细胞衰老，首先在成纤维细胞培养物中描述，是一种动态多步骤过程，导致永久性增殖逮捕，响应各种刺激[ 2， 3.］．在分子水平下，通过随后的P53稳定化通过上调依赖性激酶抑制剂P16和P21来介导衰老介导[ 4］．最终，生长停滞伴随着表型特征，包括核形态的失调、染色质的细胞质内含物和扩大的细胞质[ 5， 6］．后者的特征是扩大的颗粒状形态、肌动蛋白应力纤维的形成、线粒体积累和溶酶体功能障碍，并且至少部分是由mTOR通路的组成性激活介导的[ 4］．在转录层面，这些表型变化似乎伴随着基因表达模式的基本改变，导致施加抗曝光效应的许多信号通路的上调[ 7- - - - - - 9］．此外，改性的转录模式也偏向于促炎细胞因子，趋化因子，生长因子和基质重塑蛋白质中的稳健表达，以及在所谓的衰老相关的分泌表型（SASP）中的蛋白质[ 10.］．最近对SASP的蛋白质组学分析显示，SASP分泌谱在不同的细胞类型和衰老诱导刺激之间具有高度的异质性，绘制了一幅复杂的衰老特异性转录机制图[ 11.］．实际上，衰老转录组的网络分析表明缺氧诱导因子1（HIF1）等蛋白质的上调以及表明衰老细胞内Milieu的变化的综合性质[ 12.］．不成熟的 离体干细胞的衰老促使对培养方法的调查，包括使用差分氧气紧张局势，利用低氧气模拟这些细胞所存在的天然利基的关键方面之一的想法，从而有助于保持临界表型特性 在体外．

干细胞通常分为两个主要类别：胚胎和成体干细胞。由于胚泡内部细胞质量中的细胞，前者是迄今为止的，因为胚泡内部细胞质量产生了确保生理器官的所有成人组织[ 13.］．成体干细胞具有更强的组织特异性，仅对特定组织的重塑有贡献。它们存在于不同的器官中，在这些器官中，它们的微环境严重影响它们的分化能力[ 14.］．这些专业的核桃是骨髓，其中成体干细胞是造血和非血液生物形式最丰富的[ 15.］．后者被称为骨髓源性间充质基质细胞(bone marrow mesenchymal stromal cells, BMSCs)，最早由Friedenstein于1976年发现[ 16.］．BMSCS是多能物种，具有区分在包括脂肪，软骨细胞，成纤维细胞，成纤维细胞或在某些条件下的间充质谱系中的不同成熟细胞的多种物种。 17.］．BMSCs的额外特征是，它们在培养中可塑贴壁，表达CD105、CD73和CD90表面标记物，但CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79alpha、CD19和HLA-DR阴性[ 18.］．至少部分由于后者的特点，骨髓间充质干细胞在淋巴细胞增殖试验中没有显示同种反应性，这表明它们适合于HLA不相容个体之间的移植[ 19.］．由于人BMSCs（HBMSCs）被证明能够区分综合细胞，肌纤维素细胞，骨细胞和有助于形成骨髓微环境的其他成熟细胞，因此它们似乎通过维持造血微环境来调节血液血泡的作用[ 20.， 21.实际上，发现HBMSCs移植到鼠骨髓中足以使人骨髓微环境的重建和鼠骨髓中原始人血液细胞的形成足够[ 22.］．还有很好的记录，在人类中，在治疗性骨髓移植后，血液发作前体和HBMSCs的共移植改善了血气恢复[ 23.， 24.］．除了其假定的结构作用外，hBMSCs还维持和发展骨髓微环境，并通过产生各种不同的细胞因子支持造血细胞[ 25.］．如此 在活的有机体内研究显示白介素-1和-6的组成性表达( il - 1， il - 6，)、巨噬细胞集落刺激因子( M-CSF.)和干细胞因子( SCF.)通过向成骨谱系分化的hBMSCs [ 26.］．然而，这不仅包括生理状态，也发生在相关的病理条件。事实上，肥胖动物的炎性骨髓微环境促进了小鼠骨髓间充质干细胞(mBMSC)向脂肪细胞分化[ 27.］．这些数据表明，HBMSCS不仅在维持骨髓室内的重要因素，而且微环境刺激也可能在其生理学中至关重要，包括其降低衰老，使其在自然利基内的延长寿命延长[ 28.， 29.］．骨髓间充质干细胞衰老是他们使用细胞治疗的一个关键方面，因为衰老的骨髓间充质干细胞显示了不同的增殖和分化能力[ 30.］．衰老是基于骨髓间充质干细胞的细胞治疗中一个特别的挑战，因为观察到衰老的骨髓间充质干细胞也显示微丝动态减少，并伴有迁移受损[ 31.］．此外，在包括趋化因子受体4（CXCR4）和趋化因子受体7（CCR7）的许多细胞因子和趋化因子受体的下调是衰老BMSC的另一种特征，这可能还有助于这些细胞的迁移受损的关键方面之一他们的治疗潜力[ 32.］．如果局部缺氧是骨髓驻留细胞的基本微环境，则骨髓微环境的特征是较低的氧气升高。数学模型预测，血气干细胞局部地归纳于血管化骨髓区域较差的骨髓区域，表明缺氧微环境对其稳态是必不可少的[ 33.］．事实上，在小鼠身上发现的一致结果表明，造血细胞驻留在缺氧的骨髓生态位中[ 34.］．基于这些数据，我们可以推测骨髓局部缺氧也是骨髓间充质干细胞生理过程中一个重要的微环境因素[ 35.］．

