細(xì)胞增殖與分化

第一節(jié)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期細(xì)胞增殖（cellproliferation）是細(xì)胞通過生長和分裂獲得具有與母細(xì)胞相同遺傳特征的子代細(xì)胞，從而使細(xì)胞數(shù)目成倍增加的過程。細(xì)胞的增殖活動使生命得以延續(xù)。它是細(xì)胞發(fā)育過程中的一個階段，也是細(xì)胞生命活動的一種體現(xiàn)。一、概念細(xì)胞分裂(celldivision)可分為無絲分裂(amitosis)有絲分裂(mitosis)減數(shù)分裂(meiosis)三種類型。無絲分裂又稱為直接分裂。表現(xiàn)為細(xì)胞核伸長，從中部縊縮，然后細(xì)胞質(zhì)分裂，其間不涉及紡錘體形成及染色體變化，故稱為無絲分裂。無絲分裂不僅發(fā)現(xiàn)于原核生物，同時也發(fā)現(xiàn)于少數(shù)高等生物組織中，如動物的上皮、間充組織及肌肉細(xì)胞等等。無絲分裂中子代的細(xì)胞核來源于親代細(xì)胞核的斷裂，因此兩個子代細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)可能不是均等的。有絲分裂又稱為間接分裂，特點是有紡錘體染色體出現(xiàn)，子染色體被平均分配到子細(xì)胞，這種分裂方式普遍見于高等動植物。減數(shù)分裂是指染色體復(fù)制一次而細(xì)胞連續(xù)分裂兩次的分裂方式，是高等動植物有性生殖時形成生殖細(xì)胞的分裂方式。細(xì)胞分裂有何意義？單細(xì)胞生物：細(xì)胞分裂

產(chǎn)生新個體。多細(xì)胞生物細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞，補充衰老和死亡的細(xì)胞。多細(xì)胞生物細(xì)胞分裂產(chǎn)生有性生殖細(xì)胞。細(xì)胞增殖的意義：有絲分裂無絲分裂減數(shù)分裂體細(xì)胞的增殖方式生殖細(xì)胞的增殖方式細(xì)胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。二、細(xì)胞周期細(xì)胞分裂與生長呈現(xiàn)周期性變化。從細(xì)胞分裂結(jié)束到下一次細(xì)胞分裂結(jié)束所經(jīng)歷的間隔時期稱細(xì)胞周期（cellcycle）。根據(jù)在顯微鏡下對細(xì)胞周期的研究將細(xì)胞周期劃分為間期和分裂期（M期）。細(xì)胞周期的分期四個時期：DNA合成前期(pre-syntheticphase或gaplphase，G1期)DNA合成期(syntheticphase，S期)DNA合成后期(post-syntheticphase或gap2phase，G2期)有絲分裂期(M期)細(xì)胞周期時間(cycletime，TC)：細(xì)胞增殖過程所經(jīng)歷的時間細(xì)胞周期各個階段所需時間分別為：

TG1、TS、TG2、TMTC=TG1+TS+

TG2+

TM單位:小時不同細(xì)胞的周期時相差別很大：TCTG1TSTG2TMTC-TG1小鼠食道上皮87757.24.10.712小鼠腹壁上皮1511396.25.30.512

人大腸粘膜241011.520.514

人宮頸癌2086.84.51.512人羊膜19.49.86.82.20.69.6大鼠肝47.528161.81.715.5人肺成纖維細(xì)胞16.86640.810.8細(xì)胞時相(小時)從表中可看出:不同細(xì)胞的TC差別很大TC與TG1的變化一致TS+

