⁸p19的作用也可以稳定p53^阿尔夫（第14页^阿尔夫泛素连接酶MDM2的抑制剂，靶向p53进行降解。然而，ATM可以抑制某些癌细胞中的ARF，因此对细胞周期进程的最终影响取决于上游信号之间的平衡⁹.

p21是一种细胞周期依赖性激酶抑制剂（CDKi），负责细胞周期的初始阻滞，是衰老细胞中p53转录活性的最重要靶点之一。p21介导的细胞周期阻滞可以暂时缓解低至中度损伤的细胞，防止DNA复制不利条件下的S期进入¹⁰如果损伤被成功修复，细胞可能会恢复短暂中断的细胞周期。然而，长时间的停搏会导致CDKi p16的上调^{墨水4a 11}，激活转录调节器Rb。延长的p16^墨水4a这种表达导致永久性细胞周期停滞，通常含有2N G1 DNA。Nakanishi及其同事最近利用FUCCI报告系统监测活细胞的周期阶段，发现导致DDR的衰老刺激也会导致有丝分裂“跳过”和G1期阻滞，4N DNA含量¹².

衰老细胞随着机体老化而积累，但端粒侵蚀并不是唯一的原因^13,14其他与DDR有关的应激，如暴露于氧化剂、γ射线、UVB光和DNA损伤化学疗法，都可能导致衰老。致癌Ras的过度表达导致培养细胞因过度增殖初期诱导的DNA损伤而衰老，支持衰老是癌前或潜在肿瘤细胞增殖的障碍这一观点¹⁵其他致癌基因，如BRAF^{V600E版本 16}以及PTEN等肿瘤抑制因子的丢失¹⁷，也促进衰老，但通过与Ras截然不同的增殖独立机制。BRAF公司^V600E版本-诱导衰老涉及多种机制，包括抑制代谢酶丙酮酸脱氢酶¹⁸，直接激活p16^{墨水4a 19,20}以及IL-6和IL-8的上调²¹而PTEN的丢失通过mTORC1导致衰老¹⁷这些结果表明，尽管通过不同的信号途径发挥作用，但不同的致癌刺激可以诱导不可逆的衰老状态，称为致癌诱导衰老（OIS）。需要进一步的工作来确定这些“刺激-特异性途径”是否是不同的，或是由多种类型的衰老所共享的（侧栏A）。例如，丙酮酸脱氢酶在复制性衰老或PTEN缺失诱导的衰老中受到抑制吗¹⁸? 无论信号通路有何差异，Ras过度表达、BRAF突变和Pten缺失最终都会激活常见的衰老效应器，如p19^阿尔夫和第16页^{墨水4a 22}这些细胞培养结果表明，衰老是转化的障碍，并得到了缺乏p19的小鼠的研究支持^{阿尔夫 23}或p16^{墨水4a 24}易患癌症。

许多导致DDR的刺激也可以诱导凋亡，这是一种程序性细胞死亡。细胞凋亡会清除受损或癌前细胞，这表明它应该比衰老更有能力限制肿瘤的发生（边栏A）。鉴于衰老细胞积极分泌一系列细胞因子、趋化因子和基质重塑酶，即所谓的衰老相关分泌表型（SASP），这一预期尤其正确^25,26或衰老信息分泌体（SMS）²⁷许多SASP因子被认为负责刺激先天免疫系统清除衰老细胞，或激发自分泌信号以维持衰老状态，因此也具有促肿瘤特性²⁵的确，衰老细胞会促进乳腺癌的生长和侵袭^28,29和间皮瘤细胞³⁰通过SASP。

鉴于衰老似乎是一种不完善的肿瘤抑制机制，它与凋亡相比有什么优势？衰老和细胞凋亡之间的选择是如何决定的？指导我们对这些问题进行第一次调查的是两项研究，这两项研究表明衰老是胚胎发生的一个非必要但不可或缺的部分，胚胎发生是每个后生动物生命中的一个阶段，也依赖于细胞凋亡（边栏a）。