由于氧气在细胞生理学中的基本作用，氧气耗尽缺氧 - 最常与病理条件相关。然而，缺氧是某些器官和组织的开发和维持的组成部分。实际上，细胞母细胞在2％的氧环境中增殖，而在20％的氧气下，它们停止增殖并经历分化[ 36.］．与此一致，哺乳动物的繁殖轨迹是缺氧的，与O₂水平从1.5%至8.7%不等，直到妊娠早期晚期出现明显的血管形成和胎盘形成[ 37.， 38.］．因此，胚胎干细胞必须暴露在缺氧环境中以维持其多能性就不足为奇了，这表明氧气会影响干细胞的固有特性[ 39.］．有趣的是，在合胞滋养细胞形成过程中，衰老标记物的表达也被观察到，这提出了缺氧适应和衰老分子机制之间的潜在联系的问题[ 40］．缺氧不仅是胚胎发生的特征，也是成人器官的生理特征，包括骨髓，这提出了一个问题，低氧压力是否与胚胎干细胞具有类似的生理作用，包括hBMSCs。为了支持这一观点，研究发现hBMSCs在缺氧条件下表现出更高的增殖率，在2%的氧气水平下仍保持未分化，这表明缺氧对BMSCs有复杂的影响[ 41.］．

在低氧环境中的细胞具有细胞内信号机制，允许适应和响应氧气的减少。缺氧引发的复杂分子事件主要是由hif主导的，hif最初被确定为与3 ” 促红细胞生成素的增强剂序列 (EPO)基因对缺氧的反应[ 42.］．它由两个亚基组成:HIF-alpha (HIF α)和-beta (HIF β)，前者是对氧气水平作出反应，而后者是构成表达[ 43.］．在氧气存在下，HIF α通过脯氨酰酶（PHDS）在保守的脯氨酸残基上羟基化[ 44.］．这导致HIF的构象改变 α暴露于von hippel-lindau（pvhl）泛素连接酶的含有羟基化的hif α降解[ 44.， 45.］．由于PHDS使用用于羟基的分子氧，因此它们被认为是细胞内氧水平的主要传感器[ 46.］．确实，在缺氧条件下，羟化和随后的HIF降解 α不能导致HIF的稳定和二聚 α与 β上调多种缺氧适应基因表达的亚基[ 47.］．例如，血管内皮生长因子( VEGF)，通过促进血管生成来帮助暴露在缺氧条件下的细胞存活[ 48.］．HIF-VEGF轴在缺氧暴露的hBMSCs中起作用，表明其缺氧表型的展开，至少部分是由hif介导的机制协调的[ 47.］．

