1882年，德國(guó)生物學(xué)家Weismann曾大膽預(yù)測(cè)“在細(xì)胞水平存在老化現(xiàn)象"。他推測(cè)：機(jī)體的壽命限制受控于體細(xì)胞的分裂能力；在遺傳進(jìn)化中，不同物種的體細(xì)胞獲得了不同分裂的潛能，從而決定了不同物種的壽命長(zhǎng)短。

20世紀(jì)50年代，Swin和他的同事利用原代細(xì)胞體外培養(yǎng)試驗(yàn)證明了來(lái)源于不同物種的纖維細(xì)胞均不具備無(wú)限分裂的潛能。取得突破性進(jìn)展的還是Hayflick和Moorhead，他們做了更系統(tǒng)更細(xì)致的觀察和描述，他們對(duì)25株人成纖維細(xì)胞進(jìn)行原代培養(yǎng)，在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)約50次傳代之后，所有細(xì)胞出現(xiàn)功能退化，并且喪失分裂能力的現(xiàn)象。此后人們將這一現(xiàn)象稱之為“Hayflick極限"或者自發(fā)性老化。之后也有事實(shí)證明，細(xì)胞老化并不是體外培養(yǎng)所導(dǎo)致，細(xì)胞在體內(nèi)也會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)，逐步走向老化。

長(zhǎng)期的細(xì)胞周期阻滯是老化細(xì)胞的基本特征，也是體外鑒定細(xì)胞老化*的指標(biāo)。為了檢查細(xì)胞是否躍出了細(xì)胞周期，人們通常檢測(cè)增殖指示分子Ki-67的表達(dá)豐度；或者通過(guò)將與胸腺嘧啶相似的溴脫氧尿嘧啶（Bromodeoxyuridine，BrdU）摻入到細(xì)胞培養(yǎng)基中，觀察是否有新的DNA合成。細(xì)胞老化主要表現(xiàn)為G1期阻滯，個(gè)別情況下也可伴隨G2/M期周期阻滯，或直接由G2/M期阻滯誘發(fā)形成。

雖然由于細(xì)胞周期的中斷和DNA復(fù)制的停止，老化細(xì)胞內(nèi)的DNA含量與正常細(xì)胞類似，但 RNA與蛋白質(zhì)豐度均比正常細(xì)胞要明顯升高。這是因?yàn)椋M管細(xì)胞進(jìn)入老化階段后蛋白質(zhì)的整體合成速率降低，但是蛋白質(zhì)的降解體系受到更加明顯的抑制，導(dǎo)致蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)堆積。

無(wú)論是原代細(xì)胞或是細(xì)胞株，在細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程中細(xì)胞老化現(xiàn)象是存在且常見(jiàn)的，但卻容易被操作人員忽略，老化的細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)的特征包括：細(xì)胞增殖變慢、細(xì)胞核體積異常及多核（4-8核）、表面分泌物增多、細(xì)胞體積增大、細(xì)胞扁平、細(xì)胞質(zhì)中出現(xiàn)空泡等現(xiàn)象。

圖1  實(shí)心箭頭指示的是發(fā)生細(xì)胞老化的HEK293細(xì)胞，SA-β-gal染色陽(yáng)性，而空心箭頭指的是未發(fā)生老化的細(xì)胞。

圖2  被染上藍(lán)色的是發(fā)生老化的MSC細(xì)胞, 未被染色的是未發(fā)生老化的細(xì)胞。

由圖片可以看出老化細(xì)胞體積增大、細(xì)胞扁平。