发育与应激诱导的衰老和凋亡

细胞凋亡体内最初与病理学有关，被确定为肝损伤期间非坏死细胞死亡的一种形式³¹Sulston及其同事首次发现线虫胚胎发育过程中非病理过程中的细胞凋亡秀丽隐杆线虫这种有机体经历了一个固定的、由遗传决定的胚胎发生期，在此期间，每一个发育中的雌雄同体都会通过凋亡而损失131个细胞，其中大部分是神经元³²许多细胞凋亡的分子效应物，包括胱天蛋白酶，是通过破坏这一过程的诱变筛选发现的³³虽然细节不同，例如，巨噬细胞吞噬哺乳动物中的凋亡碎片，而非特异性邻近细胞在线虫中起着这种作用，大多数因子在C.雅致屏幕上有人类和老鼠的同源物³⁴.

在发育过程中，细胞凋亡在功能上也是保守的。胚胎中大量产生的许多细胞随后被凋亡消除。这些细胞包括男性的乳腺组织³⁵和指间织带³⁶同样，外周传入神经元从脊神经节延伸出来的数量远远超过了它们的目标，因此只有那些成功接触肌肉或皮肤的神经元才能避免凋亡死亡³⁷因此，细胞凋亡通过以最直接的方式改变细胞结构来调节胚胎中的模式：细胞死亡（边栏A）。

最近，有三组科学家发现细胞在发育过程中会衰老。Rajagopalan和Long发现，胚胎外胎盘滋养层细胞分泌的HLA-G通过结合受体CD158d诱导邻近NK细胞衰老³⁸来自这些衰老细胞的SASP在培养中促进血管管的形成，并被假设为驱动胎盘血管化体内此外，两组独立报告胚胎存在衰老。Serrano及其同事鉴定了小鼠和人类胚胎内淋巴囊和中肾的衰老，并确定其具有类似于细胞凋亡的形态发生作用³⁹他们提出，细胞衰老，随后巨噬细胞介导的衰老细胞清除或附近细胞过度生长，改变细胞结构，导致组织模式。Keyes及其同事发现了顶端外胚层嵴和神经底板衰老的证据，并提出这些细胞的SASP诱导组织重塑⁴⁰所有三组均发现p21，而非p16^墨水4a，是细胞周期阻滞的关键执行者，与p16结合^墨水4a-相关蛋白p15^墨水4b第15页^墨水4b-阳性细胞分布于中肾和内淋巴囊。巨噬细胞清除胚胎中的衰老细胞^39,40而负责清除胎盘中衰老NK细胞的细胞类型尚不清楚。然而，内淋巴囊中的免疫清除是不必要的，在那里，衰老细胞被分裂的相邻细胞过度生长³⁹.

总之，这些研究表明，胚胎发生期间的细胞衰老是一种程序化的短暂现象，通过SASP促进组织重塑或通过清除改变细胞数量（侧栏a）。

在年轻成人中，也存在短暂的衰老细胞。这并不是说衰老细胞周期阻滞是可逆的，而是这些细胞与胚胎中的细胞具有类似的短暂目的：SASP指导组织修复和再生^41,42像发育中的衰老一样，免疫监视在这些细胞的程序化功能完成后清除这些细胞。胚胎和成人中的短暂衰老细胞可以称为“急性衰老细胞”，尽管所涉及的分子途径略有不同（图​（图1）。1). 高龄时，衰老细胞可能因以下几个因素积聚：免疫功能下降⁴³，将p53稳定到导致凋亡死亡所需水平的能力下降⁴⁴或未达到细胞死亡阈值的大分子损伤的缓慢积累¹⁴这些“慢性衰老细胞”可能通过SASP（侧栏A）促进肿瘤发生和组织功能障碍，从而损害机体。

在单独的窗口中打开

图1

发育和成人衰老

在发育过程中以及在健康成年人中，细胞可以经历急性衰老，这是一种生理上正常的永久性细胞周期停滞。在胚胎和胎盘中，这些细胞分泌信号分子作为SASP的一部分，以促进形态发生。通过免疫清除导致的细胞死亡也通过凋亡来补充细胞死亡，从而改变发育中组织的细胞数量。在成人中，急性衰老细胞通过与胚胎不同的分子机制发挥抑制肿瘤发生和促进伤口修复的作用。一旦出现免疫功能障碍，通常通过免疫监测清除的急性衰老细胞可能会长期存在。由于它们也降低了将p53稳定到凋亡所需水平的能力，未被免疫系统杀死的衰老细胞可能会导致肿瘤发生和组织功能障碍。有关定义，请参阅术语表，有关详细信息，请参阅文本。

