细胞衰老指细胞被阻滞于某一生长周期中，这种阻滞是不可逆转的，同时出现细胞形态、代谢、相关基因和表观遗传调控的改变[1]，包括细胞周期抑制性调控蛋白表达升高，衰老相关β-半乳糖苷酶活性增强以及衰老相关染色质聚集等[2]。细胞周期调控着细胞分化、增殖，同时也调控细胞功能下降及细胞衰老。在其正常运转中，细胞周期蛋白(cyclin)等调控分子在相关的分子信号通路中发挥着正性或负性作用，是生命活动的基础[3-4]。任何一个调节细胞正常周期运转机制被破坏都将导致细胞性衰老[5]。所以深入研究细胞周期如何调控衰老将为我们进行有效的药物干预、减缓衰老的进程提供更多的依据。
1细胞周期蛋白依赖激酶抑制蛋白(cyclindependentinhibitor，CDI)通过对细胞周期的调节来影响细胞的衰老速度
根据分子构成的不同，通常CDI被划分为两大家族:其中一个为Ink4家族，是一类主要抑制细胞周期蛋白依赖激酶(cyclin-dependentkinase，CDK)中CDK4/CDK6激酶活性的蛋白，包括p15与p16等。另一个为KIP家族，p21、p27等都属于该家族，其由部分相似的分子组成，它们可使cyclin-CDK复合物的活性减低。
细胞周期的正常运转、细胞分裂、增殖均依赖于调控系统有效的控制。细胞生长期调节的关键在于对G1-S与G2-M的交界处的调控。正常细胞周期中有2种Rb蛋白，即有生物活性的低磷酸化Rb蛋白和失活的高磷酸化Rb蛋白。研究发现，细胞停滞在G1期与Rb蛋白的低磷酸化密切相关，而高磷酸化的Rb蛋白的阻滞作用将大大减弱。磷酸化的pRb蛋白可使细胞从G1期进入S期，cyclinD-CDK复合物是Rb蛋白的磷酸激酶，主要调节pRb的磷酸化过程。研究发现，在G1期中，相对年轻的细胞中可检测到磷酸化的pRb蛋白，但在衰老的细胞中Rb蛋白则表现为低磷酸化，这也导致衰老细胞停滞在G1期。
正常的细胞周期G1期中，Rb和E2F-DP1以二聚体的形式特异性结合。在G1中后期，Rb需在cyclinD-CDK结合物的参与下从二聚体脱离出来，这样分离后E2F就摆脱了Rb蛋白的抑制，启动靶基因转录，进而使细胞进入S期[6]。正常情况下，在G1期末存在一个负反馈机制，即Rb蛋白在cyclinD1合成和激活下被磷酸化，而Rb蛋白的磷酸化也将进一步关闭cyclinD1的表达。细胞如加速通过G1期则需要早期磷酸化Rb蛋白。研究人员发现cyclinE和CDK2同时于细胞周期G1期与S期相交处发挥着调节功能。当细胞脱离G1期进入S期时，cyclinE水平下降，随着S期的进行，cyclinA和CDK2结合成激酶，加快了细胞周期的运转。CDK2的活性如被抑制也可促进细胞进入S期。
2p16介导的cyclinD-CDK4-pRb信号通路调控细胞周期及细胞衰老
p16基因是调节细胞衰老的主要因子之一，在遗传调控中发挥着重要作用。p16是CDK4和CDK6的抑制物。细胞停滞在G1期与cyclinD-CDK复合物的失活有关，进一步研究发现这与p16和CDK4、CDK6结合后使cyclinD-CDK复合物无法合成密切相关[7]。
p16和p21可同CDK竞争性结合，而CDK4被cyclin激活后对这种竞争性结合又起抑制作用。p16-CDK4、p21-CDK4结合物均丧失促进Rb磷酸化的作用，故p16、p21可阻滞细胞周期的正常运转，进而影响细胞的增殖等。细胞进一步老化，p16含量随之增多，CDK4活性进一步下降。在相对年轻的细胞中，p16有相对较低的表达。在衰老的细胞中，p16表达明显增多，这与Ras-Raf-MEK信号传导的下降、Et2蛋白的表达减低、Id1蛋白表达的减低及Etal聚集等因素有关[8]。
3p19ARF/p53/p21途径介导的信号通路参与调控细胞周期及细胞衰老
