高等教育出版社：《医学细胞生物与遗传学》课程教学资源（电子教材）第十一章 细胞的增殖、凋亡与肿瘤

第十一章纟细胞增殖、凋亡与肿瘤第一节细胞分裂和细胞周期细胞分裂（celldivision）即细胞增殖（cellproliferation），是生命的基本特征。个体的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个受精卵通过持续的细胞分裂发育为初生婴儿，细胞数目增至约100亿个，长至成年约达到10万亿个；而成人体内每秒钟仍有数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠黏膜细胞和上皮细胞等的衰老和死亡。细胞分裂是通过细胞周期（cellcycle）来实现的，正常情况下有一套复杂而精妙的监控、调控机制，确保细胞周期的有序运行。种种不良刺激会引发基因变异、蛋白功能失调，以至于细胞周期正常调控机制失控。细胞无限制分裂增殖对个体来说则意味着癌症。一、细胞分裂和细胞周期概述（一）细胞分裂的类型细胞分裂或细胞增殖指亲代细胞（mothercell）经物质准备，分裂产生子代细胞（daughtercell）的过程。细胞分裂可分为无丝分裂、有丝分裂和减数分裂三种类型。1.无丝分裂（amitosis）又称为直接分裂，整个分裂过程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细胞，在真核细胞也有发生。2.有丝分裂（mitosis）又称为间接分裂，普遍见于高等动植物，是高等真核生物体细胞增殖的主要方式。有丝分裂的特点是有纺锤体和染色体出现，姐妹染色单体被平均分配到子细胞。有丝分裂是本节主要介绍的分裂方式。3.减数分裂（meiosis）是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是形成高等动植物生殖细胞的分裂方式。（二）有丝分裂的分期及各期的主要特点有丝分裂由核分裂与胞质分裂两个相继发生的阶段构成。核分裂虽然是一个连续的过程，为了便于描述，根据细胞形态结构的变化人为地划分为5个时期：前期（prophase）、前中期（prometaphase）、中期（metaphase）、后期（anaphase）和末期（telophase）。细胞完成分裂后所处的时间段称分裂间期，分裂间期结束于下一个分裂期的开始。1.前期其主要事件：①染色质凝缩形成染色体。染色质通过进一步的螺旋化和折叠，变得越来越短而粗，形成光学显微镜下可以分辨的染色体，每条染色体包含两个染色单体。②两对中心体分离，分裂极确立。早已完成复制的两对中心体，在前期移向两极，随后在两对中心体之间将形成纺锤体微管。2.前中期其主要事件：①核膜解体。由于核纤层蛋白纤维被有丝分裂期激活的蛋209医学细胞--正文.indd-2092018-5-18 17:31:

www.hep.com.cn 209 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 第一节  细胞分裂和细胞周期 细胞分裂（cell division）即细胞增殖（cell proliferation），是生命的基本特征。个体 的发育、机体的修复等都离不开细胞增殖。一个受精卵通过持续的细胞分裂发育为初生 婴儿，细胞数目增至约 100 亿个，长至成年约达到 10 万亿个；而成人体内每秒钟仍有 数百万新细胞产生，以补偿血细胞、小肠黏膜细胞和上皮细胞等的衰老和死亡。细胞分 裂是通过细胞周期（cell cycle）来实现的，正常情况下有一套复杂而精妙的监控、调控 机制，确保细胞周期的有序运行。种种不良刺激会引发基因变异、蛋白功能失调，以至 于细胞周期正常调控机制失控。细胞无限制分裂增殖对个体来说则意味着癌症。 一、细胞分裂和细胞周期概述 （一）细胞分裂的类型 细胞分裂或细胞增殖指亲代细胞（mother cell）经物质准备，分裂产生子代细胞 （daughter cell）的过程。细胞分裂可分为无丝分裂、有丝分裂和减数分裂三种类型。 1.  无丝分裂（amitosis） 又称为直接分裂，整个分裂过程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细胞，在真核细胞也有发生。 2.  有丝分裂（mitosis） 又称为间接分裂，普遍见于高等动植物，是高等真核生物 体细胞增殖的主要方式。有丝分裂的特点是有纺锤体和染色体出现，姐妹染色单体被平 均分配到子细胞。有丝分裂是本节主要介绍的分裂方式。 3.  减数分裂（meiosis） 是指染色体复制一次而细胞连续分裂两次的分裂方式，是 形成高等动植物生殖细胞的分裂方式。 （二）有丝分裂的分期及各期的主要特点 有丝分裂由核分裂与胞质分裂两个相继发生的阶段构成。核分裂虽然是一个连 续的过程，为了便于描述，根据细胞形态结构的变化人为地划分为 5 个时期：前期 （prophase）、 前 中 期（prometaphase）、 中 期（metaphase）、 后 期（anaphase） 和 末 期 （telophase）。细胞完成分裂后所处的时间段称分裂间期，分裂间期结束于下一个分裂期 的开始。 1.  前期 其主要事件：①染色质凝缩形成染色体。染色质通过进一步的螺旋化和折 叠，变得越来越短而粗，形成光学显微镜下可以分辨的染色体，每条染色体包含两个染 色单体。②两对中心体分离，分裂极确立。早已完成复制的两对中心体，在前期移向两 极，随后在两对中心体之间将形成纺锤体微管。 2.  前中期 其主要事件：①核膜解体。由于核纤层蛋白纤维被有丝分裂期激活的蛋 医学细胞-正文.indd 209 2018-5-18 17:31:58

第十一章细胞增殖、凋亡与肿瘤白激酶所磷酸化而引发核纤层解体，伴发核膜解体成为小膜泡。②纺锤体形成。两对中心体已到达两极，作为微管组织中心，形成微管向外延伸。其中一些微管的正极末端连接上正在变得越来越短粗的染色体，称动粒微管或着丝点微管，以便随后将染色体牵拉或推离：向彼此对侧中心体方向延伸但不附着染色体的微管则称为极性微管。这两类微管就构成了纺锤体。3.中期其主要事件：①所有染色体排列到赤道板（equatorialplate）。附着于动粒微管上的染色体通过马达蛋白的作用被牵拉或推离，以振荡的方式移向纺锤体中部，最终都排列到赤道板，这时染色体最短、最粗。②纺锤体呈典型的纺锤样。位于染色体两侧的动粒微管长度相等，染色体两边的牵引力像拔河一样达到平衡。4.后期指姐妹染色单体开始分开并移向两极，当子染色体到达两极后，标志着这一时期结束。在后期，染色体开始解凝缩，变得越来越长而细。5.末期其主要事件：①染色体解凝缩变回染色质。染色体继续解凝缩，变成染色质，纺锤体因组成的微管解体而消失。②核膜重新形成。之前在前中期被磷酸化的核纤层蛋白在磷酸酶作用下开始去磷酸化，核纤层蛋白与核膜残余小泡结合，介导核膜的重新装配形成。6.胞质分裂期胞质分裂的发生在后期已经开始，标志是形成收缩环（contractilering）。在细胞分裂后期，赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。分裂沟的形成与收缩环的收缩有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白（actin）和肌球蛋白（myosinⅡ）在赤道板外围组装成特殊微丝束，环绕细胞，即收缩环。用细胞松弛素及肌动蛋白和肌球蛋白抗体处理都可以抑制收缩环的形成。可以想象，收缩环的工作原理与肌肉收缩的原理有共同点，即肌球蛋白沿着微丝蛋白滑动导致收缩（图11-1）。1.前期2.前中期3.中期中心体中心体在纺中心体到纺纺锤体核膜节段化锤体两极锤体两极核膜完整着丝点动粒微管动粒微管姐妹染色单体染色体位移6.胞质分裂期5.末期4.后期核膜形成姐妹染色单体极性微管收缩环收缩中心体纺锤体两动粒微管缩短从中心体发形成分裂沟极外移核膜围绕染色体出，重新形重新组装成间期微管图11-1细胞有丝分裂各期示意图（原图摘自MolecularBiologyoftheCell第6版）210医学细胞-正文.indd2102018-5-18 17:31:5