成人细胞凋亡与衰老

尽管最近的研究表明，在p21基因敲除的动物中，胚胎中的单个细胞是否面临着凋亡和衰老这两种不同的命运，以及如何在两者之间作出决定，但尚不清楚^39,40这一观察结果增加了衰老和凋亡途径同时参与某些过程或应激反应的可能性，并且每种细胞类型的特定接线决定了哪些结果是衰老或凋亡最先发生（侧栏A）。在这里，我们关注成年动物以及培养的体细胞衰老和凋亡之间选择的细胞自主特征。这种命运选择中出现的分子因素是p53-p21轴的活性、PTEN-PI3K-AKT-mTOR的信号作用以及大分子损伤的程度（图​（图22).

在单独的窗口中打开

图2

加强细胞周期阻滞、衰老和凋亡之间选择的信号通路

路径的颜色如下：以灰色表示停止，以橙色表示衰老，以红色表示凋亡。箭头的重量反映了压力的程度。已知p16-RB和p53-p21通路对细胞应激反应很重要。激活p16、p53或两者的决定取决于应激水平和细胞类型。低水平的p16促进短暂性停搏，而高水平则导致衰老。低水平的p53，具有瞬时动力学和K161/K162乙酰化，促进细胞周期阻滞和衰老。高水平的p53、K117乙酰化，以及p53四聚体中DNA结合域的协同作用，直接或通过阻断前衰老信号，导致凋亡基因的转录和随后的凋亡。有关定义，请参阅术语表，有关详细信息，请参阅文本。

衰老中的细胞凋亡抵抗或敏感性

如果衰老和凋亡真的是细胞命运的另一种选择，那么有一种假设是，促衰老的细胞变化具有积极的抗凋亡作用，并且衰老细胞对凋亡具有抵抗力（图​（图3）。三). Seluanov及其同事为复制性衰老HDF中存在的凋亡抵抗提供了有力证据，他们表明这是通过p53信号传导发生的。他们发现，早期传代WI-38细胞在放线菌素D、低剂量顺铂或UVB照射下发生p53依赖性凋亡，而高剂量顺铂和足叶乙甙则发生p53诱导性凋亡。当衰老细胞受到p53依赖性凋亡刺激时，它们反而发生坏死⁹²衰老细胞中p53的外源性表达恢复了其进行p53依赖性凋亡的能力。衰老细胞对p53依赖性药物的反应与早期传代细胞相似，表明衰老细胞的凋亡抵抗可能由p53信号的改变介导。支持这一观点，暴露于Fas配体诱导衰老和非衰老WI-38细胞p53依赖性凋亡的程度相同⁹³.

在单独的窗口中打开

图3

衰老和凋亡之间的相互作用是细胞类型特异性的

导致凋亡的途径用红色表示，那些导致凋亡抵抗的途径用橙色表示，那些使内皮细胞对凋亡敏感的途径用蓝色表示。（A） 衰老的成纤维细胞对p53介导的凋亡刺激，如放线菌素D和低剂量顺铂，以及对依赖p53靶基因的星形孢菌素等刺激具有抗性。这种耐药性可以用衰老细胞稳定性下降导致的低p53水平以及衰老特异性p53翻译后修饰的存在来解释。衰老细胞和非衰老细胞对p53非依赖性凋亡刺激具有相似的敏感性。（B） 衰老的内皮细胞对凋亡的敏感性增加。衰老内皮细胞失去eNOS表达，并表达生存前NO水平降低。这种eNOS丢失可能是由于正调节因子AKT的丢失，或负调节因子的上调，如小窝蛋白-1。然而，AKT水平在复制性衰老过程中增加，因此衰老内皮中PTEN/PI3K/AKT信号的问题尚未解决。有关定义，请参阅术语表，有关详细信息，请参阅文本。

