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细胞衰老如何应对

2019.12.19

近年来,细胞体外培养造成细胞衰老的报导中指出,所有动物细胞皆有其本身的『海佛烈克极限』,影响其生物寿命长短。从细胞代数学说(也称细胞分裂次数学说)认为,人体细胞在培养条件下平均可培养60代。也就是说,无论是原代细胞或是细胞株,在细胞培养过程中细胞衰老现象是存在且常见,但却容易被操作人员忽略,往往在细胞出现不增殖或是形态明显改变,才开始意识到细胞衰老的存在!

海佛烈克极限是什么?

上世纪60年代初,海佛烈克(Leonard Hayflick)提出的『海佛烈克极限』,当时他观察到实验室使用的正常的人类细胞不能无限地分裂,而是有其极限。经进一步研究证实,不管是来自胎儿还是成人的多种类型细胞,大约都只能分裂40-60次,就会停滞不分裂或者出现细胞凋亡而死亡,海佛烈克认为细胞分裂能力的限制和细胞的衰老有关。80 年代随着科学家对染色体末端具有维持染色体结构稳定性的端粒(telomere)结构的深入了解,逐渐发现端粒DNA会在每次细胞分裂(mitosis)时,末尾的5’端处会有一小段序列没办法被复制而变短,同时也缩短细胞「生命时钟」寿命。


细胞衰老(Cellular Senescence)

随着每次细胞增殖,DNA复制端粒DNA会逐渐变短,进而产生细胞染色体组成不稳定,使细胞进入凋亡期。



细胞衰老的常见表现

1.细胞生长缓慢 :细胞周期缓滞或是停滞都是衰老细胞的基本特征,此时细胞周期主要停滞于G1期。

2.表面分泌物会增多:细胞衰老时显微镜下可见小黑点,但是小黑点增加,也有可能与培养条件如pH,血清浓度,生物污染等有关。

3.细胞形态改变:如细胞体积增大、细胞扁平、胞核与核仁体积增加,如果是贴壁细胞,其细胞表面会明显观察到比较脏,运用常规HE染色结果会发现,细胞表面有很多附着的脏物,细胞形态与刚开始培养的细胞外观明显不同,像是上皮细胞等可能会出现很多梭状形态,且细胞质突起等形状异常细胞。

4.细胞质中出现空泡衰老细胞的细胞器发生变化,如高尔基体和溶酶体数量增多、体积增大,导致细胞质内颗粒明显增多。


衰老的细胞体积增大、细胞扁平、SA-β-gal染色阳性】
细胞培养时可能导致衰老的原因
 

1.细胞传代次数比较多,一定要控制细胞传代次数!大量扩增细胞,将细胞进行冻存,在必要的时候重新复苏。

2.胰酶消化时间太长,胰酶消化时间过长容易导致细胞状态不佳以及胞质疏松;细胞传代时需要留意胰酶消化的时间。消化过度,在消化细胞时会对细胞的表面蛋白有较强的损伤,所以消化的时间不能过长,建议使用合适浓度和pH值的消化酶,否则会导致细胞衰老和分化。

3.细胞密度过高或过低,细胞过密产生接触作用,导致细胞的活力减弱以及细胞增殖减慢,最后出现衰老。

4.长时间未更换细胞培养基

5.使用劣质细胞培养试剂,使用合适的血清和培养基,不同的细胞对培养基或是血清的要求不同,所以筛选最适合细胞培养的血清和培养基,预防细胞衰老,维持细胞正常生长。

细胞衰老的检测
 

1.检测端粒功能,分析检测细胞端粒序列的长度和端粒逆转录酶(telomerase reverse transcriptase, TERT)的活性来评估端粒的功能(高表达的端粒逆转录酶,使得端粒的长度不会随DNA复制而缩短,让细胞获得持续分裂的能力);但此检测方法很难成为常规标准分辨细胞衰老,主要原因是因为无法建立一致性的标准,在不同物种之间细胞发生衰老时,其端粒长度不具有可比性; 即使来源于同一物种(如人细胞)。

2.DNA损伤检测,在衰老细胞中会启动DNA 损伤信号p53,细胞衰老通路p53是被细胞DNA损伤而受到DNA损伤回应(DNA damage response, DDR)通路的激活。

3. β-半乳糖苷酶(senescence associated β-galactosidase, SA-β-gal)活性染色,β-半乳糖苷酶主要位于溶酶体, 当细胞衰老发生时, 溶酶体膨胀并且增多, β-半乳糖苷酶明显积累在溶酶体中, 因此SA-β-gal染色法为检测细胞衰老最普遍常见的指标。不过在一些特殊情况下,例如,血清饥饿引发的细胞休眠(quiescence)也会出现SA-β-gal染色呈现阳性。
 

4. 流式检测细胞周期,此方法学可明确观察到培养的细胞群体中处于不同周期细胞的比例,在出现细胞衰老时细胞周期主要表现为G1期停滞,部分特别情况下会伴随G2/M期周期停滞或直接由G2/M期停滞诱发形成。


【衰老细胞的鉴定,许多种标志物、表征、形态和蛋白质等有关的细胞衰老检测。】

细胞衰老是否可逆?

上述的原因我们了解到大部分细胞衰老信号通路的启动,细胞衰老最基本且最重要的特征『不可逆的细胞周期停滞』,与休眠细胞不同部分,就是衰老细胞无法借由传代等方式重新进入细胞周期。细胞培养过程,防止衰老不二法门:还是要做到勤观察、勤换液、勤传代、勤保种,特别是传代,不能等细胞太密了之后传,一般细胞长到70-80%传代最好,尽量不要超过90%。一旦细胞衰老后,细胞很难再重新年轻化,此时,只能重新复苏细胞。


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