TG2

+

TM值比較穩(wěn)定,約12-24小時TM較小,約1小時左右細(xì)胞周期分裂期（簡稱M期）分裂間期前期中期后期末期DNA合成前期（G1期）合成期（S期）DNA合成后期（G2期）問：如果觀察一個正在進(jìn)行有絲分裂的組織，處于哪個階段的細(xì)胞會更多些？（時間占90—95%）（時間占5—10%）（一）G1期：RNA大量合成，蛋白質(zhì)含量明顯增加。DNA復(fù)制相關(guān)的酶系、G1期向S期轉(zhuǎn)變相關(guān)的蛋白質(zhì)在此期合成。如：胸腺嘧啶激酶、胸腺嘧啶核苷酸激酶、脫氧胸腺嘧啶核苷酸合成酶和DNA合成有關(guān)的酶等。裝配核糖體。從增殖的角度來看，根據(jù)細(xì)胞能否順利通過G1期R點，可將高等動物的細(xì)胞分為三類：1、終末分化細(xì)胞：失去增殖能力，合成功能性蛋白走向分化，又稱不育細(xì)胞或終末細(xì)胞。2、持續(xù)增殖細(xì)胞：越過R點，繼續(xù)增殖。3、暫不增殖細(xì)胞：即暫時從G1期退出細(xì)胞周期，不進(jìn)行增殖，但在適當(dāng)刺激下可重新進(jìn)入細(xì)胞周期開始分裂的細(xì)胞，也稱為G0期細(xì)胞。（二）S期：大量DNA復(fù)制的階段；組蛋白及非組蛋白大量的合成；完成染色質(zhì)的復(fù)制；中心粒的復(fù)制完成。S期活化因子（S-phaseactivator）：

DNA復(fù)制啟動所需的一種啟動信號；

G1期過渡到S期開始合成，到S其中期含量最高，S期末瞬即消失。（三）G2期：細(xì)胞分裂準(zhǔn)備期；細(xì)胞中合成一些與M期結(jié)構(gòu)、功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，與核膜破裂、染色體凝集密切相關(guān)的成熟促進(jìn)因子亦在此期合成。核纖層磷酸化；合成微管蛋白。已復(fù)制的中心粒逐漸長大，并開始向細(xì)胞兩極分離。M期進(jìn)入M期后，細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化，生化特點主要是RNA合成中止，蛋白質(zhì)合成減少，染色體高度螺旋化。為了便于描述，按細(xì)胞核形態(tài)變化特點，M期被人為的劃分為前期(prophase)、中期(metaphase)、后期(anaphase)和末期(telophase)。①出現(xiàn)染色體、出現(xiàn)紡錘體②核膜、核仁消失間期分裂期（M期）

植物細(xì)胞有絲分裂過程前期紡錘絲染色體著絲點①所有染色體的著絲粒都排列在赤道板上②染色體的形態(tài)和數(shù)目最清晰前期中期植物細(xì)胞有絲分裂過程①著絲粒一分為二，姐妹染色單體分開，成為兩條子染色體。并分別向兩極移動。②染色單體消失，染色體數(shù)目加倍。中期后期植物細(xì)胞有絲分裂過程后期后期植物細(xì)胞有絲分裂過程后期①染色體變成染色質(zhì)，紡錘體消失。②核膜、核仁重現(xiàn)。末期細(xì)胞板植物細(xì)胞有絲分裂過程末期②細(xì)胞板擴展成分隔兩個子細(xì)胞的細(xì)胞壁末期細(xì)胞壁胞質(zhì)分裂①在赤道板位置出現(xiàn)細(xì)胞板（由囊泡聚集而成）G2間期→前期→前中期→中期→后期→末期三、細(xì)胞周期的調(diào)控