凋亡抵抗的结果也可能是细胞存活，而不是坏死细胞死亡。轻度H诱导衰老₂O（运行）₂促进生存而非凋亡，以应对凋亡刺激，如UVB⁹⁴或高剂量H₂O（运行）₂ ⁵³部分是通过上调抗凋亡BCL-2，尽管全球抑制性表观遗传改变⁹⁵像UVB，高剂量H₂O（运行）₂上调p53⁵³导致p53依赖性细胞凋亡⁹⁶同样，复制性衰老的人成纤维细胞通过维持高水平的BCL-2来抵抗细胞凋亡⁹⁷这种衰老细胞中抗凋亡蛋白的上调可能解释了staurosporine耐药性^93,98,99Staurosporine以p53诱导的依赖性方式触发细胞凋亡，表明衰老过程中p53的改变不能直接导致这种耐药性。然而，staurosporine需要PUMA在MEF中执行凋亡¹⁰⁰和人类结肠癌细胞⁹⁹BCL-2的过度表达抵消了癌细胞中促凋亡基因PUMA和NOXA¹⁰¹在衰老过程中也会发生类似的过程。

不仅成纤维细胞可以逃避凋亡死亡。复制性衰老的原代角质形成细胞上调NF-κB，以抵抗UVB诱导的凋亡，而永生化的HaCat角朊细胞仍然对凋亡敏感¹⁰²此外，当角质形成细胞在汇合后进入G0时，它们会对UVB产生抗性。退出细胞周期也被证明会导致结肠癌细胞株的凋亡抵抗，但这一现象尚未得到广泛研究¹⁰³与合流相似，细胞周期延长可以通过延长修复损伤的时间来促进对凋亡的抵抗。与这种情况一致，晚期传代的非基因人类成纤维细胞（具有延长的细胞周期）上调BCL-XL并抵抗UVB诱导的凋亡¹⁰⁴因此，通过延长或退出G0来调节细胞周期，是有关衰老细胞抗凋亡研究中的一个混淆因素，从而排除了有关衰老影响的确切结论就其本身而言.

与成纤维细胞和角质形成细胞相比，衰老内皮细胞更容易发生凋亡。例如，传代复制性衰老的猪肺动脉内皮细胞比早期传代时发生更多自发凋亡，BCL-2减少，BAX表达增加¹⁰⁵衰老的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）对外源性神经酰胺C2的反应同样会增加凋亡死亡¹⁰⁶相反，与早期传代的人包皮成纤维细胞相比，以相同方式处理的衰老人包皮纤维细胞对该化合物具有抵抗力¹⁰⁶据报道，外源性神经酰胺C2引起的细胞凋亡是p53依赖性的，尽管在辐射诱导的细胞凋亡中，神经酰胺C2的产生是p53非依赖性的¹⁰⁷.

成纤维细胞对细胞凋亡的敏感性随着传代次数的增加而降低，而HUVEC对细胞凋亡的敏感性随着传代次数的增加而增加¹⁰⁸，显示抗凋亡内皮一氧化氮合酶（eNOS）活性降低^109–112霍夫曼及其同事将NO生成减少归因于AKT减少¹⁰⁸磷酸化并激活eNOS¹¹³其他机制也可能与内皮细胞衰老有关，例如eNOS负调控因子小窝蛋白-1水平升高¹¹²PTEN/PI3K/AKT通路活性在辐照内皮细胞衰老过程中降低¹¹⁴和暴露于高糖的HUVECs¹¹⁵然而，AKT活性在内皮细胞的复制衰老过程中升高，其抑制作用延长了复制寿命在体外 ¹¹⁶因此，衰老内皮细胞和成纤维细胞对凋亡敏感性的差异可能反映了这些细胞调节eNOS等生存前因子的方式不同，或者PTEN/PI3K/AKT途径如何随着衰老而改变。