www.hep.com.cn 210 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 白激酶所磷酸化而引发核纤层解体，伴发核膜解体成为小膜泡。②纺锤体形成。两对中 心体已到达两极，作为微管组织中心，形成微管向外延伸。其中一些微管的正极末端连 接上正在变得越来越短粗的染色体，称动粒微管或着丝点微管，以便随后将染色体牵拉 或推离；向彼此对侧中心体方向延伸但不附着染色体的微管则称为极性微管。这两类微 管就构成了纺锤体。 3.  中期 其主要事件：①所有染色体排列到赤道板（equatorial plate）。附着于动粒 微管上的染色体通过马达蛋白的作用被牵拉或推离，以振荡的方式移向纺锤体中部，最 终都排列到赤道板，这时染色体最短、最粗。②纺锤体呈典型的纺锤样。位于染色体两 侧的动粒微管长度相等，染色体两边的牵引力像拔河一样达到平衡。 4.  后期 指姐妹染色单体开始分开并移向两极，当子染色体到达两极后，标志着这 一时期结束。在后期，染色体开始解凝缩，变得越来越长而细。 5.  末期 其主要事件：①染色体解凝缩变回染色质。染色体继续解凝缩，变成染色 质，纺锤体因组成的微管解体而消失。②核膜重新形成。之前在前中期被磷酸化的核纤 层蛋白在磷酸酶作用下开始去磷酸化，核纤层蛋白与核膜残余小泡结合，介导核膜的重 新装配形成。 6.  胞质分裂期 胞质分裂的发生在后期已经开始，标志是形成收缩环（contractile ring）。在细胞分裂后期，赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟。分 裂沟的形成与收缩环的收缩有关。胞质分裂开始时，大量肌动蛋白（actin）和肌球蛋白 （myosin Ⅱ）在赤道板外围组装成特殊微丝束，环绕细胞，即收缩环。用细胞松弛素及 肌动蛋白和肌球蛋白抗体处理都可以抑制收缩环的形成。可以想象，收缩环的工作原理 与肌肉收缩的原理有共同点，即肌球蛋白沿着微丝蛋白滑动导致收缩（图 11-1）。 图 11-1 细胞有丝分裂各期示意图 （原图摘自 Molecular Biology of the Cell 第 6 版） 医学细胞-正文.indd 210 2018-5-18 17:31:58

第一节细胞分裂和细胞周期（三）细胞周期及细胞周期各时相细胞周期及细胞周期各时相1.细胞周期（cellcycle）是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂完成所经历的整个过程。在这一过程中，遗传物质复制加倍，然后平均分配到两个子细胞中。细胞周期划分为四个时期：G,期、S期、G期和M期。G,期（gapl）为从上次有丝分裂结束：到DNA合成期之间的间隙：S期（synthesisphase，DNA合成期），DNA复制的全过程；G2期（gap2）为DNA复制期结束到M期之间的间隙；M期又称D期（mitosis或division），从细胞分裂开始到结束（图11-2）。细胞在细胞周期中顺序经过G一S一G,一M而完成其增殖。所经历的时间称细胞周期时间。细胞周期持续的时间一般为12~32h，其中M期最短，为0.5~4.5h。人2，按细胞周期时间长短分类的细胞类型细胞周期时间随不同种类细胞而变化般地说，G，期的时间变化差异可以非常大。依据细胞增殖时细胞周期时间长短来分类，高等动物细胞可以划分为三类：（1）周期中细胞（cyclingcell）：或称连续分裂细胞，这类细胞在细胞周期中连续运转，因而又称周期性细胞。如小肠绒毛上皮隐窝细胞、表皮基底层细胞、部分骨髓细胞等均属此类。（2）静止期细胞（quiescentcell）：又称休眠细胞或G期细胞，这类细胞暂时脱离细胞周期而不增殖，在适当刺激下可重新进入细胞周期，如某些免疫淋巴细胞、肝细胞、肾细胞等。（3）终端分化细胞（terminallydifferentiatedcell）：这类细胞不可逆地脱离了细胞周期，丧失了分裂能力而维系生理功能活动，如神经细胞、肌细胞、多形核白细胞等(图 11-3 )。MG期胞质分裂V分化为不育细胞G细胞细胎G,期S期DNA复制图11-2细胞周期的划分图11-3细胞增殖活动示意图（引自杨保胜等，医学细胞生物学，2009）3.细胞周期各时相的动态变化（1）G期：物质代谢活跃，细胞体积增大，进行RNA、蛋白质（比如与DNA合成的起始启动有关的酶）、糖类和脂质的合成。如果主要的蛋白质和RNA合成被抑制，则该G,期细胞不能被刺激进入S期，而是停顿在G，期（也就是G期），直到必需的细胞周期前进条件得到满足（如恢复主要的蛋白质和RNA的合成）才可以进入S期。（2）S期：主要进行DNA的加倍复制和组蛋白、非组蛋白等染色体组成蛋白的合成。211医学细胞-正文.indd2112018-5-18 17:31:59