在施加氧依赖性腺苷三磷酸（ATP）生产的细胞中，大部分氧气被氧化磷酸化消耗。在20％氧气下生长的HBMSCs在线粒体中的氧气消耗增加了2倍，与在缺氧条件下的细胞相比，缺氧条件的细胞需要调整其新陈代谢以适应氧气耗尽[ 49.］．在低氧张力下培养的hBMSCs，除了三羧酸循环(TCA)中间体中葡萄糖衍生碳的吸收减少外，还显示出葡萄糖摄取升高，这表明在厌氧条件下，为了最大限度地生产能量，存在一个复杂的代谢开关(见图) 1。）[ 50.］．此外，缺氧HBMSCS还显示在TCA循环中的碳源谷氨酸含量的差异利用率。然而，伴随的低氨产生表明谷氨酸主要通过转氨酶代谢而不是缺氧HBMSC中的谷氨酸脱氢酶[ 50.］．转氨作用不会导致谷氨酸代谢时产生氨，这可能对细胞有益，因为氨被认为对hBMSC培养物有毒[ 51.， 52.］．因此，观察到在2%氧气条件下生长的hBMSCs比在20%氧气条件下生长的hBMSCs具有更高的增殖率，这提出了一个问题，即这种差异的增殖能力，至少在一定程度上是由于低氧条件下氨产量减少造成的 在体外状况 [ 53.］．由于增殖往往会抑制分化，我们可以推测缺氧是否会干扰BMSCs的分化能力[ 54.］．事实上，端粒酶逆转录酶的表达( 叔)和八聚体结合蛋白4 ( OCT4），未分化细胞的标记，缺氧HBMSCs增加[ 55.)(图 1）.此外，缺氧似乎增加了g1阻滞的hBMSCs的亚群，这些细胞显然不能分化成骨性或脂肪组织[ 56.］．然而，相比之下，其他研究发现在人类和啮齿动物的低氧骨髓间充质干细胞培养中，伴随着抑制增殖 OCT4表达，这可能反映了在骨髓间充质干细胞培养中存在对缺氧反应不同的不同亚群[ 57.， 58.］．事实上，与那些更倾向于软骨或脂肪形成的细胞相比，那些更倾向于成骨细胞谱系的细胞似乎表现得不同。缺氧的hBMSC在培养14天和21天后不能显示出如钙化或碱性磷酸酶等成骨特征，这一发现支持了这一概念[ 49.］．在accordanec中，RUNX家族转录因子2 ( RUNX2），Osteocalcin（ 伯克拉普）和I型胶原蛋白（ 科利）全部在缺氧HBMSC中被压抑 VEGF提示HIF途径在这些细胞中被激活，而成骨机制没有完全参与[ 59.)(图 1）.这些观察结果表明，对于分化成骨质发生谱系，需要在常见条件下培养BMSC。有趣的是，当缺氧HBMSCs转移到常氧条件时，培养物显示出差异的骨质发生潜力的成骨异质性，并表明缺氧适应诱导干扰，显然，氧气苛刻的成骨计划的永久分子变化[ 49.］．相比之下，在缺氧条件下培养7-20天后，hBMSCs表现出增强的成脂潜能，其诱导的脂肪细胞特异性基因和脂滴的积累[ 58.， 60.］．然而，值得注意的是，也有关于不同缺氧条件下脂肪生成减弱的报道。例如，长期缺氧显然会阻碍hBMSC的成脂分化[ 61.］．虽然成骨需要氧高的确切原因尚不清楚，但可能与缺氧骨髓间充质干细胞氧化磷酸化能力下降有关[ 49.］．另外，考虑到终末分化是衰老的一种特殊形式，我们可以推测缺氧是否通过阻断其谱系特异性衰老而干扰了骨髓间充质干细胞的成骨分化。

越来越多的证据表明，缺氧影响骨髓间充质干细胞衰老，至少部分是通过重新编程细胞碳水化合物代谢[ 49.)(表 1）.事实上，代谢物，如乙二醛，触发hBMSC衰老，并伴随着代谢衰老标志物水平的升高，包括衰老相关的 β- 高乳糖苷酶（SA- β加)或 α-L-氰化酶（ α-fuc）活动[ 62.］．此外，患有Cyanotic先天性心脏病（CCHD）的患者骨髓的代谢组学呈大幅增加 D- 患有患者BMSC的过早衰老的糖糖水平[ 63.］． D-GalactiOse是一种众所周知的衰老诱导代谢物，主要通过氧化应激作用[ 64.］．有趣的是，升高了 β-Gal水平长期以来被认为是衰老的标志，所以我们可以推测 D-半乳糖在骨髓间充质干细胞衰老中的作用不一定局限于严重的慢性缺氧情况。确实，从年龄较大但非缺氧供体分离的hBMSCs也显示SA-升高 β-Gal和脂褐素水平与从年轻捐献者获得的hBMSCs相比，增殖能力下降[ 65.， 66.］．基于这些发现，缺氧似乎通过衰老激发代谢变化，缺氧在人类中衰老效应（图 1）.