細(xì)胞周期的有序運行是通過相關(guān)基因的嚴(yán)格監(jiān)視和調(diào)控來保證的。細(xì)胞周期的準(zhǔn)確調(diào)控對生物的生命活動是十分重要的。（一）、細(xì)胞周期調(diào)控的相關(guān)蛋白細(xì)胞周期的調(diào)控有多種蛋白質(zhì)因子參與，其中最主要的是細(xì)胞周期蛋白（cyclin）細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin-dependentkinase，CDK）細(xì)胞周期蛋白激酶抑制因子（cyclinkinaseinhibitor，CKI，orCDKinhibitorproteinCIP）1、細(xì)胞周期蛋白1983年，以Hunt為代表的科學(xué)家在以海膽為對象研究細(xì)胞周期時發(fā)現(xiàn)。1983年TimothyHunt首次發(fā)現(xiàn)海膽卵受精后，在其卵裂過程中兩種蛋白質(zhì)的含量隨細(xì)胞周期劇烈振蕩，在每一輪間期開始合成，G2/M時達(dá)到高峰，M結(jié)束后突然消失，下輪間期又重新合成，故命名為周期蛋白(cyclin)。(1)CDK的發(fā)現(xiàn)1988年M.J.Lohka純化了爪蟾的細(xì)胞周期蛋白,這種蛋白與細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂期相關(guān)，因此命名為MPF（mitosis-promotingfactor，促有絲分裂因子。MPF由cdc2蛋白（一種相對分子質(zhì)量34000的蛋白，即p34）和周期蛋白cyclinB結(jié)合形成，表現(xiàn)出蛋白激酶的活性，所以又被稱為CDK1（周期蛋白依賴性蛋白激酶）。2、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶CDK2001年10月8日美國人Leland

Hartwell、英國人PaulNurse、Timothy

Hunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機理的研究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。LelandH.Hartwell

R.Timothy(Tim)Hunt

SirPaulM.Nurse

（2）cyclin對CDK活性調(diào)節(jié)CDK單獨存在時沒有激酶活性，當(dāng)細(xì)胞周期蛋白與之結(jié)合后才發(fā)生構(gòu)象改變，活性位點暴露從而激活，產(chǎn)生磷酸激酶活性。Cyclin不總是與CDK結(jié)合在一起而是在細(xì)胞周期不同階段有規(guī)律的降解使CDK周期性失活。不同的CDK可以與多種cyclin結(jié)合。（3）cyclin分類目前發(fā)現(xiàn)的數(shù)十種，按他們與CDK結(jié)合并作用的細(xì)胞周期不同可以分為4大類：cyclinD

：在晚G1期與CDK4為主的幾種激酶結(jié)合，使細(xì)胞通過G1/S期檢查點，。cyclinE

：在G1期末與CDK結(jié)合，推動細(xì)胞DNA復(fù)制，使細(xì)胞由G1期向S期過渡。cyclinA

：在S期與CDK結(jié)合，是DNA復(fù)制起始所需。cyclinB

：在S期末與CDK1結(jié)合，促進(jìn)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）與cyclin降解密切相關(guān)。3、細(xì)胞周期蛋白抑制因子細(xì)胞周期蛋白抑制因子又稱為CDK抑制蛋白（cyclinkinaseinhibitoe，CKI，orCDKinhibitoryprotein，CIP）是一些對CDK激酶活性起抑制作用的蛋白，主要在檢查點處抑制CDK活性而阻止細(xì)胞周期進(jìn)程。CKI與促進(jìn)細(xì)胞增殖的因素相互協(xié)調(diào)，共同控制細(xì)胞增殖周期的進(jìn)程。（二）、細(xì)胞周期的調(diào)控細(xì)胞周期的3個轉(zhuǎn)折點G1-S期轉(zhuǎn)折點：起始點或R點；G2/M檢驗點：是決定細(xì)胞一分為二的控制點；M后期-胞質(zhì)分裂檢驗點：任何一個染色體沒有正確連接到紡錘體上，都會使細(xì)胞周期中斷。