www.hep.com.cn 211 第一节  细胞分裂和细胞周期 （三）细胞周期及细胞周期各时相 1.  细胞周期（cell cycle） 是指连续分裂的细胞从一次有丝分裂结束到下一次有丝 分裂完成所经历的整个过程。在这一过程中，遗传物质复制加倍，然后平均分配到两个 子细胞中。细胞周期划分为四个时期：G1 期、S 期、G2 期和 M 期。G1 期（gap1）为从 上次有丝分裂结束；到 DNA 合成期之间的间隙；S 期（synthesis phase，DNA 合成期）， DNA 复制的全过程；G2 期（gap2）为 DNA 复制期结束到 M 期之间的间隙；M 期又称 D 期（mitosis 或 division），从细胞分裂开始到结束（图 11-2）。 细胞在细胞周期中顺序经过 G1—S—G2—M 而完成其增殖。所经历的时间称细胞周 期时间。细胞周期持续的时间一般为 12～32 h，其中 M 期最短，为 0.5～4.5 h。 2.  按细胞周期时间长短分类的细胞类型 细胞周期时间随不同种类细胞而变化，一 般地说，G1 期的时间变化差异可以非常大。依据细胞增殖时细胞周期时间长短来分类， 高等动物细胞可以划分为三类： （1）周期中细胞（cycling cell）：或称连续分裂细胞，这类细胞在细胞周期中连续运 转，因而又称周期性细胞。如小肠绒毛上皮隐窝细胞、表皮基底层细胞、部分骨髓细胞 等均属此类。 （2）静止期细胞（quiescent cell）：又称休眠细胞或 G0 期细胞，这类细胞暂时脱离细 胞周期而不增殖，在适当刺激下可重新进入细胞周期，如某些免疫淋巴细胞、肝细胞、 肾细胞等。 （3）终端分化细胞（terminally differentiated cell）：这类细胞不可逆地脱离了细胞 周期，丧失了分裂能力而维系生理功能活动，如神经细胞、肌细胞、多形核白细胞等 （图 11-3）。 图 11-2 细胞周期的划分 图 11-3 细胞增殖活动示意图 （引自杨保胜等，医学细胞生物学，2009） 3.  细胞周期各时相的动态变化 （1）G1 期：物质代谢活跃，细胞体积增大，进行 RNA、蛋白质（比如与 DNA 合成 的起始启动有关的酶）、糖类和脂质的合成。如果主要的蛋白质和 RNA 合成被抑制，则 该 G1 期细胞不能被刺激进入 S 期，而是停顿在 G1 期（也就是 G0 期），直到必需的细胞 周期前进条件得到满足（如恢复主要的蛋白质和 RNA 的合成）才可以进入 S 期。 （2）S 期：主要进行 DNA 的加倍复制和组蛋白、非组蛋白等染色体组成蛋白的合成。 细胞周期及细胞周期各时相 医学细胞-正文.indd 211 2018-5-18 17:31:59

第十一章细胞增殖、凋亡与肿瘤（3）G期：大量合成ATP、RNA及细胞分裂相关的蛋白质，为进入M期细胞分裂做准备。如微管蛋白合成开始在S期，完成在G期。若这时抑制蛋白质合成，细胞就不能顺利通过在G，期预设的监控检验点，从而不能进入M期。（4）M期：即细胞分裂期：又称有丝分裂期。真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂和减数分裂，体细胞一般进行有丝分裂，成熟过程中的生殖细胞进行减数分裂。M期的显著特征是分裂过程中形成有丝分裂器，细胞经过分裂，将S期复制的DNA精确地分配到两个子细胞中去。二、细胞周期的调控细胞增殖是通过细胞周期来实现的，这是高度严格受控的细胞生命活动的过程。为确保细胞增殖过程严格有序地进行，细胞内通过一系列调控机制，在细胞周期不同阶段，由一系列细胞周期调控因子在一系列的检验点上对细胞周期的过程进行严密监控，包括以下几个方面。（一）细胞周期的调控因子1.成熟促进因子是能够促使染色体凝集，使细胞由G，期进入M期的因子。在结构上，它是一种复合物，由细胞周期蛋白依赖性激酶（Cdk）和G期细胞周期蛋白组成，其中，细胞周期蛋白对细胞周期蛋白依赖性激酶起激活作用，称调节亚基：周期蛋白依赖性蛋白激酶是催化亚基，它能够将磷酸基团从ATP转移到特定底物的丝氨酸和苏氨酸残基上。实际上，细胞周期的每一环节都是由一特定的细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclindependentkinase，Cdk）+细胞周期蛋白（cyclin）结合和激活调节的。人类对细胞周期调控的逐步认识源自20世纪70年代，实验发现，将成熟的M期爪蟾卵母细胞的细胞质注入未成熟的爪蟾卵母细胞中可以引发后者的成熟，从而证实成熟的M期卵母细胞的细胞质中含有能够引发未成熟的卵母细胞成熟的因子，即命名为成熟促进因子（maturationpromotingfactor，MPF）（图11-4）。目前已知，在成熟的卵母细胞核中，至少有7种Cdk。同时发现有十多种细胞周期蛋白。MPF由催化亚基P34cdc2（小亚基）和调节亚基cyclinB（大亚基）组成，其核心部分是P34cdc2。2.细胞周期蛋白，是一类呈细胞周期特异性或时相性表达、累积与分解的蛋白质，它与细胞周期蛋白依赖性激酶共同作用影响细胞周期的运行。它作为一种调节亚基，与细胞周期蛋白依赖性激酶结合并将之激活，参与细胞周期的调控，其浓度随细胞周期呈周期性变化。目前发现的细胞周期蛋白有cyclinA、B、C、D、E、F、G和H，其中每成熟次级激活胚胎卵母细胞卵母细胞二倍体核细胞核受精卵受精激素刺激减数分裂IX?细胞分裂1Y极体O极体卵母细胞静止在减减数分裂的M期卵母细胞静止在减分裂间期数分裂I的G期数分裂Ⅱ的M期的受精卵图11-4爪蟾卵母细胞的成熟示意图212医学细胞-正文.indd2122018-5-18 17:31:59

www.hep.com.cn 212 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 （3）G2 期：大量合成 ATP、RNA 及细胞分裂相关的蛋白质，为进入 M 期细胞分裂 做准备。如微管蛋白合成开始在 S 期，完成在 G2 期。若这时抑制蛋白质合成，细胞就 不能顺利通过在 G2 期预设的监控检验点，从而不能进入 M 期。 （4）M 期：即细胞分裂期，又称有丝分裂期。真核细胞的细胞分裂主要包括两种方 式，即有丝分裂和减数分裂，体细胞一般进行有丝分裂，成熟过程中的生殖细胞进行减 数分裂。M 期的显著特征是分裂过程中形成有丝分裂器，细胞经过分裂，将 S 期复制的 DNA 精确地分配到两个子细胞中去。 二、细胞周期的调控 细胞增殖是通过细胞周期来实现的，这是高度严格受控的细胞生命活动的过程。为 确保细胞增殖过程严格有序地进行，细胞内通过一系列调控机制，在细胞周期不同阶 段，由一系列细胞周期调控因子在一系列的检验点上对细胞周期的过程进行严密监控， 包括以下几个方面。 （一）细胞周期的调控因子 1.  成熟促进因子 是能够促使染色体凝集，使细胞由 G2 期进入 M 期的因子。在 结构上，它是一种复合物，由细胞周期蛋白依赖性激酶（Cdk）和 G2 期细胞周期蛋白 组成，其中，细胞周期蛋白对细胞周期蛋白依赖性激酶起激活作用，称调节亚基；周期 蛋白依赖性蛋白激酶是催化亚基，它能够将磷酸基团从 ATP 转移到特定底物的丝氨酸 和苏氨酸残基上。实际上，细胞周期的每一环节都是由一特定的细胞周期蛋白依赖性激 酶（cyclin dependent kinase，Cdk）+ 细胞周期蛋白（cyclin）结合和激活调节的。人类对 细胞周期调控的逐步认识源自 20 世纪 70 年代，实验发现，将成熟的 M 期爪蟾卵母细 胞的细胞质注入未成熟的爪蟾卵母细胞中可以引发后者的成熟，从而证实成熟的 M 期 卵母细胞的细胞质中含有能够引发未成熟的卵母细胞成熟的因子，即命名为成熟促进因 子（maturation promoting factor，MPF）（图 11-4）。目前已知，在成熟的卵母细胞核中， 至少有 7 种 Cdk。同时发现有十多种细胞周期蛋白。MPF 由催化亚基 P34cdc2（小亚基） 和调节亚基 cyclin B（大亚基）组成，其核心部分是 P34cdc2。 2.  细胞周期蛋白 是一类呈细胞周期特异性或时相性表达、累积与分解的蛋白质， 它与细胞周期蛋白依赖性激酶共同作用影响细胞周期的运行。它作为一种调节亚基，与 细胞周期蛋白依赖性激酶结合并将之激活，参与细胞周期的调控，其浓度随细胞周期呈 周期性变化。目前发现的细胞周期蛋白有 cyclin A、B、C、D、E、F、G 和 H，其中每 图 11-4 爪蟾卵母细胞的成熟示意图 医学细胞-正文.indd 212 2018-5-18 17:31:59

