第十一章細(xì)胞周期及其調(diào)控

第十一章細(xì)胞周期及其調(diào)控細(xì)胞增殖是生命的基本特征，種族的繁衍、個(gè)體的發(fā)育、機(jī)體的修復(fù)等都離不開細(xì)胞增殖。一個(gè)受精卵發(fā)育為初生嬰兒，細(xì)胞數(shù)目增至1012個(gè)，長(zhǎng)至成年有1014個(gè)，而成人體內(nèi)每秒鐘仍有數(shù)百萬新細(xì)胞產(chǎn)生，以補(bǔ)償血細(xì)胞、小腸粘膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞的衰老和死亡。細(xì)胞增殖是通過細(xì)胞周期（cellcycle）來實(shí)現(xiàn)的，而細(xì)胞周期的有序運(yùn)行是通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。細(xì)胞無限制增長(zhǎng)對(duì)個(gè)體來說意味著癌癥，個(gè)體無限制繁殖對(duì)地球來說意味著災(zāi)難。一個(gè)大腸桿菌若按20分鐘分裂一次，并保持這一速度，則兩天即可超過地球的重量。第一節(jié)基本概念一、什么是細(xì)胞周期細(xì)胞周期指由細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的過程，所需的時(shí)間叫細(xì)胞周期時(shí)間?？煞譃樗膫€(gè)階段（圖11-1）：①G1期(gap1)，指從有絲分裂完成到期DNA復(fù)制之前的間隙時(shí)間；②S期(synthesisphase)，指DNA復(fù)制的時(shí)期，只有在這一時(shí)期H3-TDR才能摻入新合成的DNA中；③G2期(gap2)，指DNA復(fù)制完成到有絲分裂開始之前的一段時(shí)間；④M期又稱D期(mitosisordivision)，細(xì)胞分裂開始到結(jié)束。圖11-1細(xì)胞周期可劃分為四個(gè)階段從增殖的角度來看，可將高等動(dòng)物的細(xì)胞分為三類：①連續(xù)分裂細(xì)胞，在細(xì)胞周期中連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)因而又稱為周期細(xì)胞，如表皮生發(fā)層細(xì)胞、部分骨髓細(xì)胞。②休眠細(xì)胞暫不分裂，但在適當(dāng)?shù)拇碳は驴芍匦逻M(jìn)入細(xì)胞周期，稱G0期細(xì)胞，如淋巴細(xì)胞、肝、腎細(xì)胞等。③不分裂細(xì)胞，指不可逆地脫離細(xì)胞周期，不再分裂的細(xì)胞，又稱終端細(xì)胞，如神經(jīng)、肌肉、多形核細(xì)胞等等。細(xì)胞周期的時(shí)間長(zhǎng)短與物種的細(xì)胞類型有關(guān)，如：小鼠十二指腸上皮細(xì)胞的周期為10小時(shí)，人類胃上皮細(xì)胞24小時(shí)，骨髓細(xì)胞18小時(shí)，培養(yǎng)的人了成纖維細(xì)胞18小時(shí)，CHO細(xì)胞14小時(shí)，HeLa細(xì)胞21小時(shí)。不同類型細(xì)胞的G1長(zhǎng)短不同，是造成細(xì)胞周期差異的主要原因。二、細(xì)胞周期時(shí)間的測(cè)定標(biāo)記有絲分裂百分率法（percentagelabeledmitoses，PLM）是一種常用的測(cè)定細(xì)胞周期時(shí)間的方法。其原理是對(duì)測(cè)定細(xì)胞進(jìn)行脈沖標(biāo)記、定時(shí)取材、利用放射自顯影技術(shù)顯示標(biāo)記細(xì)胞，通過統(tǒng)計(jì)標(biāo)記有絲分裂細(xì)胞百分?jǐn)?shù)的辦法來測(cè)定細(xì)胞周期。有關(guān)名詞：TG1：G1期的持續(xù)時(shí)間TG2：G2期的持續(xù)時(shí)間TS：S期的持續(xù)時(shí)間TM：M期的持續(xù)時(shí)間TC：一個(gè)細(xì)胞周期的持續(xù)時(shí)間PLM：標(biāo)記的有絲分裂細(xì)胞所占的比例TDR：胸腺嘧啶核苷，是DNA的特異前體，能被S期細(xì)胞攝入，而摻進(jìn)DNA中。通常使用的是3H或者14C標(biāo)記的TDR。測(cè)定原理（圖11-2）：①待測(cè)細(xì)胞經(jīng)3H-TDR標(biāo)記后，所有S期細(xì)胞均被標(biāo)記。②S期細(xì)胞經(jīng)G2期才進(jìn)入M期，所以一段時(shí)間內(nèi)PLM=0。③開始出現(xiàn)標(biāo)記M期細(xì)胞時(shí)，表示處于S期最后階段的細(xì)胞，已渡過G2期，所以從PLM=0到出現(xiàn)PLM的時(shí)間間隔為TG2。