第三講細胞周期效應(yīng)與修復(fù)機制

1細胞周期效應(yīng)和劑量率效應(yīng)2第一篇細胞周期效應(yīng)

3一.細胞的增殖方式二.細胞的增殖周期三.細胞的放射敏感性四.細胞周期效應(yīng)在臨床中的應(yīng)用4細胞的增殖就是通過細胞分裂增加細胞數(shù)量。方式有以下三種：

無絲分裂（amitosis）有絲分裂（mitosis）減數(shù)分裂（meiosis）意義：生物體生長、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)。一.細胞的增殖方式51.無絲分裂（amitosis）因為分裂時沒有紡錘絲與染色體的變化，所以叫做無絲分裂，又因為這種分裂方式是細胞核和細胞質(zhì)的直接分裂，所以又叫做直接分裂。無絲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，即細胞核先延長，從核的中部向內(nèi)凹進，縊裂成為兩個細胞核；接著，整個細胞從中部縊裂成兩部分，形成兩個子細胞。67人體中常見的有肝細胞，腎小管上皮細胞和口腔上皮細胞等高度分化的細胞。無絲分裂不能保證母細胞的遺傳物質(zhì)平均地分配到兩個子細胞中去。82.有絲分裂（mitosis）

又稱間接分裂(indirectdivision)，是有紡錘體染色體出現(xiàn)，子染色體被平均分配到子細胞，這種分裂方式普遍見于動物和高等植物。是真核細胞分裂產(chǎn)生體細胞的過程。9中期染色體濃縮變粗，顯示出該物種所特有的數(shù)目和形態(tài)。因此有絲分裂中期適于做染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和數(shù)目的研究，適于核型分析。中期時間較短。103.減數(shù)分裂（meiosis）是指生殖細胞分裂時，染色體只復(fù)制一次，細胞連續(xù)分裂兩次，染色體數(shù)目減半的一種特殊分裂方式。11一.細胞的增殖方式二.細胞的增殖周期三.細胞的放射敏感性四.細胞周期效應(yīng)在臨床中的應(yīng)用12細胞周期(cellcycle)是指連續(xù)分裂的細胞從上一次有絲分裂結(jié)束到下一次有絲分裂完成所經(jīng)歷的整個過程，分為細胞間期與分裂期兩個階段。二.細胞的增殖周期（cellcycle）（G1—>S—>G2—>M）13細胞周期

分裂間期分裂期（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不同細胞種類的細胞周期15

從上圖中我們可以看到不同生物、不同組織，以及機體發(fā)育的不同階段，細胞周期時間差異較大；但仍表現(xiàn)有相似之處,如G1期最長，S期較長,M期最短；其中,細胞周期時間長短主要差別在G1期。161.G1期（DNA合成前期）

特點：（1）細胞生長的主要階段；（2）合成各種物質(zhì)，能對周圍的環(huán)境信號綜合、協(xié)調(diào)、做出反應(yīng)確定是否進入S期；（3）時間長度變異大：人體200多種細胞，周期時間不同，差別主要在G1。如：胚胎早期卵裂細胞幾乎測不到淋巴細胞數(shù)小時神經(jīng)元細胞終生停在G1期17

