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细胞衰老是细胞不可逆的失去增殖能力的过程,最早由Hayflick等人发现,被认为是机体抑制肿瘤发生的重要屏障。但是也有研究表明衰老细胞可以通过分泌表型促进肿瘤发生。因此,细胞衰老与肿瘤之间的关系还需要进一步的研究。而对细胞衰老发生的分子机理的理解,有助于我们开发新的肿瘤治疗策略。目前已经发现多种基因毒性刺激都能诱发细胞发生早熟性细胞衰老,如端粒缩短、原癌基因激活、辐射损伤、活性氧损伤等,这些刺激都能引发DNA损伤。因此,DNA损伤信号活化可能是引发细胞衰老的主要原因。但是,DNA损伤引发细胞衰老的分子机制目前还不完全清楚。另外,细胞发生DNA损伤会导致细胞周期阻滞。之前的衰老模型认为,DNA损伤通过激活p53/p21通路,诱发G1期阻滞后发生细胞衰老。但是最近的研究发现衰老细胞中也存在G2期细胞。目前还不清楚这些G2期细胞是如何发生衰老的。为了研究DNA损伤诱发细胞衰老的分子机制,并探究G2期细胞发生衰老的机理,本论文以人黑色素瘤细胞系92-1和A375为研究材料,采用碳离子、铁离子以及X-射线等多种电离辐射处理细胞产生DNA损伤,通过比较不同电离辐射处理诱发细胞中DNA损伤的性质以及在染色体上分布的差异,来探究DNA损伤和细胞衰老之间的关系;同时,通过检测衰老相关的半乳糖苷酶的活性,相关蛋白的表达、细胞周期进程,来探究G2期细胞发生衰老的机理。实验结果表明,碳离子、铁离子以及X-射线等电离辐射引发细胞衰老都存在剂量依赖性和剂量饱和效应;而在相同剂量下,高LET的重离子诱发更高比例的细胞发生衰老。高LET的重离子辐照诱发的DNA损伤多为复杂损伤,不容易被修复;而低LET的X-射线诱发的端粒区域的DNA损伤同样不易被修复。这些持续存在的DNA损伤能够维持DDR信号通路的持续激活。并最终诱发p21的持续表达,导致细胞发生衰老。在发生G2期阻滞的细胞中,p21是决定细胞命运的关键因素:在p21上调表达的细胞中,p21通过诱发Aurora A激酶的降解,迫使细胞跳过M期,进入四倍体G1期后发生细胞衰老;而在不能有效上调表达p21的细胞中,Aurora A激酶持续表达,受辐照细胞发生短暂的G2期阻滞后进入M期,随后发生凋亡。因此,p21的上调与Aurora A激酶的下调是G2期阻滞细胞发生细胞衰老的关键事件。