细胞增殖动力学
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细胞增殖动力学

、细胞增殖动力学(Cell Proliferation Kinetics)是从定量方面研究细胞增殖、细胞分化、细胞迁移、细胞丢失和死亡过程及体内外因素对这些过程的影响。它揭示了正常细胞群体和异常     细胞群体增殖的特点和规律,为疾病的防治提供了理论和依据。细胞增殖动力学研究的范围涉及到周期时间、空间形态和功能形态的变化。

二、细胞增殖动力学的有关述语

    1.细胞周期(cell cycle)是指处于增殖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连续过程。一个完整的细胞周期包括DNA合成前期(G1)DNA合成期(S)DNA合成后期(G2),及有丝分裂期(M)4个阶段。

    2.细胞周期时间(Cell Cycle Time)指细胞从前一次分裂结束到下一次分裂结束所经历的时间,也即是每一个细胞周期所需要的时间。由G1+S+G2+M的时间之和所组成。一般说来,SG2M各时期的时间比较恒定,变化较小,G1期在不同细胞的时间差异变化较大。有些分裂速度很慢的细胞在G1期可停留几天,甚至数年。

    3.增殖比率(Growth Fraction)处于增殖周期细胞数与同一组织中细胞总数的比率。处于增殖周期中的细胞数越多,生长比率越大。生长比率高的肿瘤,其体积增大较快。

    4.倍增时间(Doubling Time)组织体积增大1倍所需的时间为倍增时间。生长快的肿瘤,其倍增时间亦较短。

    5.有丝分裂指数(Mitotic Index)在一既定组织中进行有丝分裂细胞所占的百分数。

    6.标记指数(Labeled Index)组织中被放射性物质(3H-TdR)标记细胞所占的百分比称标记指数。标记指数大,表示细胞分裂旺盛。

 细胞增殖中的三部分细胞

     细胞增殖过程中可出现三种细胞,见下图。

 类细胞之间的关系

1.在增殖周期中的细胞

     增殖周期中的细胞不断按指数分裂增殖,是负责组织增生的部分。更新型组织经常有部分细胞处于增殖周期进行繁殖,以补充丢失或死亡的细胞。人的红细胞平均寿命为120天。为了保证对身体组织输送氧气的需要,骨髓细胞进行着旺盛的细胞分裂,不断产生新的细胞来补充死亡的红细胞;小肠绒毛细胞2-3天全部更新一次。肿瘤亦属于更新型的组织。扩张型组织仅在补偿各种原因引起的细胞损失时,才有较多的细胞进入增殖周期。例如肝脏若通过手术切除7/8,而剩下的1/8肝细胞可进行 增殖和生长,直到肝脏大小恢复到正常为止。成人的神经、肌肉等静态型组织几无这部分细胞。


2.暂不增殖(G0)的细胞

     暂不增殖细胞又称静止期细胞或G0期细胞。它有增殖能力,但离开细胞周期,暂不增殖。当增殖周期细胞被大量杀灭或受到某些因素(丝裂原)刺激,它又可进入细胞周期进行增殖,以补充周期中 丢失的细胞。骨髓中的造血细胞当受到化疗药物或辐射线损伤时,G0期细胞可进入细胞周期增殖以补 充受伤的细胞,肿瘤组织中的G0期细胞对化疗药物及辐射线均不敏感或敏感性低,是肿瘤复发的根源。

3.无增殖能力的细胞

     机体静态型组织如肌肉、神经、骨骼等组织以这类细胞为主,对血液系统来说,指外周血中的红 细胞和白细胞。在肿瘤组织中,这部分细胞相对较少,由于它们不可能再进入细胞周期增殖,不构成复发。

五、细胞周期

     细胞周期普遍存在于动植物细胞中,也普遍存在于正常和异常细胞增殖过程中。细胞周期分为四个阶段,即G1期、S期、G2期和M期,各期各有不同的功能和任务,又相互函接,共同完成细胞周期。

(一)G1

     G1期从细胞分裂完成到DNA合成开始,又叫DNA合成前期。此期细胞要进行剧烈的生化变化,为进入S期创造条件,其中最主要的是RNA和蛋白质(包括酶)的合成。

1.RNA合成G1RNA聚合酶活性迅速提高,RNA含量增加很快。用RNA聚合酶抑制剂可 阻止细胞从G1期进入S期。说明G1期合成RNA是细胞进入S期的必要条件之一。

2.蛋白质合成各种细胞的周期时间的长短主要取决于G1期的长短。G1期有一个是否进入下一 个时期的限制点(Restriction point)。简称R点,细胞只有通过R点,才能完成分裂。许多环境的或细胞的因素均可影响该点。由于R点的控制,进入G1期的细胞可能出现三种转归:一是细胞进入S期,完成细胞周期;二是停止在G1期;三是脱离细胞的周期机制。

已知G1期细胞合成一种专一化的蛋白质,叫触发蛋白(Trigger protein),这是一种不稳定的蛋白质,合成相当迅速,浓度积累达到一定阈值,才能使G1期细胞通过R点,进入S期。G1期至S期这一阶段,DNA合成有关的一些酶如DNA多聚酶活性急剧增高。

(二)S

     S期是从DNA合成开始至DNA合成结束的时期,此期最主要的特征是合成DNA和组蛋白。DNA合成与组蛋白合成是同时进行,并有密切关系。有实验证明,若使用放线菌酮抑制细胞中蛋白质合成,DNA合成可在几秒钟内停止。反之,当S期细胞受DNA合成抑制剂(例如羟基脲)作用时,组蛋白合成亦会立即停止。S期细胞内DNA的含量比G1期细胞增加一倍。在正常情况下,只要DNA合成一开始,如无其他影响,细胞增殖活性就会不停地进行下去,一直到分裂成两个子细胞。

(三) G2

     G2期是从DNA复制结束到有丝分裂开始的时期。这一时期的特点是为有丝分裂作准备,细胞剧烈地进行蛋白质合成。有丝分裂的纺锤体,微管蛋白和有丝分裂因子也开始合成。实验表明,如果G2期的生物合成受到抑制,那么细胞就不能进入M期,这说明G2RNA和蛋白质的合成是进入M期所必须的。

(四) M

     M期是从细胞分裂开始到形成两个子细胞的时期。这一时期是复制好的遗传物质进一步凝集成染色体,并精确均等地分配到两个子细胞中,并伴随细胞质分裂的过程。它使分裂后的细胞保持遗传上的一致性。根据细胞形态学特征,此期又人为分成前期、早中期、中期、后期和末期。

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