细胞凋亡与衰老（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）【关键词】细胞凋亡；衰老衰老是指增龄过程中机体出现的多器官渐进性功能减退，其确切机制并不清楚，有多种学说，如自由基学说、端粒学说和细胞凋亡学说等。

以啮齿类动物为研究对象，肌肉、脑、心脏等多种衰老组织中均存在细胞凋亡异常〔1〕。

细胞凋亡参与多种与衰老相关的病理过程，如骨质疏松、阿尔茨海默病等。

目前细胞凋亡在衰老中的作用成为国内外研究热点，本文就二者的最新研究进展作综述。

1 细胞凋亡细胞凋亡涉及一系列基因的激活、表达及调控，是机体为更好地适应环境采取的主动死亡，其参与许多重要生命活动，如胚胎发育、免疫防御和维持组织稳态等，对维持细胞增殖与死亡的平衡有重要意义。

1.1 细胞凋亡途径1.1.1 外源性途径又称死亡受体途径，是由膜受体介导的细胞死亡过程。

死亡受体是属于肿瘤坏死因子受体超家族的跨膜受体，其中研究较透彻的是Fas/FasL系统。

Fas广泛分布于胸腺、肝、心、肾等组织细胞表面。

当Fas与其配体FasL结合后发生多聚化，与胞浆内死亡结构域结合蛋白（FADD）结合，活化胞浆caspase8，再活化凋亡执行者caspase3，水解蛋白质，启动核酸内切酶剪切DNA，造成凋亡。