第一节细胞分裂和细胞周期一种还可分若十种。根据在细胞周期中表达的时间和功能不同，细胞周期蛋白可分为四大类：G期细胞周期蛋白、Gi~S期细胞周期蛋白、S期细胞周期蛋白和M期细胞周期蛋白。G，期细胞周期蛋白是细胞周期蛋白中最早合成的，并于G，期的中期达到高峰，主要有cyclinA、D、C、E，其中cyclinD是G期最重要的细胞周期蛋白，主要功能是促进细胞增殖，参与G~S期的转变，是一个限制点的重要调节因子。G,一S期细胞周期蛋白主要是cyclinE，在cyclinD之后出现，在G晚期或S早期达到高峰，S中期消失，主要功能是促进细胞通过限制点，启动S期的DNA复制和中心体复制。S期细胞周期蛋白主要是cyclinA，合成于G,期向S期转变过程中，并在以后各期中保持较高水平，在M期的中期消失，主要功能是促进S期的DNA复制，参与G一M期的转换。M期细胞周期蛋白主要是cyclinB，合成于S期，在M期的中期达到高峰，在M期结束时消失，主要功能是促进G一M期的过渡，调节纺锤体的组装，推进姐妹染色单体在赤道板的排列。3.细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclindependentkinase，Cdk）是细胞周期调控的具体执行者，它是蛋白激酶家族中的一员，是一类必须与细胞周期蛋白结合才具有激酶活性的蛋白激酶。它是其中的催化亚基，与细胞周期蛋白结合是其活化的首要因素，被激活后调节控制细胞周期有规律地进行。目前发现并命名的有Cdk1、2、3、4、5、6、7、8等。不同的Cdk-细胞周期蛋白复合物使特异的靶蛋白质磷酸化而激发细胞周期各期的进行。当缺乏它们的细胞周期蛋白搭档，或有Cdk抑制因子（CKI）存在时，它们即失去活性。4.细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclindependentkinaseinhibitorCKI）是细胞周期蛋白依赖性激酶活性的抑制物，主要功能是抑制Cdk活性，对细胞周期起负调控作用。目前发现的CKI分为两大家族：Ink4家族和Cip/Kip家族。Ink4家族是Cdk4抑制因子（inhibitorofCdk4），如p16lnk4a、p15Ink4b、p18Ink4c、p19Ink4d等其功能是特异性抑制Cdk4活性；Cip/Kip家族是周期抑制蛋白（cyclininhibitionprotein）家族或激酶抑制蛋白（kinaseinhibitionprotein）家族，如p2lcipl、p27kipl、p57kip2等，功能是抑制大多数Cdk的激酶活性，其中p21cipl能直接抑制DNA的合成，故又称双重特异性家族。5.细胞周期活动相关基因在细胞周期活动中涉及许多蛋白质，这些蛋白质参与细胞分裂过程的每一个环节，这些与细胞分裂有关的蛋白质的基因统称为细胞分裂周期基因（celldivision cyclegene，简称cde），即通常所说的cdc基因。例如，在酿酒酵母（S.cerevisiae）中已确定，cdc28控制细胞周期开始，cdc31控制纺锤极体的复制，cdc8控制DNA合成，cdc24控制细胞出芽。在人类细胞cdc基因中，其中与酵母cdc2同源的基因产物是MPF的p34蛋白，与酵母cdc13同源的基因产物是MPF的p56蛋白，这两种基因产物组成蛋白复合体，共同控制细胞进人和离开M期。其中p56又称细胞周期蛋白（cyclin），是调节亚基，其合成和降解随细胞周期的进程而发生变化，含量规律性的升高和下降，调节着MPF的活性，调节着分裂过程的“开”与“关”；p34又称细胞周期蛋白依赖性激酶（Cdk），是催化亚基，在细胞周期中是连续合成的，含量相当稳定，两者只有结合在一一起时才具有酶的活性，才能刺激细胞分裂。当CKI与Cdk结合后，阻止了Cdk与cyclin结合，从而抑制了MPF的活性。通常CKI是肿瘤抑制基因的产物，而cyclin也是一些原癌基因的产物，213医学细胞--正文.indd2132018-5-1817:31

