细胞增殖与分化

细胞分裂有何意义？
产生新个体。
多细胞生物 细胞分裂 产生新细胞，补充 衰老和死亡的细胞。
多细胞生物 细胞分裂 产生有性生殖细胞。
细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。
二、细胞周期


细胞分裂与生长呈现周期性变化。从细胞分裂 结束到下一次细胞分裂结束所经历的间隔时期 称细胞周期（cell cycle ）。 根据在显微镜下对细胞周期的研究将细胞周期 划分为间期和分裂期（M期）。

1、细胞周期蛋白
1983年，以Hunt为代表的科学家在以海胆为对象研究细
胞周期时发现。1983年Timothy Hunt首次发现海胆卵受精 后，在其卵裂过程中两种蛋白质的含量随细胞周期剧烈振 荡，在每一轮间期开始合成，G2/M时达到高峰，M结束 后突然消失，下轮间期又重新合成，故命名为周期蛋白

真核细胞G1早期受到生长因子的刺激后才能
进入细胞周期，否则cyclin和CDK降解，细胞
进入静止状态。生长因子作用于G0期细胞可
以使之进入细胞周期。

（1）生长因子的来源和作用方式 1、生长因子的来源


生长因子可以来源于多种组织作用于多种不同
的靶细胞。

2、生长因子的作用方式


生长因子有旁分泌、自分泌、内分泌等作用方式。
TGFb 、干扰素。


（2）生长因子在医学研究中的应用
1、在肿瘤诊断和治疗中的应用
①干扰肿瘤细胞自分泌生长因子抑制其生长；
②利用双向生长因子和抑素抑制肿瘤细胞生长；


EGF抑制某些乳腺癌细胞生长
③以某些生长因子作为肿瘤诊断的指标；IGF2 （胰岛素样生长因子2）作为肝癌 诊断的指标。

2、NGF治疗神经系统疾病

治疗神经损伤：外周神经损伤、糖尿病神经损
伤，坐骨神经损伤；

治疗神经退行性疾病：老年痴呆（阿尔茨海默 病）、癫痫等

3、生长因子在促进创伤愈合、组织再生中的
作用

治疗大面积烧伤、创伤、溃疡促进组织修复， 减少瘢痕形成。

现有EGF霜、EGF眼药水、EGF胃溃疡药的 开发。
DNA复制相关的酶系、G1期向S期转变相关的蛋
白质在此期合成。
如：胸腺嘧啶激酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、 脱氧胸腺嘧啶核苷酸合成酶和DNA合成有
关的酶等。
装配核糖体。
从增殖的角度来看，根据细胞能否顺利通过G1期R
点，可将高等动物的细胞分为三类：
1、终末分化细胞：失去增殖能力，合成功能性蛋白
走向分化，又称不育细胞或终末细胞。 2、持续增殖细胞：越过R点，继续增殖。 3、暂不增殖细胞：即暂时从G1期退出细胞周期，不 进行增殖，但在适当刺激下可重新进入细胞周期开始 分裂的细胞，也称为G0期细胞。

Cyclin－CDK复合物是细胞周期中的关
键转折点的分子开关。它们的产生和降 解协调的控制着细胞周期的进行。
（三）、细胞生长因子

生长因子（growth factor）：是一类由细胞分泌的、 类似于激素的信号分子，多数为肽类（含蛋白质）物 质，具有调节细胞生长与分化的作用。

生长因子与细胞生长、分化、免疫、肿瘤、创伤愈合 等多种生理及病理状态有关。
（二）S期：
• 大量DNA复制的阶段； • 组蛋白及非组蛋白大量的合成； • 完成染色质的复制；
• 中心粒的复制完成。
• S期活化因子（S-phase activator）： DNA复制启动所需的一种启动信号； G1期过渡到S期开始合成，到S其中期含量最 高，S期末瞬即消失。
（三）G2期：
• 细胞分裂准备期；
分裂期（M期）
植物细胞有丝分裂过程
①出现染色体、出现纺锤体
纺锤丝
染色体
②核膜、核仁消失
着丝点
植物细胞有丝分裂过程
①所有染色体的着丝粒都 排列在赤道板上 ②染色体的形态和数目最 清晰
植物细胞有丝分裂过程
①着丝粒一分为二，姐妹染 色单体分开，成为两条子染 色体。并分别向两极移动。
②染色单体消失，染色体数 目加倍。
植物细胞有丝分裂过程
植物细胞有丝分裂过程
①染色体变成染色质，纺锤 体消失。
细胞板
②核膜、核仁重现。
胞质分裂
①在赤道板位置出现细胞板 （由囊泡聚集而成） ②细胞板扩展成分隔两个子细胞
的细胞壁
细胞壁
G2间期→前期→前中期→中期→后期→末期
三、细胞周期的调控


