下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
细胞增殖（cell proliferation） 是指细胞通过生长和分裂获得和母细胞一样遗传特性的子细胞，从而使细胞数目成倍增加的过程。细胞增殖是机体生长发育、繁殖后代、创伤修复、新陈代谢和细胞分化的基础。
细胞增殖方式主要有3种：无丝分裂、有丝分裂和减数分裂。
1.无丝分裂（amitosis） 又称直接分裂，细胞分裂时核伸长，从中部缢缩，然后胞质分裂，期间不涉及纺锤体形成和染色体的变化。无丝分裂是低等生物增殖的主要方式，在人体中只发生在某些迅速分裂的组织，如口腔上皮及创伤修复等组织中。
2.有丝分裂（mitosis） 又称间接分裂，是真核细胞最主要的增殖方式。因在细胞分裂过程中形成专门执行细胞分裂功能的临时性细胞器--有丝分裂器而得名。
3.减数分裂（meiosis） 又称成熟分裂，是有性生殖生物的生殖细胞（又称配子）在形成过程中发生的一种特殊的有丝分裂，其特点是遗传物质复制一次，而细胞连续分裂两次，形成单倍体的配子。
从亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束之间的间隔时期即为一个 细胞增殖周期（cell generation cycle） ，简称 细胞周期（cell cycle） 。细胞周期是生物繁殖的必要机制，在这一过程中，细胞数目增加一倍，细胞的遗传物质复制一次并均等地分配到两个子细胞中。根据光镜所观察到的细胞分裂时的活动，将细胞周期分为两个主要时期（图1—5）：分裂间期和分裂期（M）。
图1—5 细胞增殖周期示意图
细胞周期时间（cell cycle time，TC） 指从第一次细胞分裂结束到第二次细胞分裂结束所经历的时间。不同种类的细胞周期时间可以有很大差别，主要取决于G1期的长短。
细胞周期各时相均有各自的特点，为了便于对细胞周期活动的理解，仅对细胞周期中有关遗传物质的复制和细胞分裂活动进行叙述。
1.G1期 （DNA合成前期） 此期是指从上一次细胞分裂结束到S期之间的一段时间，该期所占时间最长，是细胞生长的关键时期。此期内细胞进行大量的生物合成，产生大量的RNA和蛋白质。
2.S期 （DNA合成期） 此期细胞主要进行DNA的复制、组蛋白和非组蛋白等染色质成分的合成及染色质的组装。DNA复制是细胞增殖的关键，中心粒复制开始于G1期末，一直延续到S期晚期，此时细胞中已含有两对中心粒。
3.G2期 （DNA合成后期） 此期细胞主要进行分裂前的物质准备，合成M期所需要的物质。
4.M期 （有丝分裂期） 此期是一个复杂的连续动态过程，细胞周期中M期占用的时间最短，但细胞的形态结构变化最大。此期细胞主要的生化特点是RNA合成停止、蛋白质合成减少以及染色体高度螺旋化。
（1）前期 前期的特征：染色质逐渐凝集形成染色体；纺锤体逐渐形成；核仁解体；核膜消失。
（2）中期 中期是从核膜消失到有丝分裂器完全形成的时期。中期特征：纺锤体和赤道板形成。该期染色体最大限度地被压缩，呈现出典型的中期染色体形态特征。
此期如果用药物，如秋水仙碱，可抑制微管的聚合，破坏纺锤体的形成，细胞分裂就被阻断在有丝分裂中期。因此，可获得大量中期细胞，进行细胞染色体组分析。
（3）后期 后期的主要特征：着丝粒分开，两条染色单体移向两极。
（4）末期 末期是从染色单体到达两极开始，至形成两个新细胞为止的一段时期。末期的主要特征：染色体解螺旋重新变成染色质，核仁、核膜重新形成。
