师：各位同学，大家好。在之前学习了细胞生命历程中关于细胞分化、增殖的内容之后，今天我们一起来探讨最后一个内容——细胞的衰老和死亡。首先，我们来聊一个有趣的话题：人类能够实现永生不老吗？其实，这个话题从古至今一直备受热议。从两千多年前的秦始皇，到现代的人体冷冻术，都是人们对长生不老的不懈追求。20世纪初，大多数科学家认为人体细胞具有永生能力，只要生长环境和营养成分合适，它们就能无限分裂增殖。然而，1961年，美国科学家海弗利克在研究中发现，正常人体细胞在体外培养条件下只能分裂大约60余次，此后细胞就停止分裂，进入衰老期，最终死亡。人们把这种细胞分裂次数的限制称为海弗里克极限。由此看来，细胞的生命似乎是有极限的，那么人类的寿命也是如此吗？后来，事情有了新的变化。

　　20世纪50年代，科学家从一位患癌女性身上获得了一种特殊细胞，命名为海拉细胞系。尽管这位美国妇女在1951年就去世了，但她的这些细胞不同于一般细胞，不会衰老致死，可以无限分裂下去，直到今天还在全世界几乎所有的生物医学实验室中不断增殖。这让我们认识到人类细胞的确能够在体外实验室中获得永生。

　　那么问题来了，海拉细胞为什么能够突破海弗利克极限，而我们正常的细胞又是如何走向衰老和死亡的呢？现在，我们先来思考一下，怎样的细胞可以称之为衰老的细胞？衰老有哪些特征呢？请大家打开书本，观察书上的插图6 - 8。这张图介绍了一些典型的细胞衰老特征，并且请大家结合生活常识想一想，年纪大的人往往会出现一些衰老特征，比方说皮肤会出现皱纹，头发会变白，身上会出现老年斑。你能不能尝试用细胞衰老的特征去解释这些问题呢？

　　生：皮肤出现皱纹是因为细胞中水分减少，萎缩代谢减慢；头发变白是因为衰老个体中合成黑色素相关的酶活性下降，导致头发黑色素合成受阻；出现老年斑是与皮肤中色素沉积相关。

　　师：非常好，相信大家很容易就能得到答案。除了这些，细胞衰老还可能出现细胞膜通透性功能改变、物质运输功能降低、细胞呼吸速度减慢、核体积增大、染色质固缩、染色加深等特征。我们可以用“大小多少”四个字来概括：“大”指细胞核体积增大；“小”有四个，分别是细胞体积变小、多种酶活性变小、物质运输能力变小和细胞的新陈代谢速率减小。这里要对多种酶活性变小做一点补充说明，在细胞衰老过程中，并不是所有酶活性都下降，也有一些酶活性是上升的，所以用“多种酶、相关酶、部分酶”来描述衰老中酶活性下降这件事比较合理。“多”指色素增多，刚刚我们讨论老年斑生成时提到色素沉积。“少”指细胞中的水分减少。这样就比较好地概括了细胞衰老的主要特征，便于大家理解和记忆。

　　那么，为了进一步探究细胞衰老的因素，科学家做了许多实验。其中有将巴氏小体这种雌性哺乳动物细胞核中出现的特征作为指标，来研究年龄和性别对细胞衰老的影响。有一个实验是这样做的，分为三组，分别单独培养年轻女性体细胞和老年男性体细胞，并把这两种细胞混合在一起培养。实验结果是年轻女性体细胞增殖次数多，老年男性体细胞增殖次数少。由此得出推论：年轻女性体细胞比老年男性体细胞分裂旺盛，进一步推测细胞衰老与年龄和性别有关。大家觉得这样一个实验设计合理吗？有没有存在一些问题呢？这样的实验结论可以通过这样的实验现象直接得出吗？

　　生：这个实验设计不合理，实验中有年龄和性别两个变量，并且混合在一起了，违反了单一变量原则，实验结论不够严谨。

　　师：非常正确。那我们要怎样进行修正呢？

　　生：可以把同年龄的男性细胞和女性细胞混合培养，观察实验结果，以探究性别对细胞衰老的影响；或者把同性别的不同年龄的细胞混合培养，探究年龄对细胞衰老的影响。

　　师：很好。在这个实验的基础上，科学家还做了这样的实验，利用细胞去核技术，把去核的年轻女性体细胞与完整的老年男性体细胞融合之后进行培养，结果这样的细胞不能增殖；而反过来，把去核的老年男性体细胞与完整的年轻女性体细胞融合之后，细胞旺盛增殖。这个实验我们能得出怎样的结论呢？

　　生：实验中的变量是是否具有细胞核，所以细胞核可能是解释细胞衰老的关键因素，细胞核是决定细胞衰老的重要因素。

　　师：没错。或许细胞核中就存在着解释细胞衰老机理的原因，也许与细胞核内的遗传物质息息相关。为了彻底解释细胞衰老的机制，科学家进行了大量研究，提出了许多不同的有关细胞衰老的学说。比如著名的氧自由基学说，认为细胞衰老是机体代谢产生的氧自由基对细胞损伤的积累。因此，许多保健品、化妆品打出抗氧化、抗衰老的旗号，就是基于氧自由基学说。还有端粒学说，细胞中的染色体有一个特殊结构叫端粒，端粒的缩短导致了细胞的衰老，这也被称为衰老生物钟理论。除此之外，还有DNA损伤衰老学说、基因衰老学说、分子交联学说等等。但是，目前还没有一种学说能彻底解释细胞衰老的原因，每个学说都只能叫做假说，能解释的问题比较片面。在顶级科学杂志《cell》上曾发表过许多与细胞衰老相关的科研成果，可见这个调控机制如同一张密集的网络，相关假说内容繁多，目前科学家仍在对衰老机制进行进一步探索，尚无定论。其中，端粒学说目前是比较广泛被接受的。

　　在发现体外细胞倍增次数有极限，也就是海弗里克极限后，很有意思的是，正常细胞在冻存之后仍然能够记得之前复制了多少次，解冻之后还能继续累积这个次数，感觉细胞内可能存在一种机制来记忆增殖次数。后来，科学家在染色体的末端发现了一种特殊结构，并命名为端粒，之后才把端粒结构与正常细胞有限分裂的原因联系起来。直到1978年，科学家在模式生物四膜虫中最终发现了端粒结构。目前，对于端粒和端粒学说的研究还在不断推进，相关研究也多次获得诺贝尔奖。

　　目前科学家认为，端粒缩短引发复制衰老的分子机制与细胞内许多细胞周期调控相关的基因有关。随着细胞复制，端粒越来越缩短，会被细胞识别为DNA的损伤，进而引起细胞内某些调控细胞周期的基因，如P53高度表达，最终导致细胞不增殖。我们熟悉的克隆动物多莉羊，6岁时因老年病死亡，对于羊来说这算是英年早逝。现在，我们能不能利用细胞衰老的机制来尝试解释这个原因呢？大家可以联系端粒学说思考一下。

　　生：在做体细胞核移植时，作为细胞核供体的羊的端粒在多利羊中保存下来，记忆了下来，所以多利羊的细胞年龄可能不是从零开始的，这可能就是它早衰的原因。