第三讲细胞周期效应与修复机制

1细胞周期效应和剂量率效应2第一篇细胞周期效应

3一.细胞的增殖方式二.细胞的增殖周期三.细胞的放射敏感性四.细胞周期效应在临床中的应用4细胞的增殖就是通过细胞分裂增加细胞数量。方式有以下三种：

无丝分裂（amitosis）有丝分裂（mitosis）减数分裂（meiosis）意义：生物体生长、发育、繁殖和遗传的基础。一.细胞的增殖方式51.无丝分裂（amitosis）因为分裂时没有纺锤丝与染色体的变化，所以叫做无丝分裂，又因为这种分裂方式是细胞核和细胞质的直接分裂，所以又叫做直接分裂。无丝分裂的方式有二分裂，多核分裂和出芽分裂。其中最主要的是二分裂，即细胞核先延长，从核的中部向内凹进，缢裂成为两个细胞核；接着，整个细胞从中部缢裂成两部分，形成两个子细胞。67人体中常见的有肝细胞，肾小管上皮细胞和口腔上皮细胞等高度分化的细胞。无丝分裂不能保证母细胞的遗传物质平均地分配到两个子细胞中去。82.有丝分裂（mitosis）

又称间接分裂(indirectdivision)，是有纺锤体染色体出现，子染色体被平均分配到子细胞，这种分裂方式普遍见于动物和高等植物。是真核细胞分裂产生体细胞的过程。9中期染色体浓缩变粗，显示出该物种所特有的数目和形态。因此有丝分裂中期适于做染色体的形态、结构和数目的研究，适于核型分析。中期时间较短。103.减数分裂（meiosis）是指生殖细胞分裂时，染色体只复制一次，细胞连续分裂两次，染色体数目减半的一种特殊分裂方式。11一.细胞的增殖方式二.细胞的增殖周期三.细胞的放射敏感性四.细胞周期效应在临床中的应用12细胞周期(cellcycle)是指连续分裂的细胞从上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，分为细胞间期与分裂期两个阶段。二.细胞的增殖周期（cellcycle）（G1—>S—>G2—>M）13细胞周期

分裂间期分裂期（M期）G1期

DNA合成前S期

DNA合成期

G2期

DNA合成后期前期中期后期末期14不同细胞种类的细胞周期15

从上图中我们可以看到不同生物、不同组织，以及机体发育的不同阶段，细胞周期时间差异较大；但仍表现有相似之处,如G1期最长，S期较长,M期最短；其中,细胞周期时间长短主要差别在G1期。161.G1期（DNA合成前期）

特点：（1）细胞生长的主要阶段；（2）合成各种物质，能对周围的环境信号综合、协调、做出反应确定是否进入S期；（3）时间长度变异大：人体200多种细胞，周期时间不同，差别主要在G1。如：胚胎早期卵裂细胞几乎测不到淋巴细胞数小时神经元细胞终生停在G1期17