细胞周期的精确调控对机体的生长、繁殖、发育都极为重要。
1.细胞内参与细胞周期调控的主要蛋白质
（1）细胞周期蛋白 是一类随细胞周期进程而呈周期性变化的蛋白质。
（2）细胞周期依赖性蛋白激酶 是一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，通过对丝氨酸/苏氨酸蛋白的化学作用驱动细胞周期，和周期蛋白协同作用，是细胞周期调控中的重要因子。
（3）细胞周期蛋白依赖激酶抑制因子 对细胞周期起负调控作用。
2.细胞外调控细胞增殖的因素 细胞增殖是通过细胞信号转导机制来实现的。生长因子是细胞外一大类参与调控细胞增殖的信号物质。目前发现的生长因子多达几十种，大多有促进细胞增殖的功能，如血小板衍生生长因子（PDGF）、表皮生长因子（EGF）；有些具有抑制细胞增殖的作用，如抑素、肿瘤坏死因子（TNF）；还有些具有双向调控作用，如转化生长因子β。
3.细胞周期检查点的调控 哺乳动物细胞周期有两个主要的调控点：一个是G1/S期检查点，是细胞周期的主要调控点；另一个是G2/M期检查点（图1—6）。
图1—6 细胞周期的调控
1.减数分裂过程 减数分裂过程中细胞连续分裂两次。减数分裂可分为四个阶段：减数分裂前间期、第一次减数分裂期、减数分裂间期和第二次减数分裂期（图1—7）。
（1）减数分裂前间期 是指间期细胞在进入减数分裂之前，要经过一个较长的间期。这一阶段分为G1期、S期和G2期。G2期是有丝分裂细胞向减数分裂转化的关键。
（2）第一次减数分裂期（减数分裂Ⅰ） 有两个主要特点：同源染色体彼此分离，分别进入两个子细胞，且同源染色体分开之前要发生交换和重组；同源染色体的分离是随机的，非同源染色体是自由组合的。结果是染色体组发生重新组合。
1）前期Ⅰ：变化最复杂，呈现许多减数分裂的特征性变化，如同源染色体配对、非姐妹染色单体互换等。可分为5个时期：细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。核膜破裂和消失，是前期Ⅰ结束的标志。
2）中期Ⅰ：主要特点是同源染色体排列在赤道面上。纺锤体进入核区，染色体以四分体的形式排列在细胞中央。
3）后期Ⅰ：同源染色体分别向两极移动，子细胞中的染色体数目减半。
4）末期Ⅰ：每一个极接受一套随机组合的染色体组。末期Ⅰ进行胞质分裂。
（3）减数分裂间期 是在减数分裂Ⅰ和减数分裂Ⅱ之间的短暂时期。此期不进行DNA合成，只进行动粒组装和中心粒复制。次级精母细胞和次级卵母细胞均为处于减数分裂间期的细胞。
（4）第二次减数分裂期（减数分裂Ⅱ） 第二次减数分裂分为前期Ⅱ、中期Ⅱ、后期Ⅱ和末期Ⅱ。其过程与有丝分裂过程基本相同，染色体排列在细胞中央，姐妹染色单体被拉向两极。末期Ⅱ染色体完全移到两极去凝集成染色质。核仁、核膜重新形成，细胞质分裂并形成两个子细胞。
图1—7 减数分裂过程示意图
经过上述减数分裂过程，一个母细胞分裂成4个子细胞，每个子细胞中只含有一套染色体，是单倍体。
2.减数分裂的生物学意义 减数分裂保证了有性生殖生物在世代交替中染色体数目的恒定；减数分裂通过同源染色体的交叉互换，使遗传物质得以重组和非同源染色体自由组合，增加了生物的多样性。
3.减数分裂与有丝分裂的比较 减数分裂与有丝分裂的共同点：分裂过程基本相同（动物有中心粒的复制、分离），染色体在分裂间期复制、分裂期实现平均分布。但二者之间也有许多差异（表1—4）。
表1—4 减数分裂与有丝分裂的比较