www.hep.com.cn 213 第一节  细胞分裂和细胞周期 一种还可分若干种。根据在细胞周期中表达的时间和功能不同，细胞周期蛋白可分为四 大类：G1 期细胞周期蛋白、G1～S 期细胞周期蛋白、S 期细胞周期蛋白和 M 期细胞周期 蛋白。G1 期细胞周期蛋白是细胞周期蛋白中最早合成的，并于 G1 期的中期达到高峰， 主要有 cyclin A、D、C、E，其中 cyclin D 是 G1 期最重要的细胞周期蛋白，主要功能是 促进细胞增殖，参与 G1～S 期的转变，是一个限制点的重要调节因子。G1—S 期细胞周 期蛋白主要是 cyclin E，在 cyclin D 之后出现，在 G1 晚期或 S 早期达到高峰，S 中期消 失，主要功能是促进细胞通过限制点，启动 S 期的 DNA 复制和中心体复制。S 期细胞 周期蛋白主要是 cyclin A，合成于 G1 期向 S 期转变过程中，并在以后各期中保持较高水 平，在 M 期的中期消失，主要功能是促进 S 期的 DNA 复制，参与 G2—M 期的转换。M 期细胞周期蛋白主要是 cyclin B，合成于 S 期，在 M 期的中期达到高峰，在 M 期结束时 消失，主要功能是促进 G2—M 期的过渡，调节纺锤体的组装，推进姐妹染色单体在赤道 板的排列。 3.  细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin dependent kinase，Cdk） 是细胞周期调控的 具体执行者，它是蛋白激酶家族中的一员，是一类必须与细胞周期蛋白结合才具有激酶 活性的蛋白激酶。它是其中的催化亚基，与细胞周期蛋白结合是其活化的首要因素，被 激活后调节控制细胞周期有规律地进行。目前发现并命名的有 Cdk1、2、3、4、5、6、 7、8 等。不同的 Cdk- 细胞周期蛋白复合物使特异的靶蛋白质磷酸化而激发细胞周期各 期的进行。当缺乏它们的细胞周期蛋白搭档，或有 Cdk 抑制因子（CKI）存在时，它们 即失去活性。 4.  细 胞 周 期 蛋 白 依 赖 性 激 酶 抑 制 因 子（cyclin dependent kinase inhibitor， CKI） 是细胞周期蛋白依赖性激酶活性的抑制物，主要功能是抑制 Cdk 活性，对细胞周 期起负调控作用。目前发现的 CKI 分为两大家族：Ink4 家族和 Cip/Kip 家族。Ink4 家族 是 Cdk4 抑制因子（inhibitor of Cdk4），如 p16Ink4a、p15Ink4b、p18Ink4c、p19Ink4d 等， 其功能是特异性抑制 Cdk4 活性；Cip/Kip 家族是周期抑制蛋白（cyclin inhibition protein） 家族或激酶抑制蛋白（kinase inhibition protein）家族，如 p21cip1、p27kip1、p57kip2 等， 功能是抑制大多数 Cdk 的激酶活性，其中 p21cip1 能直接抑制 DNA 的合成，故又称双重 特异性家族。 5.  细胞周期活动相关基因 在细胞周期活动中涉及许多蛋白质，这些蛋白质参与细 胞分裂过程的每一个环节，这些与细胞分裂有关的蛋白质的基因统称为细胞分裂周期基 因（cell division cycle gene，简称 cdc），即通常所说的 cdc 基因。例如，在酿酒酵母（S. cerevisiae）中已确定，cdc28 控制细胞周期开始，cdc31 控制纺锤极体的复制，cdc8 控 制 DNA 合成，cdc24 控制细胞出芽。 在人类细胞 cdc 基因中，其中与酵母 cdc2 同源的基因产物是 MPF 的 p34 蛋白，与 酵母 cdc13 同源的基因产物是 MPF 的 p56 蛋白，这两种基因产物组成蛋白复合体，共同 控制细胞进入和离开 M 期。其中 p56 又称细胞周期蛋白（cyclin），是调节亚基，其合成 和降解随细胞周期的进程而发生变化，含量规律性的升高和下降，调节着 MPF 的活性， 调节着分裂过程的“开”与“关”；p34 又称细胞周期蛋白依赖性激酶（Cdk），是催化 亚基，在细胞周期中是连续合成的，含量相当稳定，两者只有结合在一起时才具有酶的 活性，才能刺激细胞分裂。当 CKI 与 Cdk 结合后，阻止了 Cdk 与 cyclin 结合，从而抑制 了 MPF 的活性。通常 CKI 是肿瘤抑制基因的产物，而 cyclin 也是一些原癌基因的产物， 医学细胞-正文.indd 213 2018-5-18 17:31:59

第十一章细胞增殖、凋亡与肿瘤所以原癌基因、癌基因、抑癌基因是与细胞周期调控有关的基因。（二）细胞周期检验点什么是细胞周期检验点？细胞要分裂，最起码的必须正确复制DNA和达到一定的体积。在获得足够物质积累支持细胞分裂之前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的精确有序运行依赖于克服一系列预设的称为检验点的严格监控机制。细胞周期检验点（checkpoints）是细胞周期运行中预设的一些特殊监控节点，旨在对重要事件及故障进行检测。只有重要事件完成或故障修复，才允许细胞周期进一步前行以确保细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运转。例如当DNA发生损伤、DNA复制不完全或纺锤体形成不正常时，相应细胞周期检人验点启动调控机制阻断细胞周期运行直到故障修复。主要检验点如下：1.G,/S检验点是最重要的控制点，决定细胞是否继续进行分裂。在酵母中称start点，在哺乳动物中又可以称为R点（restrictionpoint），控制细胞由静止状态的G，期进入DNA合成的S期。待检验的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？2.S期检验点，是决定DNA是否进行复制的控制点。主要对DNA复制速度进行调控，使DNA复制速度不至于过快，从而减少复制错误的发生率，维护基因组稳定性。待检验事件主要是检测DNA是否损伤？一且有损伤则阻止S期的启动。3.G/M检验点是决定细胞一分为二的控制点。防止受损的DNA和未完成复制的DNA进入有丝分裂。相关的检验事件包括：DNA复制是否正确完成？细胞体积是否足够大？4.M期的纺锤体组装检验点检测染色单体是否正确连接到纺锤体上。任何一个染色单体着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断，以免染色体不对等?分布到子细胞。5.M期的染色体分离检验点检测染色单体是否正确分离。染色单体没有正确分离也会引起细胞周期中断，以免染色体不对等分布到子细胞。图11-5展示了上述检验点其中的三个。（三）细胞周期的调控综上所述，对于细胞周期的调控，主要是通过细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性激酶、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子在细胞周期中不同的检验点上所发挥的作用而实现的。前两者结合形成复合物，引发和促进细胞周期进程，称为细胞周期引擎；后者通过抑制相应的细胞周期蛋白依赖性激酶或细胞周期蛋白－细胞周期蛋白依赖性激G2转换中期向后期转换启动进入分裂后期及随后胞质分裂酶复合物的活性，以阻止细胞周期进程，进入有丝分裂L称为细胞周期制动。引擎和制动在细胞周M期各检验点上的相互作用实现了对细胞周期的调控。控制器1.细胞周期各时相Cdk的必要作用G（1）G期Cdk4作用：Cdk4（在某些细胞类型如T细胞是Cdk6）cyclinD与Cdk4结合，Cdk4磷酸化抑制蛋白Rb，进人分裂周期向S期运行Rb与转录因子E2F解离，游离的转录因Start点转换子E2F促进G,/S期必需的cyclinE基因、图11-5细胞周期中三个检验点的设置214医学细胞--正文.indd-2142018-5-18 17:31:59