显然，在氧气耗尽环境中激活的复杂的自适应措施也影响脂质代谢。实际上，脂肪酸结合蛋白3（FABP3），脂肪酸结合蛋白家族的肌肉和心脏特异性成员在缺氧HBMSC中上调[ 67.］．FABP家族成员不仅分别调节脂质代谢和磷脂生物合成，这是能量生产和细胞分裂的关键方面，而且还促进内皮细胞增殖，促进成脂分化[ 68.- - - - - - 70］．然而，有趣的是，缺氧诱导的FABP3抑制hBMSCs的增殖，反过来可能减少复制突变的积累，从而减少衰老[ 67.］．事实上，hBMSCs体外增殖导致各种突变的积累和染色体不稳定，最终导致细胞周期阻滞和衰老[ 71.］．衰老的骨髓间充质干细胞还积累活性氧(ROS)，通过氧化DNA损伤，不仅降低分化能力，而且上调衰老标志物p53和p21，导致细胞周期阻滞[ 72.- - - - - - 76.］．衰老的hBMSCs显示p53和p21活性升高和p21逆转衰老表型的遗传消融[ 77.- - - - - - 79.］．此外，抗氧化剂或减少ROS的产生减缓hBMSCs的过早衰老，并抑制p21和p53的表达[ 80， 81.］．因此，尽管有代谢适应触发衰老的发现，人们可以推测缺氧条件通过减少ROS的形成导致衰老的整体下降。确实，有报道称在缺氧条件下培养骨髓间充质干细胞可以抑制衰老，促进细胞的未分化状态[ 82.， 83.］．这些表型效应在HIF介导的基本螺旋环 - 螺旋转录因子捻度诱导（ Twist1.）因此导致HBMSCS中P21的下调[ 84.］．此外，在啮齿动物细胞中，HIF的抗血糖效应显然是由HIF上调的巨噬细胞抑制因子（MIF）介导的P53的已知下调器，支持缺氧的总体效果相当抗炎并介导的思想通过HIF途径通过多种效果[ 85.)(图 1）.

类似地，在研究缺氧下分析端粒长度，BMSCs的Inthe Sendence的另一个标志的研究中获得了矛盾的结果。具有细胞聚粒的细胞通常显示衰老表型，包括P53和P21活化和端粒聚集，也导致进一步的DNA损伤，并且这些标志在衰老HBMSCS中报告了[ 86.- - - - - - 88.］．然而，在低氧环境中保持BMSCs是否可以阻止或逆转这些变化尚不清楚，因为在缺氧的hBMSC培养中，端粒酶活性升高，端粒长度增加和端粒缩短[ 53.， 84.］．在大鼠骨髓间充质干细胞(rBMSC)中，nad依赖性蛋白去乙酰化酶Sirtuin 1 (SIRT1)被报道参与端粒酶活性的维持和染色体末端DNA损伤的减少。事实上，在年轻的rBMSCs中抑制SIRT1会导致过早衰老，而在老的rBMSCs中上调SIRT1，显然会降低衰老表型并增加增殖[ 89.］．然而，如果SIRT1涉及在缺氧条件下仍然在缺氧条件下涉及缺氧条件下，因此在缺氧下，细胞内NADH水平增加导致抑制S. IRT1在已建立的细胞系中[ 90.］．此外，SIRT1 DEA乙酸酯HIF-1和因此衰减其转移活性，从而抵消了缺氧细胞间肾细胞中的HIF介导的作用[ 91.］．因此，SIRT1在缺氧HBMSCs中端粒长度调节中的可能作用需要进一步研究。

除了上述性新陈代谢相关机制外，自噬在于维持干细胞表型和衰老抑制方面也很重要[ 92.］．事实上，自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤抑制自噬可导致骨髓间充质干细胞的早期衰老。相比之下，激活自噬会增加相同细胞的增殖能力[ 93.］．缺氧，显然，通过抑制MTOR途径，通过抑制MTOR途径来提动HBMSCs的自噬，已知的自噬抑制剂[ 94.， 95.］．实际上，印度刺猬（IHH）蛋白的MTOR途径和ROS产生的抑制在HBMSCs中逆转了衰老表型，包括其自身受体PTCH1 / 2的下调，老化HBMSC的分子标志之一[ 96.， 97.)(图 1）.另一种可能与骨髓间充质干细胞衰老相关的自噬调节因子是特殊的富含at的结合蛋白2 (SATB2)，它似乎是下颌hBMSC在常氧和低氧条件下自噬活性升高，并伴有更高的多能性和抗衰老能力的原因。SATB2的激活通过mTOR信号通路导致自噬相关基因表达增加[ 98.］．此外，在胫骨hBMSC中外源性表达SATB2可增加自噬能力和多能性[ 98.］．