衰老的发生
衰老是人类生命过程的必然规律,是不可抗拒的自然现象。当人类生长发育到成熟期以后,随着年龄的增长,机体在形态结构和生理功能方面都必然出现一系列退行性变化,这就是通常所说的衰老。人体衰老是各系统生理性衰老和病理性衰老的综合表现,两者同时存在,相互影响,从而加速衰老的进程。衰老的宏观表现主要是细胞、组织、器官的退行性改变,如细胞数量减少,组织弹性减低,脏器萎缩、变性等,从而导致机体多种生理功能逐渐减退。但由于各种脏器自身的特异性不同,因而功能减退的程度不一致,又因个体具有不同的差异,所以衰老常以复杂的形式表现出来。
衰老是生物的普遍现象,多细胞生物体由受精卵开始,通过分裂、分化形成具有不同功能的细胞,这些细胞从产生时开始,经过一定的生长发育过程,就必然走向衰老,直至死亡。大量细胞的衰老死亡,再加上新细胞产生量的减少,最终导致个体衰老。随着衰老发生,机体在形态、结构和生理功能方面必然出现一系列全身性、多方面的退行性变化,如皮肤萎缩、骨质丢失、动脉粥样硬化、老年性痴呆等。衰老生物学或老化生物学是研究生物衰老现象、过程与规律的科学。其任务是揭示衰老现象的特征,在不同水平(分子、细胞、组织、器官及整体水平)上的衰老变化,探讨导致衰老变化的原因和机制,以寻求延缓衰老的途径和方法,其目的在于认识衰老的本质,增强老年人的健康意识,延长人的寿命,提高老年人的生命质量。
一、衰老发生在整体水平
机体为什么会衰老?这要从不衰老的单细胞生物变形虫说起。变形虫以一种单细胞均等分裂的形式繁殖,在适宜的条件下可以无限生存下去,最主要的原因是其一生中没有发生过细胞的分化,而高等动物和人体细胞则不然。在胚胎细胞的组织分化过程中,生命活动所必需的活性蛋白质及合成功能被分配到了不同的组织细胞中,使每种组织细胞均只保存部分的合成功能,不能单独完成其生命活动。组织细胞与组织细胞之间,必须在代谢活动过程中互相交换物质和补偿。由于机体细胞在代谢上的互补性,就造成了机体各种组织细胞“一损俱损”的互相依存现象,任何组织出现功能衰退,都会直接影响到机体的其他组织,因此对于动物来说,衰老均是发生在整体水平,并表现出一系列机体在全身性的形态结构与生理功能方面的退行性变化。
二、衰老发生在组织再生性细胞的分化加速水平
高等动物机体是由很多生理代谢功能不同的组织细胞所组成的,如生殖细胞,肌肉细胞,骨细胞,骨髓细胞,神经细胞和肠、胃、肺、心、肝、脾、肾、血管等组织细胞,还有各种淋巴细胞、各种内分泌腺组织细胞等,这些组织细胞通过体液交换物质,发挥各自的生理功能。普通组织细胞其分化程度可分为三种:一是有分裂能力的干细胞(或称再生性细胞),二是有代谢活性但失去分裂能力的半分化状态的细胞,三是已失去代谢活性的极端分化型细胞。
动物机体的代谢合成,除神经组织细胞外,主要集中在生长旺盛的组织再生性细胞。组织再生性细胞总是随着年龄的增加而在组织中所占的比例不断减少。组织再生性细胞的减少,不仅使组织外观表现出逐渐衰老,也使组织的代谢功能不断减弱,到了一定年龄阶段后,由于整体组织细胞的生长更新减弱而使组织发生萎缩。再生性细胞之所以在组织中所占的比例减少,原因是细胞分化速率大于分裂速率的缘故。各种组织中再生性细胞的减少,使组织的代谢合成功能降低,从而使体液中所含有的有效成分减少,反过来又影响组织再生性细胞的合成速率,使分化加速,使机体进入退行性的衰老状态。
三、衰老发生在组织和器官水平
不同器官和组织的衰老特征,既有共同之处,又有其独特的地方。这是因为生物个体的整体衰老程序是由不同关键器官和组织的衰老子程序组成的。各器官和组织的共同衰老特征是受全局性器官(免疫系统、血管)衰老影响的,所以表现相同。不同组织和器官系统拥有各自不同的独特衰老方式,则是其本身衰老子程序的表现。如果衰老和发育是统一机制的,那么各器官的衰老子程序也可能是发育树的一部分,即发育树每个枝条末端就是该枝条对应器官的衰老程序。不同器官和组织的衰老子程序,分别调控各自的关键衰老相关基因,如造血干细胞的YY1、成纤维细胞的Gilz、神经干细胞的Plagl2和Dyrk1a、毛囊干细胞的m iR-31、肌肉干细胞的LMNA和dy trophin。不同个体各器官衰老次序呈现多样性。这种多样性的原因有以下可能:一是不同个体相同器官的衰老子程序差异大,衰老速度不同。二是器官衰老过程中,受到自身免疫系统攻击的影响很大,免疫系统攻击的目标是随机的。
四、衰老发生在细胞和分子水平
以1961年人胚肺二倍体成纤维细胞体外有限增殖实验模型为起端,几十年间的细胞衰老研究资料表明,衰老细胞与育龄繁殖细胞的比较显示出各方面的差异。随着分析方法和技术的提高,许多衰老细胞基因表达的变化被阐明,大部分是伴随细胞衰老而发生的变化,而不是引起细胞衰老的原因。目前盛行的遗传程序假说认为,细胞程序对衰老起主动作用并引起特征形态学改变及衰老性生长停滞,细胞的衰老可能受到了遗传基因的调控。