G1期决定了不同细胞细胞周期的长短，是因为G1期内存在一个校正点或阻止点（简称R点）。R点要判断：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？通过了此点，细胞就能以正常速度不受外界条件的影响而完成细胞周期的其他时期。因此，有人认为细胞的生长是在G1期R点上停止的。18由于R点的限制作用，G1期有三种不同增殖状态:①继续增殖细胞:如造血干细胞、睾丸精原细胞、消化道黏膜细胞、胚胎早期细胞。始终保持旺盛的分裂活性，对外界环境信号敏感，分化程度低，周期时间稳定。②暂不增殖细胞：如肝、肾、胰的实质性细胞、结缔组织中的成纤维细胞、血液中的淋巴细胞等都属此类细胞。G1期合成具有特殊功能的RNA和19蛋白质，使细胞结构和功能发生分化，一般情况下，不进行分裂，处于G0期，在适当条件下如组织受到损伤或淋巴细胞接受植物凝集素的刺激以后，可以恢复增殖状态。③不再增殖细胞：如多形性白细胞、角质细胞、神经元细胞、骨骼肌细胞、成熟红细胞等。结构和功能高度分化，丧失增殖能力，这些细胞终身处于G0期，通过衰老→死亡。202、S期时期：DNA合成时期特点：为分裂做准备，DNA复制开始时，急剧形成DNA聚合酶及四种脱氧核苷酸后，DNA加倍。DNA复制是增殖的基础，完成复制才能进入M期。DNA合成时期是遗传物质容易突变的时期。时间：10h左右213.G2期时期：DNA合成后期，分裂之前特点：继续合成与分裂有关的蛋白质，尤其是细胞骨架重新组装蛋白质，如组织蛋白的合成细胞就不进入分裂期。此期DNA已加倍，染色质开始螺旋但程度轻。时间：较短，约2~3h224、M期时期：有丝分裂时期，也是细胞周期的最终阶段。特点：形态、结构变化最大，细胞增殖标志。时间：短，较恒定分期：前、中、后、末前期：膜仁消失现两体中期：形定数晰赤道齐后期：点裂体增均两极末期：两消两现重开始23

前期：染色质凝集，核膜消失20~30min

中期：染色体排列在赤道板上20~30min

后期：姊妹染色单体分离5~7min

末期：细胞质分裂，形成两个子细胞20~30min

2425肿瘤细胞的周期特点肿瘤细胞有三个显著的基本特征即：不死性，迁移性和失去接触抑制。肿瘤细胞之所以有高的生长率是因为：1.参与增殖的后裔细胞数量多。2.G0期持续时间短（称为G0i期），无细胞分化，终必进入G1期。肿瘤细胞周期失控，不受正常调控系统的控制，能持续分裂和增殖。26细胞周期检验点（checkpoint）

细胞周期中的每一期都是为下一期作准备，从而使子代细胞获得相同的遗传物质。因此，细胞都要在进入下一期之前进行检查，称为检验点。它们的作用是细胞遇到环境压力或DNA受到损伤时使细胞周期停止的“刹车”作用。假如检验点的功能失灵就可以导致癌的形成。以G1/S和G2/M最为重要。

27四个检验点（checkpoint）G1/S检验点:在酵母中称start点，在哺乳动物中称R点(restrictionpoint)，控制细胞由静止状态的G1进入DNA合成期，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞外环境是否适宜？细胞体积是否足够大？S期检验点：DNA复制是否完成？28G2/M检验点：是决定细胞一分为二的控制点，相关的事件包括：DNA是否损伤？细胞体积是否足够大？中-后期检验点:（纺锤体组装检验点）：任何一个着丝点没有正确连接到纺锤体上，都会引起细胞周期中断。2930一.细胞的增殖方式二.细胞的增殖周期三.细胞的放射敏感性四.细胞周期效应在临床中的应用31三.细胞的放射敏感性是指一切照射条件完全一致时，机体器官和组织对辐射反应的强弱和速度快慢情况。若反应强、速度快其放射敏感性就高；反之则低。主要与以下几个因素有关：

1.细胞分化程度：分化越高，放射敏感性越低，反之，则放射敏感性越高；2.细胞增殖能力越强，放射敏感性越高；3.细胞周期的分布：以对细胞增殖性致死而言，细胞周期放射敏感性不同。32细胞周期时相和放射敏感性放射敏感性与细胞周期的关系可以用同步化细胞群来研究。同步化(synchronization)培养物中所有的细胞都处于细胞周期的相同阶段，称为细胞的同步化。细胞同步化分自然同步化和人工同步化。