④S期細(xì)胞逐漸進(jìn)入M期，PLM上升，到達(dá)到最高點(diǎn)的時(shí)候說明來自處于S最后階段的細(xì)胞，已完成M，進(jìn)入G1期。所以從開始出現(xiàn)M到PLM達(dá)到最高點(diǎn)（≈100%）的時(shí)間間隔就是TM。⑤當(dāng)PLM開始下降時(shí)，表明處于S期最初階段的細(xì)胞也已進(jìn)入M期，所以出現(xiàn)LM到PLM又開始下降的一段時(shí)間等于TS。⑥從LM出現(xiàn)到下一次LM出現(xiàn)的時(shí)間間隔就等于TC，根據(jù)TC=TG1+TS+TG2+TM即可求出的TG1長(zhǎng)度。事實(shí)上由于一個(gè)細(xì)胞群體中TC和各時(shí)相不盡相同，第一個(gè)峰常達(dá)不到100%，以后的峰會(huì)發(fā)生衰減，PLM不一定會(huì)下降到零，所以實(shí)際測(cè)量時(shí)，常以（TG2+1/2TM）-TG2的方式求出TM。圖11-2細(xì)胞周期各階段的時(shí)間與PLM的關(guān)系三、細(xì)胞同步化細(xì)胞同步化(synchronization)是指在自然過程中發(fā)生或經(jīng)人為處理造成的細(xì)胞周期同步化，前者稱自然同步化，后者稱為人工同步化。（一）自然同步化1．多核體如粘菌只進(jìn)行核分裂，而不發(fā)生胞質(zhì)分裂，形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細(xì)胞質(zhì)中，進(jìn)行同步化分裂，使細(xì)胞核達(dá)108，體積達(dá)5~6cm。瘧原蟲也具有類似的情況。2．某些水生動(dòng)物的受精卵如海膽卵可以同時(shí)授精，最初的3次細(xì)胞分裂是同步的，再如大量海參卵受精后，前9次細(xì)胞分裂都是同步化進(jìn)行的。3．增殖抑制解除后的同步分裂如真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，它們一起發(fā)芽，同步分裂。（二）人工同步化1．選擇同步化1）有絲分裂選擇法：使單層培養(yǎng)的細(xì)胞處于對(duì)數(shù)增殖期，此時(shí)分裂活躍，MI高。有絲分裂細(xì)胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時(shí)輕輕振蕩，M期細(xì)胞脫離器壁，懸浮于培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液，再加入新鮮培養(yǎng)液，依法繼續(xù)收集，則可獲得一定數(shù)量的中期細(xì)胞。其優(yōu)點(diǎn)是，操作簡(jiǎn)單，同步化程度高，細(xì)胞不受藥物傷害，缺點(diǎn)是獲得的細(xì)胞數(shù)量較少。（分裂細(xì)胞約占1%～2%）2）細(xì)胞沉降分離法：不同時(shí)期的細(xì)胞體積不同，而細(xì)胞在給定離心場(chǎng)中沉降的速度與其半徑的平方成正比，因此可用離心的方法分離。其優(yōu)點(diǎn)是可用于任何懸浮培養(yǎng)的細(xì)胞，缺點(diǎn)是同步化程度較低。2．誘導(dǎo)同步化1）DNA合成陰斷法：選用DNA合成的抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其他時(shí)期細(xì)胞的運(yùn)轉(zhuǎn)，最終可將細(xì)胞群阻斷在S期或G/S交界處。5-氟脫氧尿嘧啶、羥基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高濃度ADR、GDR和TDR，均可抑制DNA合成使細(xì)胞同步化。其中高濃度TDR對(duì)S期細(xì)胞的毒性較小，因此常用TDR雙阻斷法誘導(dǎo)細(xì)胞同步化：在細(xì)胞處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的培養(yǎng)基中加入過量TDR，（Hela，2mol/L；CHO，7.5mol/L）。S期細(xì)胞被抑制，其它細(xì)胞繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，最后停在G1/S交界處。移去TDR。洗滌細(xì)胞并加入新鮮培養(yǎng)液、細(xì)胞又開始分裂。當(dāng)釋放時(shí)間大于TS時(shí)，所有細(xì)胞均脫離S期，再次加入過量TDR，細(xì)胞繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至G1/S交界處，被過量TDR抑制而停