衰老细胞细胞核体积增大的原因

作者：李 林 （厦门大学）

问：衰老细胞的特征之一是“细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深”。既然染色质收缩，为何细胞核体积会增大？

答：细胞衰老是机体衰老的基础。当细胞周期停滞、凋亡抵抗以及部分衰老基因（如P16INK4a）表达改变时,细胞出现衰老表型。衰老细胞的特征之一是“细胞核体积增大，核膜内折，染色质收缩，染色加深”。

在真核生物的细胞核中，DNA围绕组蛋白分级折叠，形成核小体，而核小体则通过进一步紧密折叠形成高级结构（染色质）。此时，根据细胞所处的状态，其基因组可划分为活跃表达的基因与相对沉默的基因。在DNA分级折叠的过程中，非活跃基因表达相关的结构区域相对封闭、核小体结构致密，呈转录抑制状态；而与活跃表达基因相关的区域则呈开放状态，核小体相对松散，有利于转录因子、组蛋白等调节元件与这些基因的启动子、增强子相互作用，促进转录的进行（图1）。

当细胞衰老时，衰老细胞的转录起始位点的开放程度与年轻细胞相比发生变化。衰老时染色质的开放程度明显下降，染色质高度螺旋化，导致无法转录、翻译和复制，这与衰老时基因的表达水平改变相关。衰老时细胞内各类蛋白质的表达大部分下降。细胞蛋白质水平下降，使核骨架成分改变，核纤层的结构松散，对核的支撑作用减小，导致核膜内折。与此同时，与衰老相关的基因表达水平增加。细胞衰老后，对细胞控制能力降低了，所以核会代偿性增大。由于细胞老化，核孔复合体和核膜的稳定性降低，通透性增加。原本极为严格的核内外离子浓度差改变，影响了膜的张力和内部核基质的浓度和量，造成核的肿胀。而染色质高度螺旋化（固缩）是衰老细胞特征之一，表现为原本丝状染色质聚集成团，目的是限制解旋，也就无法转录翻译复制。所以染色质收缩，细胞核体积增大并不矛盾，是存在于2个层面上的变化（图2）。

迄今为止，细胞衰老过程中表观遗传学状态的改变尚不完全明确，从染色质空间结构、基因组学角度对染色质开放性的变化进行分析探讨的研究较少，在细胞衰老过程中染色质开放程度的具体变化仍未知，还需要更多的努力。

文章来源：李林.专家答读者问：衰老细胞细胞核体积增大的原因[J].生物学通报,2022,57(12):57-58.