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        細胞增殖動力學
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        細胞增殖動力學

        、細胞增殖動力學(Cell Proliferation Kinetics)是從定量方面研究細胞增殖、細胞分化、細胞遷移、細胞丟失和死亡過程及體內外因素對這些過程的影響。它揭示了正常細胞群體和異常     細胞群體增殖的特點和規律,為疾病的防治提供了理論和依據。細胞增殖動力學研究的范圍涉及到周期時間、空間形態和功能形態的變化。

        二、細胞增殖動力學的有關述語

            1.細胞周期(cell cycle)是指處于增殖的細胞從一次有絲分裂結束到 下一次有絲分裂完成所經歷的整個連續過程。一個完整的細胞周期包括DNA合成前期(G1),DNA合成期(S),DNA合成后期(G2),及有絲分裂期(M)4個階段。

            2.細胞周期時間(Cell Cycle Time)指細胞從前一次分裂結束到下一次分裂結束所經歷的時間,也即是每一個細胞周期所需要的時間。由G1+S+G2+M的時間之和所組成。一般說來,S、G2、M各時期的時間比較恒定,變化較小,G1期在不同細胞的時間差異變化較大。有些分裂速度很慢的細胞在G1期可停留幾天,甚至數年。

            3.增殖比率(Growth Fraction)處于增殖周期細胞數與同一組織中細胞總數的比率。處于增殖周期中的細胞數越多,生長比率越大。生長比率高的腫瘤,其體積增大較快。

            4.倍增時間(Doubling Time)組織體積增大1倍所需的時間為倍增時間。生長快的腫瘤,其倍增時間亦較短。

            5.有絲分裂指數(Mitotic Index)在一既定組織中進行有絲分裂細胞所占的百分數。

            6.標記指數(Labeled Index)組織中被放射性物質(3H-TdR)標記細胞所占的百分比稱標記指數。標記指數大,表示細胞分裂旺盛。

        、 細胞增殖中的三部分細胞

             細胞增殖過程中可出現三種細胞,見下圖。

        、 類細胞之間的關系

        1.在增殖周期中的細胞

             增殖周期中的細胞不斷按指數分裂增殖,是負責組織增生的部分。更新型組織經常有部分細胞處于增殖周期進行繁殖,以補充丟失或死亡的細胞。人的紅細胞平均壽命為120天。為了保證對身體組織輸送氧氣的需要,骨髓細胞進行著旺盛的細胞分裂,不斷產生新的細胞來補充死亡的紅細胞;小腸絨毛細胞2-3天全部更新一次。腫瘤亦屬于更新型的組織。擴張型組織僅在補償各種原因引起的細胞損失時,才有較多的細胞進入增殖周期。例如肝臟若通過手術切除7/8,而剩下的1/8肝細胞可進行 增殖和生長,直到肝臟大小恢復到正常為止。成人的神經、肌肉等靜態型組織幾無這部分細胞。


        2.暫不增殖(G0)的細胞

             暫不增殖細胞又稱靜止期細胞或G0期細胞。它有增殖能力,但離開細胞周期,暫不增殖。當增殖周期細胞被大量殺滅或受到某些因素(絲裂原)刺激,它又可進入細胞周期進行增殖,以補充周期中 丟失的細胞。骨髓中的造血細胞當受到化療藥物或輻射線損傷時,G0期細胞可進入細胞周期增殖以補 充受傷的細胞,腫瘤組織中的G0期細胞對化療藥物及輻射線均不敏感或敏感性低,是腫瘤復發的根源。

        3.無增殖能力的細胞

             機體靜態型組織如肌肉、神經、骨骼等組織以這類細胞為主,對血液系統來說,指外周血中的紅 細胞和白細胞。在腫瘤組織中,這部分細胞相對較少,由于它們不可能再進入細胞周期增殖,不構成復發。

        五、細胞周期

             細胞周期普遍存在于動植物細胞中,也普遍存在于正常和異常細胞增殖過程中。細胞周期分為四個階段,即G1期、S期、G2期和M期,各期各有不同的功能和任務,又相互函接,共同完成細胞周期。

        (一)G1

             G1期從細胞分裂完成到DNA合成開始,又叫DNA合成前期。此期細胞要進行劇烈的生化變化,為進入S期創造條件,其中最主要的是RNA和蛋白質(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聚合酶抑制劑可 阻止細胞從G1期進入S期。說明G1期合成RNA是細胞進入S期的必要條件之一。

        2.蛋白質合成各種細胞的周期時間的長短主要取決于G1期的長短。G1期有一個是否進入下一 個時期的限制點(Restriction point)。簡稱R點,細胞只有通過R點,才能完成分裂。許多環境的或細胞的因素均可影響該點。由于R點的控制,進入G1期的細胞可能出現三種轉歸:一是細胞進入S期,完成細胞周期;二是停止在G1期;三是脫離細胞的周期機制。

        已知G1期細胞合成一種專一化的蛋白質,叫觸發蛋白(Trigger protein),這是一種不穩定的蛋白質,合成相當迅速,濃度積累達到一定閾值,才能使G1期細胞通過R點,進入S期。G1期至S期這一階段,DNA合成有關的一些酶如DNA多聚酶活性急劇增高。

        (二)S

             S期是從DNA合成開始至DNA合成結束的時期,此期最主要的特征是合成DNA和組蛋白。DNA合成與組蛋白合成是同時進行,并有密切關系。有實驗證明,若使用放線菌酮抑制細胞中蛋白質合成,DNA合成可在幾秒鐘內停止。反之,當S期細胞受DNA合成抑制劑(例如羥基脲)作用時,組蛋白合成亦會立即停止。S期細胞內DNA的含量比G1期細胞增加一倍。在正常情況下,只要DNA合成一開始,如無其他影響,細胞增殖活性就會不停地進行下去,一直到分裂成兩個子細胞。

        (三) G2

             G2期是從DNA復制結束到有絲分裂開始的時期。這一時期的特點是為有絲分裂作準備,細胞劇烈地進行蛋白質合成。有絲分裂的紡錘體,微管蛋白和有絲分裂因子也開始合成。實驗表明,如果G2期的生物合成受到抑制,那么細胞就不能進入M期,這說明G2RNA和蛋白質的合成是進入M期所必須的。

        (四) M

             M期是從細胞分裂開始到形成兩個子細胞的時期。這一時期是復制好的遺傳物質進一步凝集成染色體,并精確均等地分配到兩個子細胞中,并伴隨細胞質分裂的過程。它使分裂后的細胞保持遺傳上的一致性。根據細胞形態學特征,此期又人為分成前期、早中期、中期、后期和末期。

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