这是发育过程和免疫系统中最主要的凋亡途径。

通过该途径可清除发育过程及免疫反应中活化的淋巴细胞。

增龄过程中Fas表达呈上升趋势。

衰老大鼠胸腺细胞和脾细胞凋亡速度加快，可能造成衰老机体免疫功能下降。

1.1.2 内源性途径以线粒体为核心，又称线粒体途径。

该途径凋亡信号来自体内各种应激，如DNA损伤、氧化应激、紫外线、生长因子缺乏等。

凋亡信号引起前凋亡蛋白Bax活化，Bax诱导线粒体释放细胞色素c（Cyt c）。

进入胞质的Cyt c与凋亡蛋白激活因子（Apaf1）、caspase9前体组成凋亡体，激活caspase9，再活化caspase3引起细胞凋亡。

线粒体也可释放凋亡诱导因子(AIF)和内切核酸酶G进入胞浆，二者转移到细胞核，断裂DNA。

随着年龄增长，内源性凋亡途径逐渐变得活跃。

1.1.3 内质网应激介导的细胞凋亡内质网(ER)参与蛋白质合成及翻译后加工修饰。

当非折叠或错折叠蛋白质在ER内堆积超过处理能力时，引起ER应激。

ER应激的一个后果是细胞凋亡。

位于ER膜上的Bak、Bax发生构象变化形成多聚体，使Ca2+进入ER，活化caspase12，引起下游级联反应，活化caspase9和caspase3。

机体具有应对ER应激的保护措施，如使翻译起始因子eIF2去磷酸化，减少蛋白质合成。

但衰老机体应对ER应激能力降低，eIF2磷酸化水平降低同时，前凋亡蛋白水平升高，细胞凋亡速度加快〔2〕。

此外，细胞毒性T细胞可介导一种凋亡蛋白（granzyme B）进入靶细胞,活化caspase3,造成细胞凋亡。

caspase在多条细胞凋亡途径中发挥调节和执行凋亡作用。

在老年大鼠多种组织可观察到不同caspase活性升高。

如果缺少该酶，细胞凋亡速度减慢，损伤细胞堆积促进机体老化。

caspase2在线粒体凋亡途径上游发挥调节作用，caspase2基因敲除小鼠缺少该酶，表现许多早老症状：寿命缩短，毛发生长受损，骨密度丢失加快〔3〕。

1.2 衰老凋亡信号1.2.1 氧化应激随增龄，机体氧化防御能力下降，活性氧(ROS)生成增多，作为ROS主要产生场所，线粒体成为攻击目标。

线粒体功能紊乱使ROS生成进一步增多，细胞内蛋白质、脂类过氧化水平升高导致机体衰老。

衰老机体各组织中均有不同程度氧化应激。

氧化应激水平升高也激活线粒体凋亡途径，通透性转换孔开放，线粒体膜电位下降，线粒体释放Cyt c，引起细胞凋亡。

AIF是线粒体一种氧化还原酶，可清除自由基。

皮层AIF水平随增龄显著升高，说明氧化应激水平升高，由于AIF也参与细胞凋亡，提示衰老过程中细胞凋亡速度增加〔4〕。

热量限制通过减少ROS生成而延缓衰老，也可减少细胞凋亡，说明氧化应激通过调节线粒体凋亡途径引起机体老化。

1.2.2 mtDNA突变累积 mtDNA缺乏组蛋白保护，损伤修复能力弱，且拷贝数多，易成为ROS攻击目标，发生突变和缺失。

衰老过程中最常见的mtDNA损伤是4 977 bp缺失。

mtDNA编码呼吸链中13种多肽链，所以mtDNA突变直接影响线粒体氧化磷酸化，导致产能下降，进一步促进ROS生成,造成组织细胞功能下降，发生凋亡加速衰老。

以表达缺乏校正功能的DNA polγ的小鼠为研究对象，由于不能修复mtDNA突变，小鼠体内mtDNA突变增多，组织细胞内出现凋亡标志物，出现快速老化症状，说明mtDNA突变增多可促进细胞凋亡导致衰老〔5〕。

2 衰老与细胞凋亡2.1 骨骼肌衰老过程中骨骼肌出现肌纤维数量和大小减少，肌肉质量和力量进行性下降，称为肌肉减少症，其发生机制与细胞凋亡有关。

增龄过程中，线粒体功能紊乱，导致肌细胞凋亡速度加快，肌纤维数量下降。

以老龄344雄性大鼠为研究对象，其腓肠肌细胞凋亡速度明显高于年轻对照组大鼠。

雄性F344BN大鼠衰老过程中，跖肌质量呈进行性下降，35月龄大鼠与年轻对照组比较，骨骼肌质量减少43%〔1〕。

Baker等〔6〕研究表明，增龄过程中，跖肌一些凋亡基因如caspase3、caspase9、caspase8和AIF表达水平升高，而且基因表达水平与肌肉萎缩严重程度成正比。

骨骼肌中卫星细胞负责肌纤维生长与修复。

衰老过程肌肉减少可能与卫星细胞凋亡速度加快有关，卫星细胞凋亡速度加快，造成老龄动物损伤修复能力降低〔7〕。

2.2 心脏心脏衰老过程中心肌细胞发生坏死和凋亡，造成心肌细胞数量减少，重塑性降低，收缩功能受损。

心肌细胞在增龄过程中凋亡速度加快导致心脏质量减轻，功能退化。

研究发现心肌细胞凋亡局限于左心室〔8〕。

Kwak等〔9〕研究发现，左心室细胞凋亡速度与年龄成正比；与年轻对照组比较，衰老左心室心肌细胞减少30%；性别也会影响细胞凋亡，老年雄性灵长类动物心肌细胞凋亡速度上升4倍，而同年龄组的雌性动物无明显变化〔10〕。

2.3 肝肝脏是机体代谢最重要、最活跃的器官，增龄过程中肝细胞死亡速度加快，而且衰老肝细胞易发生凋亡。

Gadd153是肝细胞衰老过程中一个重要影响因素，作为一种前凋亡蛋白，它可抑制抗凋亡蛋白Bcl2表达，降低胞内GSH水平，使ROS生成增多。

氧化应激和ER应激时，老龄大鼠肝细胞中Gadd153表达均增多，可通过这两条途径使肝细胞凋亡〔11〕。

Zhang等〔1〕研究发现，尽管老龄大鼠肝细胞中Fas mRNA水平升高，但caspase8活性与年轻对照组相比无明显改变，说明老龄大鼠肝中死亡受体途径并未因增龄而变得活跃。