www.hep.com.cn 214 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 所以原癌基因、癌基因、抑癌基因是与细胞周期调控有关的基因。 （二）细胞周期检验点 细胞要分裂，最起码的必须正确复制 DNA 和达到一定的体积。在获得足够物质积 累支持细胞分裂之前，细胞不可能进行分裂。细胞周期的精确有序运行依赖于克服一系 列预设的称为检验点的严格监控机制。细胞周期检验点（check points）是细胞周期运行 中预设的一些特殊监控节点，旨在对重要事件及故障进行检测。只有重要事件完成或故 障修复，才允许细胞周期进一步前行以确保细胞染色体数目的完整性及细胞周期正常运 转。例如当 DNA 发生损伤、DNA 复制不完全或纺锤体形成不正常时，相应细胞周期检 验点启动调控机制阻断细胞周期运行直到故障修复。主要检验点如下： 1.  G1/S 检验点 是最重要的控制点，决定细胞是否继续进行分裂。在酵母中称 start 点，在哺乳动物中又可以称为 R 点（restriction point），控制细胞由静止状态的 G1 期 进入 DNA 合成的 S 期。待检验的事件包括：DNA 是否损伤？细胞外环境是否适宜？细 胞体积是否足够大？ 2.  S 期检验点 是决定 DNA 是否进行复制的控制点。主要对 DNA 复制速度进行 调控，使 DNA 复制速度不至于过快，从而减少复制错误的发生率，维护基因组稳定性。 待检验事件主要是检测 DNA 是否损伤？一旦有损伤则阻止 S 期的启动。 3.  G2/M 检验点 是决定细胞一分为二的控制点。防止受损的 DNA 和未完成复制的 DNA 进入有丝分裂。相关的检验事件包括：DNA 复制是否正确完成？细胞体积是否足够大？ 4.  M 期的纺锤体组装检验点 检测染色单体是否正确连接到纺锤体上。任何一个 染色单体着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断，以免染色体不对等 分布到子细胞。 5.  M 期的染色体分离检验点 检测染色单体是否正确分离。染色单体没有正确分 离也会引起细胞周期中断，以免染色体不对等分布到子细胞。 图 11-5 展示了上述检验点其中的三个。 （三）细胞周期的调控 综上所述，对于细胞周期的调控，主要是通过细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖性 激酶、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子在细胞周期中不同的检验点上所发挥的作用而 实现的。前两者结合形成复合物，引发和促进细胞周期进程，称为细胞周期引擎；后者 通过抑制相应的细胞周期蛋白依赖性激酶 或细胞周期蛋白 - 细胞周期蛋白依赖性激 酶复合物的活性，以阻止细胞周期进程， 称为细胞周期制动。引擎和制动在细胞周 期各检验点上的相互作用实现了对细胞周 期的调控。 1.  细胞周期各时相 Cdk 的必要作用 （1）G1 期 Cdk4 作 用：Cdk4（在 某 些 细 胞 类 型 如 T 细 胞 是 Cdk6）cyclin D 与 Cdk4 结合，Cdk4 磷酸化抑制蛋白 Rb， Rb 与转录因子 E2F 解离，游离的转录因 子 E2F 促进 G1/S 期必需的 cyclin E 基因、 什么是细胞周期检验点？ 图 11-5 细胞周期中三个检验点的设置 医学细胞-正文.indd 214 2018-5-18 17:31:59

第一节细胞分裂和细胞周期S期必需的cyclinA基因转录，cyclinE、cyclinA大量合成，与相应Cdk2形成复合物，克服G,期检验点使细胞周期向G,/S运行。（2）G-S交界Cdk2作用：cyclinE与Cdk2结合，Cdk2进一步磷酸化抑制蛋白Rh和Rb类似蛋白p107.Rb与转录因子E2F解离，Rb和p107对E2F的抑制作用解除增进S期必需的cyclinA转录合成的提升以及其他S期DNA复制必需蛋白的表达提升，促进G/S转化，为DNA复制做物质准备。（3）S期Cdk2作用：cyclinA与Cdk2结合，活化的Cdk2作用与前复制复合体有关。前复制复合体（pre-replicationcomplex，pre-RC）由复制起始点识别复合物（originrecognitioncomplex，ORC）、cdc6、Mcm三部分组成。活化的Cdk2磷酸化ORC，同时激活Mcm蛋白，活化的Mcm蛋白激活DNA解旋酶，使DNA在复制起始点解旋，当其他相关酶聚集到复制起始点后，引发DNA复制。DNA复制启动后一步磷酸化cdc6蛋白，使其脱离前复制复合体并经泛素化途径降解，同时Cdk2进一Mcm向核外转运，防止DNA再次复制。所以，Cdk2的作用保证了DNA复制且仅复制次（图11-6）复制识别复合物DNACyelin A-Cdk2 Cde6磷酸化的Cdc6被降解磷酸化作用ORC结合部位L心1磷酸化ORCPdc6PQQ前复制组装复制叉复合物完成DNA复制图11-6Cdk2对DNA复制的作用（4）M期Cdk1作用：cyclinB与Cdk1结合，Cdk1磷酸化一系列底物蛋白。例如CdkI磷酸化组蛋白H1诱导染色质凝集；Cdk1磷酸化染色体凝集蛋白介导染色体形成超螺旋化结构启动有丝分裂；Cdk1磷酸化核纤层蛋白使核纤层解体、核膜消失；Cdk1磷酸化微管结合蛋白，使微管发生重排，促进纺锤体的形成。以上是发生于细胞分裂前期的事件。Cdk1的激酶活性也是姐妹染色单体分离、细胞分裂中期向后期转换时所必不可少的。在细胞分裂末期，cyclinB被降解，Cdk1活性降低，上述Cdk1介导的对靶蛋白的磷酸化作用被由磷酸酶介导的去磷酸化作用逆转，使得核膜重建，染色体解聚，纺锤体消失，细胞骨架重排，细胞完成分裂（图11-7）。2.细胞周期的调控特点主要表现在正调控和负调控两个方面。（1）正调控：能够激活Cdk的激酶活性，促进细胞周期进程的调控机制为正调控。215医学细胞-正文.indd2152018-5-18 17:31:59

www.hep.com.cn 215 第一节  细胞分裂和细胞周期 S 期必需的 cyclin A 基因转录，cyclin E、cyclin A 大量合成，与相应 Cdk2 形成复合物， 克服 G1 期检验点使细胞周期向 G1/S 运行。 （2）G1-S 交界 Cdk2 作用：cyclin E 与 Cdk2 结合，Cdk2 进一步磷酸化抑制蛋白 Rb 和 Rb 类似蛋白 p107，Rb 与转录因子 E2F 解离，Rb 和 p107 对 E2F 的抑制作用解除， 增进 S 期必需的 cyclin A 转录合成的提升以及其他 S 期 DNA 复制必需蛋白的表达提升， 促进 G1/S 转化，为 DNA 复制做物质准备。 （3）S 期 Cdk2 作 用：cyclin A 与 Cdk2 结 合， 活 化 的 Cdk2 作 用 与 前 复 制 复 合 体有关。前复制复合体（pre-replication complex，pre-RC）由复制起始点识别复合 物（origin recognition complex，ORC）、cdc6、Mcm 三 部 分 组 成。 活 化 的 Cdk2 磷 酸 化 ORC，同时激活 Mcm 蛋白，活化的 Mcm 蛋白激活 DNA 解旋酶，使 DNA 在复制起 始点解旋，当其他相关酶聚集到复制起始点后，引发 DNA 复制。DNA 复制启动后， Cdk2 进一步磷酸化 cdc6 蛋白，使其脱离前复制复合体并经泛素化途径降解，同时 Mcm 向核外转运，防止 DNA 再次复制。所以，Cdk2 的作用保证了 DNA 复制且仅复制 一次（图 11-6）。 图 11-6 Cdk2 对 DNA 复制的作用 （4）M 期 Cdk1 作用：cyclin B 与 Cdk1 结合，Cdk1 磷酸化一系列底物蛋白。例如 Cdk1 磷酸化组蛋白 H1 诱导染色质凝集；Cdk1 磷酸化染色体凝集蛋白介导染色体形成 超螺旋化结构启动有丝分裂；Cdk1 磷酸化核纤层蛋白使核纤层解体、核膜消失；Cdk1 磷酸化微管结合蛋白，使微管发生重排，促进纺锤体的形成。以上是发生于细胞分裂前 期的事件。Cdk1 的激酶活性也是姐妹染色单体分离、细胞分裂中期向后期转换时所必不 可少的。在细胞分裂末期，cyclin B 被降解，Cdk1 活性降低，上述 Cdk1 介导的对靶蛋 白的磷酸化作用被由磷酸酶介导的去磷酸化作用逆转，使得核膜重建，染色体解聚，纺 锤体消失，细胞骨架重排，细胞完成分裂（图 11-7）。 2.  细胞周期的调控特点 主要表现在正调控和负调控两个方面。 （1）正调控：能够激活 Cdk 的激酶活性，促进细胞周期进程的调控机制为正调控。 医学细胞-正文.indd 215 2018-5-18 17:31:59