細(xì)胞周期中的三個主要關(guān)卡（checkpoint）G1關(guān)卡(靠近G1末期,G1-S)G2關(guān)卡(G2期結(jié)束點,G2-M)中期關(guān)卡(中期末,M后期-胞質(zhì)分裂)Cyclin－CDK復(fù)合物是細(xì)胞周期中的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點的分子開關(guān)。它們的產(chǎn)生和降解協(xié)調(diào)的控制著細(xì)胞周期的進(jìn)行。（三）、細(xì)胞生長因子生長因子（growthfactor）：是一類由細(xì)胞分泌的、類似于激素的信號分子，多數(shù)為肽類（含蛋白質(zhì)）物質(zhì)，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞生長與分化的作用。生長因子與細(xì)胞生長、分化、免疫、腫瘤、創(chuàng)傷愈合等多種生理及病理狀態(tài)有關(guān)。真核細(xì)胞G1早期受到生長因子的刺激后才能進(jìn)入細(xì)胞周期，否則cyclin和CDK降解，細(xì)胞進(jìn)入靜止?fàn)顟B(tài)。生長因子作用于G0期細(xì)胞可以使之進(jìn)入細(xì)胞周期。（1）生長因子的來源和作用方式1、生長因子的來源生長因子可以來源于多種組織作用于多種不同的靶細(xì)胞。2、生長因子的作用方式生長因子有旁分泌、自分泌、內(nèi)分泌等作用方式。旁分泌：作用于臨近細(xì)胞；自分泌：作用于自身；內(nèi)分泌：分泌入血液，通過血液循環(huán)作用于遠(yuǎn)處細(xì)胞。3、生長因子的生物學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在促進(jìn)細(xì)胞生長、分化、促進(jìn)個體發(fā)育等方面，如NGF、EGF。有些生長因子具有雙重調(diào)節(jié)作用如HGF（肝細(xì)胞生長因子）。負(fù)調(diào)節(jié)作用：抑制細(xì)胞生長，如抑素（chalone）、腫瘤壞死因子（TNF）、TGFb、干擾素。（2）生長因子在醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用1、在腫瘤診斷和治療中的應(yīng)用①干擾腫瘤細(xì)胞自分泌生長因子抑制其生長；②利用雙向生長因子和抑素抑制腫瘤細(xì)胞生長；EGF抑制某些乳腺癌細(xì)胞生長③以某些生長因子作為腫瘤診斷的指標(biāo)；IGF2（胰島素樣生長因子2）作為肝癌診斷的指標(biāo)。2、NGF治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病治療神經(jīng)損傷：外周神經(jīng)損傷、糖尿病神經(jīng)損傷，坐骨神經(jīng)損傷；治療神經(jīng)退行性疾病：老年癡呆（阿爾茨海默?。?、癲癇等3、生長因子在促進(jìn)創(chuàng)傷愈合、組織再生中的作用治療大面積燒傷、創(chuàng)傷、潰瘍促進(jìn)組織修復(fù)，減少瘢痕形成?，F(xiàn)有EGF霜、EGF眼藥水、EGF胃潰瘍藥的開發(fā)。四、細(xì)胞周期與醫(yī)學(xué)