器官特异的核酸内切酶也参与了肝细胞随增龄而增多的细胞凋亡，在雄性F344大鼠肝细胞核中发现了DNaseγ，可断裂DNA。

24月龄雄性大鼠肝中DNaseγ活性升高，而且其活性升高仅局限于凋亡细胞中，说明该酶活性与细胞凋亡速度成正比〔12〕。

2.4 听力器官老年性耳聋以听觉功能随增龄呈进行性下降为特征，是老年人常见病。

这主要是由于耳蜗内毛细胞和螺旋神经节细胞退化造成，而细胞凋亡造成这些关键细胞丢失。

Buckiova等〔13〕发现，24月龄大鼠耳蜗血管纹基底层及其相邻的螺旋神经节出现大量神经凋亡细胞，导致血管纹从螺旋韧带上脱落，使外耳毛细胞功能下降。

老年耳蜗中存在很多凋亡信号，如氧化应激水平升高，而细胞抗氧化能力下降〔14〕；mtDNA突变累积使得能量产生下降，导致老年性耳聋发生。

PolgD257A基因替换小鼠增龄过程中，mtDNA 突变速度加快，细胞凋亡速度也随之加快，小鼠出现早衰症状。

9月龄小鼠出现耳蜗血管纹，毛细胞和螺旋神经节细胞退化，听力中度下降。

而野生型小鼠无此症状〔15〕。

2.5 中枢神经系统脑衰老及神经退行性疾病的发生均与神经元凋亡有关。

脑发育过程中大约一半皮层神经元通过细胞凋亡被清除，以保证神经系统正常功能。

脊椎动物特定脑区终生都具有神经再生能力，但老龄动物神经再生能力降低。

脑缺血后，老龄大鼠神经再生能力低于年轻对照组，这是由于新生神经元和神经前体细胞凋亡过快所致〔16〕。

内源性细胞凋亡途径是神经元凋亡主要途径，导致老龄动物突触功能紊乱和神经元死亡。

快速老化模型小鼠SAMP10是研究衰老的理想模型，SAMP10老龄小鼠脑组织Bcl2表达水平降低，胞浆Cyt c水平升高，皮质TUNEL染色阳性细胞数目增多，说明细胞凋亡速度加快，导致SAMP10老龄小鼠出现脑萎缩和认知功能下降〔17〕。

许多中枢神经系统退行性病变与神经元凋亡有关，帕金森氏病（PD）是一种进行性神经系统退行性疾病，发生于中老年人群，其主要病理变化是中脑黑质多巴胺能神经元丢失，细胞凋亡参与该过程，可能是黑质多巴胺能神经元死亡的主要原因之一。

阿尔茨海默病（AD）患者由于神经元减少，导致认知功能进行性降低，研究发现这种功能下降是由于细胞凋亡引起，AD患者脑中细胞凋亡速率是正常对照组的50多倍〔18〕。

β淀粉样肽在AD发生中起了关键作用，它可诱导细胞凋亡。

衰老过程中也会出现细胞凋亡减少。

人衰老成纤维细胞可高表达gelsolin。

这是一种钙离子依赖的调节蛋白，可使细胞对抗凋亡〔19〕。

大鼠多种衰老组织中也存在此调节蛋白。

老龄大鼠结肠黏膜细胞caspase3，8，7活性降低，细胞凋亡速度减慢。

如果衰老细胞不能被清除，同样会对机体造成不利影响，导致肿瘤发生，所以老年人肿瘤发病率升高，如结肠癌。

细胞凋亡可清除机体内受损伤或多余细胞，维持组织稳态。

增龄过程中由于细胞凋亡调节机制异常，使细胞凋亡加快或减慢，促进机体老化和疾病发生。

针对细胞凋亡调节机制的研究将为抗衰老研究提供新的思路。

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