配子发生是有性生殖过程中精子和卵子的形成过程。其共同特点：都经过一系列有丝分裂后，在成熟期进行减数分裂。人类精子和卵子的形成过程都经历增殖期、生长期、成熟期，精子细胞还要经过变形期形成精子。一个初级精母细胞经过减数分裂，产生4个具有相同生理功能的精子；一个初级卵母细胞经过减数分裂，产生1个具有生理功能的卵细胞和3个功能不明的极体。
肿瘤细胞是体内一些正常细胞生长失去控制，并出现异常分化的细胞群。细胞增殖能力失去控制是肿瘤细胞增殖的一大特征。研究表明，肿瘤细胞的迅速增长并不是由于细胞周期时间变短，细胞分裂加快，大多数肿瘤细胞增殖周期时间与其相对应的正常细胞的周期时间相同。在肿瘤细胞群中，处于G0期的细胞很少，绝大多数处于增殖状态，而且细胞具有无限的增殖能力。与正常细胞增殖相比，肿瘤细胞还有以下不同。
1.永生性 也称不死性，指在体外培养中表现为细胞可无限传代而不凋亡的能力。体外培养的恶性肿瘤细胞失去接触抑制现象，能继续移动和增殖，导致细胞向三维空间扩展，使细胞发生堆积。肿瘤细胞还有自泌或内泌性产生促增殖因子的能力。
2.分裂方式 肿瘤细胞不仅增殖能力与正常细胞不同，在增殖方式上也有向低等方式转变的倾向。肿瘤细胞除了有丝分裂的方式外，普遍存在无丝分裂。
干细胞（stem cell） 是指具有无限或较长期的自我更新能力的细胞，能产生一种以上高度分化的子代细胞。目前，对干细胞的研究多集中在造血干细胞、神经干细胞和胚胎干细胞等方面。
受精卵具有分化为体内多种不同类型细胞的潜能，并能发育成一个完整的个体，细胞的这一潜能称为全能性，具有这种潜能的细胞称全能干细胞，可以直接克隆人体。不同组织中都有干细胞的存在，但随着年龄的增长，干细胞的数量逐渐减少，其分化潜能也会逐渐降低。在干细胞的发育过程中还有一种中间类型的细胞称为祖细胞，其具有有限的增殖和分化能力，但是没有自我更新能力，经过几轮细胞分裂周期后产生两个子代细胞（终末分化细胞）。
一般来说，干细胞的分类方法有两种：一是根据干细胞所处的发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞；二是根据干细胞分化潜能将干细胞分为全能干细胞、多能干细胞和单能干细胞。
1.胚胎干细胞 简称ES细胞，是指源自胚泡内细胞团的一类特定细胞群，具有多向性分化潜能。
2.成体干细胞 是一类成熟较慢、只能自我维持增殖且未分化的细胞。这种细胞存在于各种组织的特定位置上，一旦被需要可按发育途径先进行细胞分裂，然后通过分化产生出另外一群具有有限分裂能力的细胞群。
干细胞是生物个体发育和组织发生的基础，对于干细胞的生物学特性的了解有助于对发育现象的认识，并有利于进一步加深对人体的生理和病理状况发生机制的认识。
1.干细胞的形态学特征 各种哺乳动物的胚胎干细胞在形态上都具有一定的共同特征。干细胞通常呈圆形或椭圆形，体积小，核质比较大，细胞间结合紧密，细胞染色不明显。
2.干细胞的生化特征 干细胞的生化特性与其组织类型密切相关，还与其分化程度有关。通常来说，干细胞都具有比较高的端粒酶活性，不同的干细胞具有各自特异的生化标志。但是，不能仅根据细胞的形态和表面抗原来寻找干细胞。
3.干细胞的增殖方式 通过细胞动力学的研究，干细胞本身的分裂通常很缓慢，这种缓慢增殖有利于干细胞对特定的外界信号做出反应，以决定是进入增殖状态，还是特定的分化程度。
4.干细胞的多向分化潜能 具有多向分化能力是干细胞的本质特征。越来越多的研究证明，分离自成体的干细胞在适宜的条件下，表现出了更广泛的分化能力，甚至实现跨胚层的分化。