专家解读：衰老细胞为何会出现核体积增大现象？
专家解读：衰老细胞为何会出现核体积增大现象？
衰老细胞的一个显著特征是细胞核体积增大，这与染色质收缩似乎矛盾。厦门大学李林教授从分子层面为我们揭示了这一现象背后的科学原理。
专家简介
李林，厦门大学柔性电子（未来技术）研究院教授、博士生导师。主要关注“线粒体检测与调控”研究，累计发表SCI 收录论文 260 余篇，申请/授权发明专利 46/19 项，参与编撰专著《分子影像与精准诊断》。
专家答读者问：衰老细胞细胞核体积增大的原因
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。