腫瘤治療1、Ｇ0期的腫瘤細(xì)胞對化療藥物不敏感，又具有腫瘤復(fù)發(fā)的潛在危險性。根據(jù)細(xì)胞增殖的調(diào)控機理，可以利用血小板源生長因子激活Ｇ0期細(xì)胞，將它們驅(qū)入Ｇ１期，進(jìn)入增殖狀態(tài)，再用理化療法就可以收到較為理想的效果。①非周期特異性藥物，如氮芥、絲裂霉素等；②周期特異性藥物，此類藥只作用于增殖狀態(tài)的細(xì)胞，對G0期細(xì)胞不起作用，如放線菌素D；③周期階段性藥物，如秋水仙素、長春新堿等是破壞紡錘體微管的形成，從而使細(xì)胞阻斷于M期。放療射線對G2期細(xì)胞敏感，而對其他時期敏感性低。２、細(xì)胞周期和用藥根據(jù)細(xì)胞周期代謝活動特點選用不同的治療藥物是臨床治療的常規(guī)方法。３、用細(xì)胞或基因植入進(jìn)行治療抑癌基因的導(dǎo)入或原癌基因的置換等進(jìn)行基因治療被認(rèn)為有深遠(yuǎn)前景。第二節(jié)細(xì)胞分化分裂成年人全身細(xì)胞總數(shù)約1012個。細(xì)胞種類有200多種。這么多種類細(xì)胞均來自一個受精卵.有絲分裂分化神經(jīng)細(xì)胞紅細(xì)胞肌肉細(xì)胞上皮組織細(xì)胞1、分化的定義：在個體發(fā)育中，相同細(xì)胞的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。一、細(xì)胞分化分化的結(jié)果：產(chǎn)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能不同的細(xì)胞。分化的對象：相同細(xì)胞2、細(xì)胞分化的意義？1）、是個體發(fā)育的基礎(chǔ)。能形成具有特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官。2）、使多細(xì)胞生物體中的細(xì)胞趨于專門化，有利于提高各種生理功能的效率和組織器官的修復(fù)。（一）在細(xì)胞間產(chǎn)生穩(wěn)定性差異在高等生物，細(xì)胞分化是穩(wěn)定的、不可逆的。如神經(jīng)細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞、黑色素細(xì)胞（合成黑色素顆粒）。

（二）細(xì)胞分化的時空性1.分化方向的限定先于形態(tài)差異的出現(xiàn)2.細(xì)胞分化的有序性二、細(xì)胞分化的特征轉(zhuǎn)分化（transdifferentiation）：即在某些條件下，一種表型的分化細(xì)胞可轉(zhuǎn)變成另一種表型的分化細(xì)胞。如橫紋肌細(xì)胞經(jīng)轉(zhuǎn)分化可形成神經(jīng)細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、上皮細(xì)胞。①去分化（dedifferentiation）：是指分化細(xì)胞失去其特有的結(jié)構(gòu)和功能變成未分化細(xì)胞的過程。如植物體細(xì)胞在一定條件下形成未分化的愈傷組織。②再分化：愈傷組織可進(jìn)一步再分化形成植株。（三）細(xì)胞分化的可逆性1.隨著胚胎的發(fā)育，高等動物的細(xì)胞由全能性→多能性→單能性。例如：受精卵有分化出多種細(xì)胞的潛能。多能造血干細(xì)胞可分化出紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板等。表皮干細(xì)胞就只能分化形成皮膚細(xì)胞。2.植物細(xì)胞為全能細(xì)胞。（四）個體發(fā)育中細(xì)胞分化的潛能性三、細(xì)胞分化潛能的影響因素（一）細(xì)胞的全能性(totipotency)：是指細(xì)胞經(jīng)分裂和分化后仍具有產(chǎn)生完整有機體的潛能或特性。

1.干細(xì)胞：即具有多潛能性的細(xì)胞。多潛能性細(xì)胞是指具有分化成有限細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的細(xì)胞。單能干細(xì)胞（monopotentialcell）亦稱定向干細(xì)胞：僅具有分化形成某一種類型能力的細(xì)胞。由單能干細(xì)胞最終形成分化細(xì)胞類型稱終未分化。

多能干細(xì)胞：如胚胎干細(xì)胞(embryostemcell)具有分化成多種細(xì)胞類型及構(gòu)建組織的潛能；造血干細(xì)胞具有分化成多種血細(xì)胞能力。