由于低形态等位基因（BubR1^高/高)在生命早期的几个组织中积累衰老细胞¹¹⁷并迅速发展进步型表型¹¹⁸.BubR1型^高/高通过p16基因消融阻止小鼠发育衰老细胞^墨水4a这些表型出现的时间延迟；然而，它们仍然在p16早期死亡^墨水4a-BubR1耗竭的独立影响¹¹⁷第16页^墨水4a-使用INK-ATTAC转基因可以从BubR1亚型小鼠中有效清除阳性细胞，其中p16的片段^墨水4a启动子用于驱动药物诱导型caspase-8/FKBP融合蛋白在衰老细胞中的表达。服用合成药物AP20187会导致FKBP结构域二聚化，迫使caspase-8活化和凋亡死亡。

p16的间隙^墨水4a-阳性细胞以这种方式也会延迟进行性表型的发展¹¹⁹在BubR1中经历衰老并表达INK-ATTAC转基因的细胞类型^高/高脂肪和肌肉分别被定义为脂肪祖细胞/干细胞和纤维脂肪祖细胞¹²⁰虽然很容易得出结论，这些细胞对凋亡死亡没有抵抗力，因为凋亡程序可以通过caspase-8二聚体启动，但caspase-9的作用是衰老细胞中所描述的任何凋亡抵抗变化的下游。然而，这些结果导致了BubR1^高/高INK-ATTAC小鼠通过证明衰老细胞可以发生凋亡，为开发衰老细胞杀伤疗法带来了希望体内用适当的刺激。

组织内的衰老信号

细胞凋亡导致吞噬细胞以不刺激炎症的方式快速清除功能失调的细胞¹²¹另一方面，衰老细胞分泌的促炎症生长因子和细胞因子有可能产生延长的旁分泌信号。通过这种方式，与衰老细胞的双细胞自主和非自主性质相比，凋亡几乎可以被视为一种细胞内机制。新的数据表明，衰老细胞的存在比凋亡更具优势，因为衰老细胞具有与其他细胞沟通的能力，这增加了组织内衰老细胞发出的信号既有益又有害的可能性（边栏A）。

衰老程序在各种良性和恶性前期病变中被激活体内以细胞自主方式限制肿瘤进展^16,122–124然而，SASP的各种成分通过其在局部微环境中诱导血管生成、上皮-间充质转化和分化的能力，促进癌前细胞生长或侵袭^{25,29,125–127}这些作用显然是促癌的，因此是SASP的有害副作用。

然而，一些研究表明，SASP并不总是致癌的¹²⁸首先，SASP可以增强和维持衰老细胞培养模型中的衰老状态^21,129–131第二，SASP通过吞噬作用或细胞毒性介导的杀伤作用，通过一个包括先天免疫反应和适应性免疫反应的“衰老监测”过程，吸引免疫系统清除癌前和已建立的肿瘤细胞^132–134癌基因诱导的癌前肝细胞呈现衰老细胞的许多特征，包括高水平的p16^墨水4ap21和衰老相关（SA）-β-半乳糖苷酶活性。据认为，这些细胞产生SASP，启动CD4⁺-T细胞介导的适应性免疫反应，随后清除这些癌前病变。此外，Ras诱导的肝癌小鼠模型中p53的重新激活导致现有肿瘤的快速消退。令人惊讶的是，肿瘤并不是通过凋亡而被消除的，而是通过细胞衰老和SASP而被消除，这与肉瘤小鼠模型的观察结果一致¹³⁵肝肿瘤内产生的SASP触发先天免疫系统对衰老细胞作出反应，并通过巨噬细胞、中性粒细胞和NK细胞的作用将其清除。

考虑到这些观察结果，有人可能会认为，恶性肿瘤前期和成熟肿瘤细胞的衰老比凋亡有一些优势（图​（图4），4)尽管应该强调的是，凋亡在各种情况下，包括具有Myc突变的恶性肿瘤中，提供了一种首选和有效的抗肿瘤机制^136,137首先，当新兴肿瘤中的细胞发生衰老时，它有可能通过SASP对邻近的非新生肿瘤细胞产生负面影响。例如，已经表明衰老和SASP的产生可以通过旁分泌信号触发邻近细胞的衰老，这种现象被称为旁观者衰老¹³⁸第二，与单个细胞的凋亡相比，在恶性肿瘤前期和已确立的肿瘤中动员对这些衰老区域的免疫反应可能对减少肿瘤细胞负担产生更大的影响。这与观察到的大比例肿瘤细胞的凋亡形成对比，例如细胞毒药物和各种小鼠模型的凋亡，说明当凋亡以协调方式在很大比例的细胞中发生时，它是一种有效的抗癌机制。当有限数量的细胞必须在衰老和凋亡之间作出决定时，衰老可能会产生更大的后果，因为它可能会影响微环境中的其他细胞。然而，尚不清楚为什么某些癌前病变，如良性痣，通常由致癌BRAF突变引起，会在较长时间内持续存在，从而避免免疫介导的衰老监测。类似的回避过程是否发生在肿瘤发生的背景之外，例如，在衰老组织的衰老过程中，尚不清楚（边栏A）。