p21是衰老的标记蛋白。由p53活化转录所致的p21表达增加可明显导致细胞的衰老，p21是促使细胞衰老的重要信号分子之一。p21与CDK上的结合位点结合后与细胞核增殖因子(proliferatingcellnuclearantigen，PCNA)形成p21-cyclin-CDK-PCNA复合物，这种复合物形成后可阻滞CDK和PCNA与其他分子结合，从而使CDK、PCNA失去活性。PCNA和p21的结合可阻滞复合物的延展，复合物从模板上脱离下来后又抑制了依赖PCNA的DNA合成。p21在抑制细胞进入S期方面有双重作用[9]。p53的野生型可激活p21转录。p53的突变型则无此作用。p21和p53在由DNA损伤所致的细胞阻滞中起关键作用。p53主要的负调控蛋白为鼠双微因子(mousedoubleminute2，MDM2)，MDM2往返于细胞核-细胞质的作用可被p19阻抑。研究发现，在MDM2和p19的异核体中，细胞核中有p19表达和少量的MDM2的表达，MDM2表达于胞质中但是其可短暂地进入核仁，p19阻止MDM2的核仁输出，所以被MDM2抑制的p53被p19恢复了转录[10]，故p19拖扯MDM2并增加p53的表达，而表达增加的p53又可进一步诱导p21转录增加。正常情况下p53含量较低，但一旦遇到生长刺激等，p53表达即可迅速增多。细胞生长周期中，正常Rb途径中p21被p53诱导后可阻滞细胞于G1期的限制点处，但如果Rb途径缺失，细胞则绕过G1期限制点，这可引起由p53介导的凋亡。p21通过减低cyclin-CDK对Rb蛋白的磷酸化作用，使Rb磷酸化受阻，Rb不能和E2F组成复合物，进一步阻碍了E2F的转录，对细胞周期有负性调节作用，从而使细胞无法分化、增殖。p21是p53下游效应物，值得一提的是，p21是较p16更普遍的抑制剂，其可抑制多种蛋白酶的活性，即特异性抑制cyclinD1-CDK4/CDK6、cyclinE-CDK2、cyclinA-CDK2复合物形成，导致G1、G2期停滞[11]。p19ARF/p53/p21是调控细胞衰老的一个重要环节。
4PTEN/P27途径介导的信号通路参与调控细胞周期及细胞衰老的过程
近年来发现p27是CDKI家族中的重要成员之一[12]。p27与CD形成K复合物后，其功能明显减弱，进而使细胞的正常周期停滞，细胞增长繁殖能力减弱，是一种广谱的CDK抑制蛋白[13]。p27也对细胞生长周期起到负性调节的作用，其在细胞周期内表达水平及分布受多种机制调节。p27可抑制CE-CDK2复合物的活性，p27与p21及CD-CDK复合物结合可导致p27不能和CE-CDK2结合。细胞周期被p16诱导阻滞后，p27和CE-CDK2结合抑制了CE-CDK2D的活性，从而抑制细胞周期进程[14]。PTEN对细胞周期有负调控作用，可加速分化，阻滞增生。许多衰老细胞中PTEN被激活后AKT磷酸化作用减弱，p27表达上调，最终细胞被阻滞在G0/G1期。p27为转化生长因子-β(transforminggrowthfactor-β，TGF-β)的靶分子，其可明显减弱cyclinD-CDK的作用，包括cyclinD-CDK4等。过表达的p27将使细胞停滞于G1期[15]。
研究显示p27/PTEN蛋白可调节鼠听觉祖细胞的分裂和增殖[16]。现发现在多种外源性刺激下，p27水平的升高及降低均导致细胞周期的变化。众所周知，缺少生长因子或细胞的密度过高均可导致细胞生长受阻，p27集聚则是造成细胞周期阻滞的主要原因。静止状态下p27通过TGF-β作用，使其不能与细胞结合点相结合，从而使p27自身含量增加，进而使细胞不能进入S期;当没有TGF-β作用下的细胞进入S期时，检测p27的表达明显较前减低，在G早期加入TGF-β抑制剂，p27活性同样下降。
5与细胞周期及衰老相关的其他因素
TGF-β调控细胞周期，影响细胞衰老的作用来自三个方面。TGF-β1阻断CDK4翻译，CDK4含量减少，同时发现在一些细胞中TGF-β也通过负性调节作用下调CDK4表达;TGF-β可通过对CDK2-cyclinE的抑制可逆地诱导靶细胞阻滞在G1期;TGF-β也可通过p15、p16和p27等抑制蛋白来影响细胞周期。Lovisa等[17]发现肾组织损伤后TGF-β过表达，通过p21的调节，使肾组织细胞阻滞在G2/M期，肾组织纤维化加速。
年轻的细胞被神经酰胺这种脂类分子处理后，则可表现出衰老细胞特有的特征改变。神经酰胺酶可激活p21及其相关的磷酸化酶等，导致CDK2活性减低，Rb去磷酸化，这些都将使细胞的正常周期发生停滞，细胞阻滞于G1期，最终细胞发生衰老[18]。
综上所述，细胞在衰老的过程中，有许多调控蛋白通过对细胞周期的调节，阻滞了正常的细胞增殖，加速了衰老的进程。如何能更合理的利用这些调控蛋白延缓正常细胞的衰老，同时加快肿瘤细胞的衰老，值得我们进一步思考和研究。
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