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在人类中，不同细胞的大小相差100倍以上，从微小的红细胞到较大的神经元。但是，在每种细胞类型中，与标准大小的偏差非常小。在一项以酵母为实验对象的新研究中，来自美国麻省理工学院的研究人员将细胞培养成正常大小的10倍，并发现它们的DNA无法满足产生足够的蛋白来维持正常细胞功能的需求。此外，他们发现，这种蛋白短缺导致细胞进入一种称为衰老（senescence）的非分裂状态，这有可能解释着细胞如何随着年龄增加而变得衰老。相关研究结果于2019年2月7日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Excessive Cell Growth Causes Cytoplasm Dilution And Contributes to Senescence”。
论文通讯作者、麻省理工学院的Angelika Amon说道，“有很多假设试图解释为何会发生衰老，我认为这些数据为衰老提供了一个美丽而又简单的解释。”
过大的细胞大小
为了探究为何细胞大小如此受到严格控制，这些研究人员通过修改一个对细胞分裂至关重要的基因来阻止酵母细胞发生分裂，这样就能够在某种温度下关闭它。这些细胞继续生长，但是它们不能分裂，而且它们也没有复制它们的DNA。
这些研究人员发现随着细胞大小的增加，它们的DNA及其蛋白制造工厂无法满足如此大的细胞的需求。无法产生足够的蛋白导致细胞质受到稀释和细胞分裂受到破坏。他们认为当细胞过大时，依赖于细胞分子彼此间相互作用的许多其他基本细胞过程也可能受损。
论文第一作者、麻省理工学院博士后研究员Gabriel Neurohr说道，“理论模型预测对细胞质进行稀释将会降低反应速度。每种化学反应都会发生得更慢，某些蛋白的某些阈值浓度可能无法达到，因此某些反应永远不会发生，这是因为蛋白的浓度比较低。”
这些研究人员证实具有两组染色体的酵母细胞的大小在它们变得衰老之前是仅具有一组染色体的酵母细胞的两倍，这表明这些细胞中的DNA数量是细胞生长能力的一个限制因素。
利用人体细胞开展的实验产生了类似的结果：在针对人成纤维细胞的研究中，这些研究人员发现迫使这些细胞生长到过大的尺寸（正常大小的8倍）会破坏许多功能，包括细胞分裂。
与年龄有关的疾病
Amon说，过度生长可能在衰老的出现中起着主要作用，其中衰老发生在许多类型的哺乳动物细胞中，并且被认为导致与年龄相关的器官功能障碍和慢性年龄相关疾病。
衰老细胞通常比年轻细胞更大，这项新的研究发现不经控制的细胞生长导致衰老，从而为这一观察提供了一种可能的解释。人细胞在它们的一生当中往往会略微变大，这是因为细胞每分裂一次，它都会检查DNA损伤：如果发现任何DNA损伤，那么它在进行修复时停止分裂。在每次延迟期间，细胞都会略微变大。
Amon说，“在细胞的整个生命周期中，发生的分裂次数越多，遭受这种损伤的可能性就越高，而且随着时间的推移，细胞会变得越来越大。最终它们变得如此之大，以至于它们开始稀释对细胞增殖很重要的关键因子。”
一个尚未解决的难题是不同类型的细胞如何保持其细胞类型的适当大小。针对这一点，这些研究人员如今希望开展进一步研究。
参考资料：Gabriel E. Neurohr et al. Excessive Cell Growth Causes Cytoplasm Dilution And Contributes to Senescence. Cell, 2019, doi:10.1016/j.cell.2019.01.018. Cell：细胞治疗领域观察者
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