在单独的窗口中打开

图4

应激组织中衰老和凋亡的后果

正常细胞受到各种压力刺激，包括致癌损伤（顶部）和组织损伤（底部）。获得癌前病变的细胞可能会衰老或凋亡。如果确保病变有效切除的衰老监测机制完好无损，那么这一决定的结果基本相同。如果癌前病变没有诱导衰老或凋亡，它们会继续生长和进展（中）。在这种情况下，如果衰老参与了一小部分现已建立的肿瘤，那么SASP和监测机制的招募在清除肿瘤细胞方面可能比单个经历凋亡且不启动免疫反应的细胞更有效。虽然没有说明，但如果很大一部分肿瘤细胞被胁迫凋亡，这也会导致肿瘤体积减少。为了应对组织损伤（下图），与凋亡相比，衰老在理论上也是有利的，因为只要SASP产生细胞最终被免疫系统清除，SASP的产生就会限制组织纤维化并促进组织重塑。

衰老细胞随着年龄增长而变得更加丰富的一个潜在原因是免疫系统随着时间的推移而退化，清除衰老细胞的效率降低。另一方面，维持组织/器官大小的机制可能会抑制免疫系统清除衰老细胞，从而防止细胞丢失导致的潜在组织功能障碍。未来的研究，以调查这些现象，并评估免疫细胞是否针对急性和慢性衰老细胞进行破坏，这显然是需要的，也是值得的。此外，在大多数生物的进化过程中，老化并没有被选中。因此，随着年龄的增长，调节变化的程序可能比以前认为的更具可塑性。

其他组织似乎受益于损伤后的衰老。例如，肝星状细胞在损伤激活后促进纤维化，在慢性损伤后经历衰老以限制纤维化¹³⁴与在已建立的肝肿瘤中观察到的情况类似，NK细胞随后清除这些衰老的星状细胞。在皮肤的创伤愈合反应中，肌成纤维细胞增殖并产生细胞外基质¹³⁹这些细胞随后衰老并通过SASP破坏基质，从而限制纤维化。许多其他组织随着年龄和疾病而衰老（在^{14,128,140,141}); 然而，还需要进一步的研究来了解这些衰老细胞对疾病的发生、发展和维持的作用。

未来的方向

近年来，关于衰老和凋亡之间关系的重要分子机制见解已经出现，尽管关于消除衰老细胞存在一些问题体内仍未解决。第一个问题涉及免疫系统和细胞衰老之间的相互作用。如果如假设的那样，免疫监测的下降是衰老细胞随着年龄增长而积累的基础，那么衰老细胞的生成速度可能会随着年龄的增长而相对恒定，因此，寿命较短的衰老细胞甚至会在生命早期短暂存在。这一想法的一个测试是比较年轻正常小鼠和免疫监测网络各分支缺陷小鼠的衰老细胞数量，包括缺乏CD4的小鼠⁺T细胞、巨噬细胞或NK细胞。免疫缺陷幼年动物衰老细胞的增加表明免疫监视通常会限制其在健康幼年动物中的存在。

诱导性免疫缺陷模型可以部分解决青年和老年人衰老率的问题。如果衰老细胞的生成率随着年龄的增长而增加，那么取消对老年动物的免疫监测将导致衰老细胞的大量积累，而不是破坏青年人的免疫系统。在这个实验设计中，一个潜在的混淆点是免疫功能障碍可能就其本身而言开车从头开始形成衰老细胞，而不是保留现有细胞。一种补充的方法是在幼年动物的一段时间内标记衰老细胞，并将其与老年期相同时间段内积累的细胞数量进行比较。例如，由p16启动子驱动的雌激素受体-Cre融合蛋白，结合抑制GFP表达的漂浮盒，可能就足以实现这一目的。