第十一章细胞增殖、凋亡与肿瘤核孔复合体组成蛋白DNA一内核模核纤层蛋白外核膜染色体解聚核纤层蛋白磷酸化间期细胞核Q?M染色体染色单体H核膜节段@?(PT磷酸化的核P?O核膜节段重新融合纤层蛋白?分裂末期前中期分裂末期核纤层蛋白去磷酸化图11-7M期核纤层蛋白磷酸化和去磷酸化对核纤层和核膜结构规律性变化的影响作用激活Cdk的方式有两个方面：①Cdk和cyclin结合是Cdk具有活性的必要条件之因此与细胞周期蛋白结合即可激活Cdk的激酶活性。②Cdk活化激酶（Cdk-activatingkinase，简称CAK）将Cdk的特定氨基酸位点磷酸化，通过这种磷酸化能最大限度地激活Cdk的活性（图11-8）。（2）负调控：无论Cdk处于激活状态还是失活状态，能够抑制Cdk的激酶活性，阻止细胞周期进程的调控机制为负调控。抑制Cdk的方式亦有两个方面：①活化Cdk的再磷酸化，例如，Cdk与细胞周期蛋白结合并被CAK所磷酸化而活化，此后Cdk其他的一些特定氨基酸位点被另一种激酶Weel所磷酸化，Cdk活性就被抑制，所以Weel介导的磷酸化对Cdk活性的调控是负调控。磷酸酶Cdc25可以去掉Weel加上的使Cdk活性被抑制的磷酸基团，重新恢复Cdk的活性（图11-9）。②与Cdk抑制因子（Cdkinhibitor，CKI）结合，破坏或阻止cyclin-Cdk的装配或活性。例如，Kip家族中的p27kipl抑制Cdk活性（图11-10）。总之，Cdk正调控包括：细胞周期蛋白cyclin、CAK激酶、Cdc25磷酸酶；负调控抑制性cyclincyclin磷酸基团CdkCdkWeel激酶?PCdc25磷酸酶eyclin-Cdkp27p27-cyclin-Cdk复激活性复合物合物磷酸基团有活性无活性无活性有活性图11-8Cdk活性的正调控示意图图11-9磷酸化和Cdk活性调控（引自MolecularBiologyoftheCell第6版）（引自MolecularBiologyoftheCell第6版）216医学细胞--正文.indd2162018-5-1817:32:00

www.hep.com.cn 216 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 激活 Cdk 的方式有两个方面：① Cdk 和 cyclin 结合是 Cdk 具有活性的必要条件之一， 因此与细胞周期蛋白结合即可激活 Cdk 的激酶活性。② Cdk 活化激酶（Cdk-activating kinase，简称 CAK）将 Cdk 的特定氨基酸位点磷酸化，通过这种磷酸化能最大限度地激 活 Cdk 的活性（图 11-8）。 （2）负调控：无论 Cdk 处于激活状态还是失活状态，能够抑制 Cdk 的激酶活性，阻 止细胞周期进程的调控机制为负调控。抑制 Cdk 的方式亦有两个方面：①活化 Cdk 的 再磷酸化，例如，Cdk 与细胞周期蛋白结合并被 CAK 所磷酸化而活化，此后 Cdk 其他 的一些特定氨基酸位点被另一种激酶 Wee1 所磷酸化，Cdk 活性就被抑制，所以 Wee1 介导的磷酸化对 Cdk 活性的调控是负调控。磷酸酶 Cdc25 可以去掉 Wee1 加上的使 Cdk 活性被抑制的磷酸基团，重新恢复 Cdk 的活性（图 11-9）。②与 Cdk 抑制因子（Cdk inhibitor，CKI） 结 合， 破 坏 或 阻 止 cyclin-Cdk 的 装 配 或 活 性。 例 如，Kip 家 族 中 的 p27kip1 抑制 Cdk 活性（图 11-10）。 总之，Cdk 正调控包括：细胞周期蛋白 cyclin、CAK 激酶、Cdc25 磷酸酶；负调控 图 11-7 M 期核纤层蛋白磷酸化和去磷酸化对核纤层和核膜结构规律性变化的影响作用 图 11-9 磷酸化和 Cdk 活性调控 （引自 Molecular Biology of the Cell 第 6 版） 图 11-8 Cdk 活性的正调控示意图 （引自 Molecular Biology of the Cell 第 6 版） 医学细胞-正文.indd 216 2018-5-18 17:32:00

第一节细胞分裂和细胞周期CAKcyclinclinATPT环活化部位Cdk激活性磷酸基团A无活性B部分有活性C完全活化图11-10p27kip1抑制Cdk活性（引自《Molecular Biology of theCell》第6版）包括：CKI、Wee1激酶。图11-11以M期Cdk1为例展示了Cdk的活化机制。诸多因素对Cdk多重调控的意义：提供足够的调控空间来满足复杂多变的细胞周期重要事件和监控机制的要求，进一步凸显Cdk作为细胞周期引擎的重要性。Cdk磷酸化RbRb和E2F解离KORARb结合并抑启动E2F控制制E2F活性的基因转录OVLDNASmRNA编码蛋白如cyelin E, cyclinA图11-11M期Cdk1的活化机制3.检验点的制动作用对Cdk引擎活性的阻止机制（1）G/S交界运行检验点：G,期Cdk4或G,/S交界Cdk2的重要作用是磷酸化转录因子E2F的抑制蛋白Rb，使得Rb对E2F的抑制作用解除，增进S期DNA复制所必需的蛋白（包括cyclinA）的转录的提升。视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastomaprotein，Rb）是控制细胞周期G,/S交界运行的关键。视网膜母细胞瘤病人的瘤细胞中因Rb变异不起作用，肿瘤细胞可以不经约束很容易地突破G,/S交界检验点的监控限制而进入S期，从而保持旺盛的增殖。正常情况下G,/S交界处Rb如何起作用？Rb结合E2F并抑制转录因子E2F介导的S期必需蛋白（如cyclinA等）的转录，作为细胞周期的引擎，Cdk4或Cdk2可以磷酸化Rb来解除其抑制作用推动G,/S运转（图11-12）。217医学细胞-正文.indd2172018-5-18 17:32:0