细胞周期的有序运行是通过相关基因的严格监 视和调控来保证的。 细胞周期的准确调控对生物的生命活动是十分 重要的。
• 细胞中合成一些与M期结构、功能相关的蛋白质，
• 与核膜破裂、染色体凝集密切相关的成熟促进因子亦 在此期合成。 • 核复制的中心粒逐渐长大，并开始向细胞两 极分离。
M期


进入M期后，细胞形态结构出现明显变化，生 化特点主要是RNA合成中止，蛋白质合成减 少，染色体高度螺旋化。 为了便于描述，按细胞核形态变化特点， M期 被人为的划分为前期(prophase)、中期 (metaphase)、后期(anaphase)和末期 (telophase)。
细胞增殖周期的进程。
（二）、细胞周期的调控
细胞周期的3个转折点 G1-S期转折点：起始点或R点；
G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点； M后期-胞质分裂检验点：任何一个染色体没有正确 连接到纺锤体上，都会使细胞周期中断。
细胞周期中的三个主要关卡（check
point）
G1关卡(靠近G1末期,G1-S) G2关卡(G2期结束点,G2-M) 中期关卡(中期末,M后期-胞质分裂)
四、细胞周期与医学
肿瘤治疗 1、Ｇ0期的肿瘤细胞对化疗药物不敏感，又具有 肿瘤复发的潜在危险性。根据细胞增殖的调控 机理，可以利用血小板源生长因子激活Ｇ0期 细胞，将它们驱入Ｇ１期，进入增殖状态，再 用理化疗法就可以收到较为理想的效果。
２、细胞周期和用药
根据细胞周期代谢活动特点选用不同的治疗药 物是临床治疗的常规方法。 ①非周期特异性药物，如氮芥、丝裂霉素等； ②周期特异性药物，此类药只作用于增殖状态的细胞，对 G0期细胞不起作用，如放线菌素D；
②
cyclinE ：在G1期末与CDK结合，推动细胞DNA复制， 使细胞由G1期向S期过渡。
③
cyclinA ：在S期与CDK结合，是DNA复制起始所需。
④
cyclinB ：在S期末与CDK1结合，促进分裂。

（4）cyclin的降解
cyclin 的周期性降解使CDK周期性失活。 泛素化（ubiquitination）与cyclin降解密 切相关。
24
20 19.4 47.5 16.8
10
8 9.8 28 6
11.5
6.8 6.8 16 6
2
4.5 2.2 1.8 4
0.5
1.5 0.6 1.7 0.8
14
12 9.6 15.5 10.8
从表中可看出:

不同细胞的TC差别很大 TC与 TG1的变化一致


TS + TG2 +
TM 值比较稳定,约12-24小时
产生磷酸激酶活性。
②
Cyclin不总是与CDK结合在一起而是在细胞周期不
同阶段有规律的降解使CDK周期性失活。
③
不同的CDK可以与多种cyclin结合。

（3）cyclin分类

目前发现的数十种，按他们与CDK结合并作用的细胞周
期不同可以分为4大类：
①
cyclinD ：在晚G1期与CDK4为主的几种激酶结合，使 细胞通过G1/S期检查点，。
(cyclin)。
2、细胞周期蛋白依赖性激酶CDK



(1)CDK的发现 1988年M. J. Lohka 纯化了爪蟾的细胞周期蛋白, 这种蛋白与细胞进入有丝分裂期相关，因此命 名为MPF（mitosis-promoting factor， 促有丝 分裂因子。 MPF由cdc2 蛋白（一种相对分子质量34000的 蛋白，即p34）和周期蛋白cyclinB结合形成，表 现出蛋白激酶的活性，所以又被称为CDK1（周 期蛋白依赖性蛋白激酶）。
细胞周期的分期
四个时期：
DNA合成前期(pre-synthetic phase或gap l phase，G1期)
DNA 合成期(synthetic phase，S期) DNA合成后期(post-synthetic phase或gap2 phase，G2期) 有丝分裂期(M期)
细胞周期时间(cycle time，TC)： 细胞增 殖过程所经历的时间

