核素示踪在细胞动力学中的应用.DOC

第十五章 核素示踪在细胞动力学中的应用 第一节 细胞周期 一、细胞动力学的研究内容 细胞增殖是一个极其复杂的问题。近年来，随着新技术的发展与应用，在细胞形态学研究的基础上，对细胞增殖研究已形成一门新学科——细胞动力学（cell kinetics）。它是从定量的角度，研究机体内各类细胞的增殖、分化、分布与消亡的规律，以及体内外多种因素对其的影响与调控过程。因此，细胞动力学是生物学中一门研究范围广泛、实用性较强的分支学科。 二、细胞周期 细胞周期（cell cycle）是指从一次分裂结束到下次分裂终止所经历的过程。它包括了细胞生长和分裂周期(图15-1)。 图15-1 细胞周期示意图 很久以来，细胞分裂现象就被人们所注意，并对分裂期细胞进行了大量的形态学研究。20世纪50年代初，Howard对32P-磷酸盐培养的RNA酶处理过的蚕豆尖细胞进行研究，借助放射自显影术，首次证明被标记的细胞不是分裂期细胞，而是间期细胞，表明 DNA合成是在间期完成的。并发现在开始标记后8 h才出现标记的分裂核，持续6 h后开始减少。这种变化每30 h出现一次，因此，便提出细胞周期的概念。20世纪50年代末，Quastler和Sherman用3H-TdR和放射自显影术对动物的细胞周期进行研究，进一步证明DNA合成确实是在间期完成的，在细胞周期活动中的确存在着DNA合成期（DNA-synthetic phase，S）和细胞分裂期（mitotic phase，M）。在S期和M期之间以及S期之前，各有一个间隙期，分别称为DNA合成后期（gap 2 phase，G2）和DNA合成前期（gap1 phase，G1）。进而将连续的细胞周期划分为4个互相衔接的时相，即G1期、S期、G2期和M期。在不同的时相中，增殖细胞经历着不同的生化和形态学变化：① G1期：细胞代谢十分活跃，DNA合成所需要的酶类（如激酶、聚合酶、合成酶和脱氨酶等）、各种RNA、结构蛋白质都在该期内合成。 正常细胞在本期有一个或两个特殊的调节点, 叫限制点(restriction point, R点), R点起到了控制细胞增殖周期开和关的”阀门”作用。 细胞是否继续增殖或进入静息(G0)状态, 由它能否通过R点来决定的。肿瘤细胞通常失去全部或部分R 点的控制，使其不断分裂。处于R 点的细胞对环境条件特别敏感，当细胞处于不利条件时，细胞代谢速度降低，进入静息期以延长细胞生命。G1期的时间长短变化最大，不同细胞类型的周期时间的差别，细胞的失同步等都是由G1期的差异造成的。② S期：完成DNA的复制及组蛋白和非组蛋白等染色体蛋白的合成，继续合成RNA，并形成有丝分裂需要的细胞器（如中心粒）。③ G2期：继续合成RNA及有丝分裂所必需的特异性蛋白质。主要特征是染色体进行性地凝聚或螺旋化。此期还诱导细胞进入分裂的各种变化，中心粒移向两极，细胞准备进入有丝分裂。④ M期：细胞完成有丝分裂，形成两个完全相同的子细胞。新生的子细胞又开始一个新的细胞周期。 Go期细胞 在细胞分裂完成之后，一般只有部分细胞进入下一个细胞周期，其他未进入周期的细胞暂时处于休止状态，与处于周期中的细胞不同，但具有进入细胞周期的潜能，这类细胞被称为G0期细胞。大部分G0期细胞的DNA含量与G1期细胞相同（2n）。仅少数G0期的淋巴细胞可能与G2期细胞相似（4n）。在适当刺激下，G0期细胞能重新进入细胞周期。而且在给予刺激后，G0期细胞可不必经过G1期，可以直接进入S期。G0期细胞与G1期细胞的主要区别是两者在蛋白质合成上有明显差别。前者代谢不活跃，对射线和药物均不敏感。 三、常用的术语、指数与参数 细胞动力学是从量的角度上研究增殖细胞群体的动态变化。在一个增殖细胞群体中，同时存在着细胞的增殖、输入和输出。要正确地反映出它们之间的关系，必然涉及到能反映这些关系的动力学指数与参数。由于细胞动力学是门新学科，为便于掌握其全部内容，应熟悉其基本术语、指数与参数。 （一）细胞群体的有关术语 （1）细胞群体 指形态与功能或空间位置上相似或相关的细胞群体，如造血细胞、肿瘤细胞、白血病细胞等。 （2）同步化的细胞群体 即处于同一细胞周期时相的细胞群体。 （3）稳定状态的细胞群体 是指细胞输入和细胞增殖速率等于细胞输出率，即细胞群体的大小不变、增殖速率保持恒定的细胞群体。 （4）指数方式生长的细胞群体 是指群体中所有的细胞都处于增殖状态，并具有相同的生长速率和细胞周期时间，无细胞丢失的细胞群体。 （5）细胞丢失（cell loss） 细胞增长是否保持平衡，除取决于细胞周期时间的长短和增殖比率的高低外，还决定于细胞的死亡和转移，这往往用“细胞丢失”这一概念来表示。 （二）指数 （1）生长分数（growth fraction，GF） 也称为增殖比率。这