www.hep.com.cn 217 第一节  细胞分裂和细胞周期 包括：CKI、Wee1 激酶。图 11-11 以 M 期 Cdk1 为例展示了 Cdk 的活化机制。 诸多因素对 Cdk 多重调控的意义：提供足够的调控空间来满足复杂多变的细胞周期 重要事件和监控机制的要求，进一步凸显 Cdk 作为细胞周期引擎的重要性。 图 11-11 M 期 Cdk1 的活化机制 3.  检验点的制动作用对 Cdk 引擎活性的阻止机制 （1）G1/S 交界运行检验点：G1 期 Cdk4 或 G1/S 交界 Cdk2 的重要作用是磷酸化转录 因子 E2F 的抑制蛋白 Rb，使得 Rb 对 E2F 的抑制作用解除，增进 S 期 DNA 复制所必 需的蛋白（包括 cyclin A）的转录的提升。视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastoma protein， Rb）是控制细胞周期 G1/S 交界运行的关键。视网膜母细胞瘤病人的瘤细胞中因 Rb 变 异不起作用，肿瘤细胞可以不经约束很容易地突破 G1/S 交界检验点的监控限制而进入 S 期，从而保持旺盛的增殖。 正常情况下 G1/S 交界处 Rb 如何起作用？Rb 结合 E2F 并抑制转录因子 E2F 介导的 S 期必需蛋白（如 cyclin A 等）的转录，作为细胞周期的引擎，Cdk4 或 Cdk2 可以磷酸 化 Rb 来解除其抑制作用推动 G1/S 运转（图 11-12）。 图 11-10 p27kip1 抑制 Cdk 活性 （引自《Molecular Biology of the Cell》第 6 版） 医学细胞-正文.indd 217 2018-5-18 17:32:00

第十一章细胞增殖、凋亡与肿瘤无活性磷酸酶cde25正反馈激活Cd25抑制性M-cyclin磷酸基团?Cdk激活激酶/Cdc25CAKD?(WeeD人激活性有活性M-CdkCdk I无活性磷酸基团Cdk抑制激酶M-Cdk无活性M-Cdk图11-12Cdk对Rb在G,/S交界运行中所起关键抑制作用的克服机制临床聚焦11-1Rb与视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤是儿童眼部最常见的恶性肿瘤，全世界新生儿发病率在1/30000~1/18000之间。病因即视网膜细胞内的视网膜母细胞瘤蛋白Rb变异引发细胞增殖失控。约50%的视网膜母细胞瘤病人发病是由于遗传性因素，即其Rb基因的变异是从父母遗传而来，一般双眼都发病；另一半的视网膜母细胞瘤病人发病是由于先天性的基因突变导致，一般单眼发病。多数患儿可生存下去，但视力受损。预后情况与患儿视网膜母细胞瘤的及时诊治密切相关，诊断、治疗越早预后越好。基于遗传因素导致发病的患儿，以后的人生阶段会有较高的伴发其他肿瘤的风险，概因其身体里所有细胞的Rb基因都有突变，Rb是构成细胞周期G,/S“制动”检验点的关键因子。而先天性基因突变导致的视网膜母细胞瘤患儿，则Rb变异仅限于其眼部肿瘤组织，所以不会有伴发其他肿瘤的高风险。（2）G/M检验点：DNA在S期的复制应该是准确加倍且不多也不少。如果某种环节差错导致DNA复制不完全而细胞周期继续运行最终进入M期，那么一个子细胞会发生DNA缺失，相应地可能会严重影响以该细胞为祖先细胞的所有后代细胞群的生理功能。为了防止这种严重后果的发生，细胞设计了反馈机制，一且检测到未复制DNA的发生，就立刻阻止细胞周期前行。其机制是：一旦DNA未完全复制，一种称为ATR的激酶会与DNA复制叉结合V然后被激活，ATR随后磷酸化激活另一激酶Chk1进人M期Chk1再磷酸化Cdc25磷酸酶，被磷酸化的Cdc25I失去活性，不能再拮抗Weel激酶抑制Cdk的能cyclin B-Cdk1力，因此cyclinB-Cdk1激酶活性处于抑制状态而4不能去磷酸化启动M期。直到复制完全，复制叉Cde25消失才可以重新激活Cdk1活性，以便启动M期运未复制DNA行（图11-13）。ATRChk1监测点（3）DNA损伤检验点：在细胞周期过程中，图11-13DNA复制不完全所引发的DNA可能受到如紫外线照射等外界物理、化学等细胞周期停滞机制218医学细胞-正文.indd2182018-5-1817:32:01

www.hep.com.cn 218 第十一章  细胞增殖、凋亡与肿瘤 临床聚焦 11-1 Rb 与视网膜母细胞瘤 视网膜母细胞瘤是儿童眼部最常见的恶性肿瘤，全世界新生儿发病率在 1/30 000～1/18 000 之间。病因即视网膜细胞内的视网膜母细胞瘤蛋白 Rb 变异引 发细胞增殖失控。约 50% 的视网膜母细胞瘤病人发病是由于遗传性因素，即其 Rb 基因的变异是从父母遗传而来，一般双眼都发病；另一半的视网膜母细胞瘤病人发 病是由于先天性的基因突变导致，一般单眼发病。多数患儿可生存下去，但视力受 损。预后情况与患儿视网膜母细胞瘤的及时诊治密切相关，诊断、治疗越早，预后 越好。基于遗传因素导致发病的患儿，以后的人生阶段会有较高的伴发其他肿瘤的 风险，概因其身体里所有细胞的 Rb 基因都有突变，Rb 是构成细胞周期 G1/S“制 动”检验点的关键因子。而先天性基因突变导致的视网膜母细胞瘤患儿，则 Rb 变 异仅限于其眼部肿瘤组织，所以不会有伴发其他肿瘤的高风险。 （2）G2/M 检验点：DNA 在 S 期的复制应该是准确加倍且不多也不少。如果某种环 节差错导致 DNA 复制不完全而细胞周期继续运行最终进入 M 期，那么一个子细胞会发 生 DNA 缺失，相应地可能会严重影响以该细胞为祖先细胞的所有后代细胞群的生理功 能。为了防止这种严重后果的发生，细胞设计了反 馈机制，一旦检测到未复制 DNA 的发生，就立刻 阻止细胞周期前行。其机制是：一旦 DNA 未完全 复制，一种称为 ATR 的激酶会与 DNA 复制叉结合 然后被激活，ATR 随后磷酸化激活另一激酶 Chk1， Chk1 再磷酸化 Cdc25 磷酸酶，被磷酸化的 Cdc25 失去活性，不能再拮抗 Wee1 激酶抑制 Cdk 的能 力，因此 cyclin B-Cdk1 激酶活性处于抑制状态而 不能去磷酸化启动 M 期。直到复制完全，复制叉 消失才可以重新激活 Cdk1 活性，以便启动 M 期运 行（图 11-13）。 （3）DNA 损伤检验点：在细胞周期过程中， DNA 可能受到如紫外线照射等外界物理、化学等 图 11-13 DNA 复制不完全所引发的 细胞周期停滞机制 图 11-12 Cdk 对 Rb 在 G1/S 交界运行中所起关键抑制作用的克服机制 医学细胞-正文.indd 218 2018-5-18 17:32:01