‍33自然同步化有丝分裂法细胞周期同步化选择同步化密度梯度离心法人工同步化

DNA合成阻断法诱导同步化分裂中期阻断法了解同步化的方法:34一、自然同步化自然界中已经存在一些细胞群处于细胞周期的同一时相细胞周期同步化。在动、植物及粘菌中都有所发现，如有一种黏菌的变形体plasmodia，某些受精卵早期卵裂它们不受人为条件的干扰，因而有可能在接近自然的条件下进行观察。缺点：自然同步化受到很多条件的限制。351.有丝分裂选择法方法：对数期的培养细胞，细胞分裂活跃，贴培养皿壁生长，且该期细胞变得圆隆与壁附着性低。可首先震荡使细胞脱落，悬浮到培养液中，收集培养液；然后离心，获得分裂期细胞。重新培养可获得不同时相的细胞。优点：细胞未经过任何药物处理，能真实反应细胞周期状况，细胞同步化效率高。缺点:分离的细胞数量少。二、人工同步化362.密度梯度离心法方法：根据不同时期细胞在体积和重量上存在差别进行分离，得到处于不同时期的细胞。优点：方法简单省时，效率高，成本低缺点：对大多数种类细胞并不适用373.DNA合成阻断法——G1/S-TdR双阻断发方法：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TDR（胸腺嘧啶核酸）。S期细胞被抑制，其它细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。优点是同步化程度高，适用于任何培养体系。可将几乎所有的细胞同步化。缺点是产生非均衡生长，个别细胞体积增大。384.分裂中期阻断法方法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂期的合成，将细胞阻断在细胞分裂中期。优点：操作简单，效率高。缺点：这些药物的毒性相对较大，如果处理时间过长，所得到的细胞常常不能恢复正常周期运转。在实际工作中常常几种方法并用，以获得数量多、同步效率高的细胞。39※同步化细胞群的放射反应在体外细胞研究中，细胞群经同步化以后，发现经照射以后细胞周期中不同时相的细胞的放射敏感性有很大差异。M期细胞对射线最敏感，其次是G2期细胞、G1期细胞(G1后期要比早期敏感)、早S期细胞，晚S期细胞是最不感的。40一.细胞的增殖方式二.细胞的增殖周期三.细胞的放射敏感性四.细胞周期效应在临床中的应用41四.细胞周期效应在临床中的应用我们希望肿瘤组织经处理后使其全处于放射敏感的时相，虽然实际上很难做到这一点，但在临床上使用分次放射方法可使各阶段细胞尽可能靠近。42分次放射治疗的理论基础也就是主要的生物学因素：

修复（Repair）再氧合（

Reoxygenation）再分布（Redistribution）再群体化（Repopulation）4"R"431.修复(Repair)

受到致死损伤的细胞将发生死亡，而射线引起的所谓亚致死损伤及潜在致死损伤的细胞，在给予足够时间、能量及营养的情况下，可以得到修复生存下来。442.再氧合（Reoxygenation）

也称为乏氧细胞的再氧化富氧细胞对放疗比较敏感，较易被放射线杀死，乏氧细胞对放疗耐受性较强，不易被杀灭。肿瘤组织常有供血不足及乏氧细胞比率高的问题，部分癌细胞可逃避放射损伤，这是放疗后肿瘤再生长及复发的常见原因之一。放疗中，富氧细胞被杀灭，原来乏氧的细胞可能获得再氧合的机会，从而对放疗的敏感性增加。453.再分布(Redistribution)

癌细胞群的细胞常处于不同的细胞增殖周期中，对射线敏感也不一致。最敏感的是M期细胞，G2期细胞对射线的敏感性接近M期，S期细胞对射线敏感性最差。对于G1期的细胞来讲，G1早期对射线的敏感性差，但G1晚期则较敏感。对放疗敏感的细胞被清除，引起癌细胞群中细胞周期再分布，使不敏感细胞转化为较敏感细胞。

464.再群体化（Repopulation）

也称再增殖，放疗后细胞分裂将加快，肿瘤组织生长也比较快。考虑细胞有再增生作用，放疗需要延长疗程，增加总照射量，才能达到更满意的治疗效果。（例：病人需多次放疗）47分次放射与细胞周期48分次放疗对于细胞周期不同时