2001年10月8日美国人Leland Hartwell、英 国人Paul Nurse、Timothy Hunt因对细胞周 期调控机理的研究而获诺贝尔生理医学奖。
Leland H. Hartwell
R. Timothy (Tim) Hunt
Sir Paul M. Nurse
①
（2）cyclin对CDK 活性调节 CDK单独存在时没有激酶活性，当细胞周期蛋白与 之结合后才发生构象改变，活性位点暴露从而激活，

有丝分裂又称为间接分裂，特点是有纺锤体染 色体出现，子染色体被平均分配到子细胞，这 种分裂方式普遍见于高等动植物。
减数分裂是指染色体复制一次而细胞连续分裂 两次的分裂方式，是高等动植物有性生殖时形 成生殖细胞的分裂方式。

细胞增殖的意义：
有丝分裂 无丝分裂 减数分裂
单细胞生物：细胞分裂
体细胞的增殖方式 生殖细胞的增殖方式
③周期阶段性药物，如秋水仙素、长春新碱等是破坏纺锤
体微管的形成，从而使细胞阻断于M期。
放疗 射线对G2期细胞敏感，而对其他时期敏感性低。
３、用细胞或基因植入进行治疗
抑癌基因的导入或原癌基因的置换 等进行基因治疗被认为有深远前景。
细胞周期各个阶段所需时间分别为： TG1、TS 、TG2、TM TC
=
TG1 + TS + TG2 +
TM
单位:小时
不同细胞的周期时相差别很大：
TC
小鼠食道上皮 小鼠腹壁上皮 87 151
TG1
75 139
TS
7.2 6.2
TG2
4.1 5.3
TM
0.7 0.5
TC-TG1
12 12
人大肠粘膜
人宫颈癌 人羊膜 大鼠肝 人肺成纤维细胞

无丝分裂又称为直 接分裂。表现为细 胞核伸长，从中部 缢缩，然后细胞质 分裂，其间不涉及 纺锤体形成及染色 体变化，故称为无 丝分裂。

无丝分裂不仅发现于原核生物，同时也发 现于少数高等生物组织中，如动物的上皮、 间充组织及肌肉细胞等等。

无丝分裂中子代的细胞核来源于亲代细胞 核的断裂，因此两个子代细胞中的遗传物 质可能不是均等的。
旁分泌：作用于临近细胞；


自分泌：作用于自身；
内分泌：分泌入血液，通过血液循环作用于远处细胞。

3、生长因子的生物学效应 主要表现在促进细胞生长、分化、促进个体发育 等方面，如NGF、EGF。

有些生长因子具有双重调节作用如HGF（肝细 胞生长因子）。

负调节作用：抑制细胞生长，如抑素
（chalone）、肿瘤坏死因子（TNF）、
第一节 细胞增殖和细胞周期
一、概念



细胞增殖（cell proliferation）是细胞通过 生长和分裂获得具有与母细胞相同遗传特 征的子代细胞，从而使细胞数目成倍增加 的过程。 细胞的增殖活动使生命得以延续。 它是细胞发育过程中的一个阶段，也是细 胞生命活动的一种体现。


细胞分裂(cell division)可分为 无丝分裂(amitosis) 有丝分裂(mitosis) 减数分裂(meiosis)三种类型。
TM 较小,约1小时左右
DNA合成前期（G1期）
分裂间期
（时间占90—95%）
合成期（S期）
DNA合成后期（G2期） 前期
细胞周期
（时间占5—10%）
分裂期（简称M期）
中期
后期 末期
问：如果观察一个正在进行有丝分裂的 组织，处于哪个阶段的细胞会更多些？
（一）G1期：
RNA大量合成，蛋白质含量明显增加。
（一）、细胞周期调控的相关蛋白

细胞周期的调控有多种蛋白质因子参与，其中最 主要的是

细胞周期蛋白（cyclin） 细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase， CDK）

细胞周期蛋白激酶抑制因子（cyclin kinase inhibitor，CKI，or CDK inhibitor protein CIP）




3、细胞周期蛋白抑制因子
细胞周期蛋白抑制因子又称为CDK抑制蛋白
（cyclin kinase inhibitoe，CKI，or CDK
inhibitory protein， CIP）是一些对CDK激酶活
性起抑制作用的蛋白，主要在检查点处抑制CDK
活性而阻止细胞周期进程。

CKI与促进细胞增殖的因素相互协调，共同控制