2.細(xì)胞核始終保持其分化的全能性

將蛙囊胚的細(xì)胞核移入去核的卵母細(xì)胞中，指導(dǎo)細(xì)胞發(fā)育成了蝌蚪。1981年由Illmensee和Hoppen將小鼠囊胚細(xì)胞核移入去核的受精卵中，培養(yǎng)成囊胚，植入孕鼠子宮內(nèi)，結(jié)果發(fā)育成了可育個體。1997年英國科學(xué)家Wilmut等將來自6齡綿羊的乳腺細(xì)胞移入去核卵母細(xì)胞后，得到世界上第一頭克隆動物--多莉羊。1.受精卵細(xì)胞質(zhì)對細(xì)胞分化的影響受精卵的細(xì)胞質(zhì)有一定的區(qū)域分布，即決定細(xì)胞向某一方向分化的初始信息有一定的區(qū)域分布。在卵裂時不同的胞質(zhì)組分分配到了不同的子細(xì)胞中，使子細(xì)胞攜帶的分化信息有所不同，從而產(chǎn)生分化各異的細(xì)胞類型。如未受精的海膽卵，從動物極到植物極卵物質(zhì)呈梯度分布，這種分布方式對細(xì)胞分化有著決定作用。見下圖：（二）、影響細(xì)胞分化的因素隨著胚胎細(xì)胞的增加，細(xì)胞之間相互作用影響胚胎的分化。胚胎誘導(dǎo)：即動物在一定的胚胎發(fā)育時期，一部分細(xì)胞影響相鄰細(xì)胞的分化方向的現(xiàn)象。如眼的發(fā)生：蛙胚22天時，前腦兩側(cè)外凸形成視泡，并與外胚層上皮接觸，誘導(dǎo)其內(nèi)陷形成晶狀體；視泡內(nèi)陷形成視杯，晶狀體嵌在視杯中。隨后在視杯和晶狀體的共同誘導(dǎo)下，外面的表皮分化成角膜。2.細(xì)胞之間的相互作用分化抑制：即完成分化的細(xì)胞可以產(chǎn)生稱為抑素的化學(xué)物質(zhì)，抑制鄰近細(xì)胞進(jìn)行同類分化。把正在發(fā)育的蛙胚置于含成體蛙心組織的培養(yǎng)液中培養(yǎng)，蛙胚不能發(fā)育成正常的心臟。分化抑制和胚胎誘導(dǎo)共同作用，才能完成胚胎的正常發(fā)育程序。位置效應(yīng)：細(xì)胞所處的位置不同對細(xì)胞分化的命運也有明顯的影響。改變細(xì)胞所處的位置可導(dǎo)致細(xì)胞分化方向的改變，這種現(xiàn)象稱為位置效應(yīng)。如雞胚肢體形成過程中，4天胚齡時，腿芽及翅芽在組織學(xué)上是相同的，但它們在發(fā)育上并不是等效的。如果此時將翅芽整個頂部切除，以腿芽的頂部代替，則移植的肢芽細(xì)胞將分化成象腿的結(jié)構(gòu)。環(huán)境因素對細(xì)胞分化可產(chǎn)生一定的影響。異常環(huán)境可以干擾細(xì)胞增殖和分化程序，使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞，而適應(yīng)環(huán)境條件又可使癌細(xì)胞逆轉(zhuǎn)成正常細(xì)胞?；チ觯簞游锏穆鸭?xì)胞偶爾可以未經(jīng)排卵而被激活，在卵巢中發(fā)育，增殖分化失控，形成已分化的毛發(fā)、牙齒、腺上皮、骨以及未分化的干細(xì)胞雜亂聚集成無組織的腫塊。嵌合體小鼠：如圖3.環(huán)境因素影響細(xì)胞分化四、細(xì)胞分化與基因表達(dá)

細(xì)胞分化是由于基因選擇性地表達(dá)了各自特有的專一性蛋白質(zhì)，而表現(xiàn)出特定的遺傳表型。一、分化細(xì)胞表達(dá)的基因類型：1.管（當(dāng)）家基因(house-keepinggenes)：是指所有細(xì)胞均要表達(dá)的一類基因，其產(chǎn)物是維持細(xì)胞基本生命活動所必需的。2.組織特異性基因(tissue-specificgenes)或稱奢侈基因(luxurygenes)：是指不