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

20世紀50年代，Swin和他的同事利用原代細胞體外培養(yǎng)試驗證明了來源于不同物種的纖維細胞均不具備無限分裂的潛能。取得突破性進展的還是Hayflick和Moorhead，他們做了更系統(tǒng)更細致的觀察和描述，他們對25株人成纖維細胞進行原代培養(yǎng)，在這個過程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過約50次傳代之后，所有細胞出現(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。之后也有事實證明，細胞老化并不是體外培養(yǎng)所導(dǎo)致，細胞在體內(nèi)也會隨著年齡的增長，逐步走向老化。

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

雖然由于細胞周期的中斷和DNA復(fù)制的停止，老化細胞內(nèi)的DNA含量與正常細胞類似，但 RNA與蛋白質(zhì)豐度均比正常細胞要明顯升高。這是因為，盡管細胞進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)在細胞內(nèi)持續(xù)堆積。

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

圖1  實心箭頭指示的是發(fā)生細胞老化的HEK293細胞，SA-β-gal染色陽性，而空心箭頭指的是未發(fā)生老化的細胞。

圖2  被染上藍色的是發(fā)生老化的MSC細胞, 未被染色的是未發(fā)生老化的細胞。

由圖片可以看出老化細胞體積增大、細胞扁平。