另一个悬而未决的问题是，凋亡抵抗是否以及如何随着衰老的建立和进展而改变（侧栏A）。晚期衰老的一些特征，例如最近描述的细胞质染色质处理¹⁴²，使人联想到凋亡期间的气泡。染色质起泡是否是衰老细胞的标志，或者它是否代表着从衰老到凋亡的转变，还有待确定。潜伏转座子的激活发生在衰老后期^143,144，可能导致细胞表面出现非自身抗原，导致细胞毒性T细胞介导的凋亡。因此，额外的凋亡压力可能会压倒既定衰老细胞中的抗凋亡机制。然而，这些假设假设衰老的发生是因为在某些情况下衰老比凋亡更好。该模型的另一个替代方案是，癌前细胞已经具有抑制凋亡的关键突变，使衰老成为一种失效安全机制。“单一点击”的能力，如Ras过度表达或Braf^V600E版本诱使衰老的突变可能会反对这种可能性，但也许这些突变会破坏细胞凋亡，从而导致衰老，而不是反过来。

衰老生物体中的衰老细胞对健康生命的危害是否大于益处尚不清楚。BubR1中衰老细胞清除率无明显下降^高/高; INK-ATTAC模型提示衰老细胞凋亡可能是安全的¹¹⁹因此，开发杀死衰老细胞以延长健康生物体寿命的疗法可能是合理的。接下来的问题是确定构成衰老细胞阿基里斯之踵的分子靶点，该靶点表达促生存和促凋亡信号的平衡。虽然提高p53水平可能会使细胞凋亡趋于平衡，但这样做的药物可能会产生显著的非靶向效应。了解何时以及如何打破这种平衡需要更多的基础研究，以及将这项研究转化为临床前和最终临床环境的能力。

结论

无论上述理论机制如何，衰老细胞的功能体内当与癌症和创伤等病理学无关时，仍不清楚。关于衰老的关键结论是基于非生理应激的细胞培养工作。观察到衰老细胞的许多最有趣的特征在体外例如G1期被捕，4N DNA含量¹²或细胞质异染色质加工¹⁴²，尚未验证体内或在其他群体的文化中。鉴于衰老内皮细胞和成纤维细胞之间观察到的凋亡敏感性的差异，必须体内鉴定、分离和表征衰老细胞（侧栏A）。

该领域面临的一个更大的挑战是，不仅要将有关衰老和凋亡的知识应用于人类或小鼠，还要将其应用于多细胞生命的更大领域。还有哪些物种具有类似衰老的细胞程序？做秀丽线虫，发育凋亡的典型代表，在胚胎发生过程中也利用细胞衰老？如果收集到关于脊椎动物和无脊椎动物在发育和衰老过程中使用这些过程的足够数据，就可能确定哪种机制是祖先机制。该领域还可以了解衰老是作为一种发育力量还是肿瘤抑制剂而产生的。从细胞凋亡的角度来看，这个问题也没有得到解决。虽然也许不适合问目的论的“为什么？”关于凋亡和衰老之间的选择，但我们可以问“如何？”——它们是如何进化的，细胞如何在两者之间进行选择，最终，我们如何利用这一选择来促进健康生活（提要a）。

提要栏A：需要答案

1. 在某些情况下，衰老是否优于凋亡，还是凋亡的“后备”途径？受损的细胞如何决定是继续处于功能失调状态还是死亡？
2. 衰老的大多数标志已在细胞培养中确立。衰老细胞的特征有多相似体内? 此外，这些特征是否因组织和细胞类型而异？
3. 细胞凋亡在后生动物中是保守的。发育和成年衰老在整个分类群中都是保守的吗？如果是，比较系统发育能确定衰老的起源吗？
4. 衰老细胞的寿命是什么体内急性和慢性衰老细胞有不同的寿命吗？衰老细胞是由于免疫清除缺陷、机体承受的压力变化或凋亡能力降低而随着年龄增长而积聚的吗？衰老细胞是否会导致正常衰老和与年龄相关的疾病？
5. 癌症能被概念化为一种逃避凋亡和衰老的细胞过程吗？衰老细胞能否摆脱衰老并进行转化？

致谢

词汇表

工具书类