G1期決定了不同細胞細胞周期的長短，是因為G1期內(nèi)存在一個校正點或阻止點（簡稱R點）。R點要判斷：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？通過了此點，細胞就能以正常速度不受外界條件的影響而完成細胞周期的其他時期。因此，有人認為細胞的生長是在G1期R點上停止的。18由于R點的限制作用，G1期有三種不同增殖狀態(tài):①繼續(xù)增殖細胞:如造血干細胞、睪丸精原細胞、消化道黏膜細胞、胚胎早期細胞。始終保持旺盛的分裂活性，對外界環(huán)境信號敏感，分化程度低，周期時間穩(wěn)定。②暫不增殖細胞：如肝、腎、胰的實質(zhì)性細胞、結(jié)締組織中的成纖維細胞、血液中的淋巴細胞等都屬此類細胞。G1期合成具有特殊功能的RNA和19蛋白質(zhì)，使細胞結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生分化，一般情況下，不進行分裂，處于G0期，在適當條件下如組織受到損傷或淋巴細胞接受植物凝集素的刺激以后，可以恢復(fù)增殖狀態(tài)。③不再增殖細胞：如多形性白細胞、角質(zhì)細胞、神經(jīng)元細胞、骨骼肌細胞、成熟紅細胞等。結(jié)構(gòu)和功能高度分化，喪失增殖能力，這些細胞終身處于G0期，通過衰老→死亡。202、S期時期：DNA合成時期特點：為分裂做準備，DNA復(fù)制開始時，急劇形成DNA聚合酶及四種脫氧核苷酸后，DNA加倍。DNA復(fù)制是增殖的基礎(chǔ)，完成復(fù)制才能進入M期。DNA合成時期是遺傳物質(zhì)容易突變的時期。時間：10h左右213.G2期時期：DNA合成后期，分裂之前特點：繼續(xù)合成與分裂有關(guān)的蛋白質(zhì)，尤其是細胞骨架重新組裝蛋白質(zhì)，如組織蛋白的合成細胞就不進入分裂期。此期DNA已加倍，染色質(zhì)開始螺旋但程度輕。時間：較短，約2~3h224、M期時期：有絲分裂時期，也是細胞周期的最終階段。特點：形態(tài)、結(jié)構(gòu)變化最大，細胞增殖標志。時間：短，較恒定分期：前、中、后、末前期：膜仁消失現(xiàn)兩體中期：形定數(shù)晰赤道齊后期：點裂體增均兩極末期：兩消兩現(xiàn)重開始23

前期：染色質(zhì)凝集，核膜消失20~30min

中期：染色體排列在赤道板上20~30min

后期：姊妹染色單體分離5~7min

末期：細胞質(zhì)分裂，形成兩個子細胞20~30min

2425腫瘤細胞的周期特點腫瘤細胞有三個顯著的基本特征即：不死性，遷移性和失去接觸抑制。腫瘤細胞之所以有高的生長率是因為：1.參與增殖的后裔細胞數(shù)量多。2.G0期持續(xù)時間短（稱為G0i期），無細胞分化，終必進入G1期。腫瘤細胞周期失控，不受正常調(diào)控系統(tǒng)的控制，能持續(xù)分裂和增殖。26細胞周期檢驗點（checkpoint）

細胞周期中的每一期都是為下一期作準備，從而使子代細胞獲得相同的遺傳物質(zhì)。因此，細胞都要在進入下一期之前進行檢查，稱為檢驗點。它們的作用是細胞遇到環(huán)境壓力或DNA受到損傷時使細胞周期停止的“剎車”作用。假如檢驗點的功能失靈就可以導(dǎo)致癌的形成。以G1/S和G2/M最為重要。

27四個檢驗點（checkpoint）G1/S檢驗點:在酵母中稱start點，在哺乳動物中稱R點(restrictionpoint)，控制細胞由靜止狀態(tài)的G1進入DNA合成期，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細胞外環(huán)境是否適宜？細胞體積是否足夠大？S期檢驗點：DNA復(fù)制是否完成？28G2/M檢驗點：是決定細胞一分為二的控制點，相關(guān)的事件包括：DNA是否損傷？細胞體積是否足夠大？中-后期檢驗點:（紡錘體組裝檢驗點）：任何一個著絲點沒有正確連接到紡錘體上，都會引起細胞周期中斷。2930一.細胞的增殖方式二.細胞的增殖周期三.細胞的放射敏感性四.細胞周期效應(yīng)在臨床中的應(yīng)用31三.細胞的放射敏感性是指一切照射條件完全一致時，機體器官和組織對輻射反應(yīng)的強弱和速度快慢情況。若反應(yīng)強、速度快其放射敏感性就高；反之則低。主要與以下幾個因素有關(guān)：

1.細胞分化程度：分化越高，放射敏感性越低，反之，則放射敏感性越高；2.細胞增殖能力越強，放射敏感性越高；3.細胞周期的分布：以對細胞增殖性致死而言，細胞周期放射敏感性不同。32細胞周期時相和放射敏感性放射敏感性與細胞周期的關(guān)系可以用同步化細胞群來研究。同步化(synchronization)培養(yǎng)物中所有的細胞都處于細胞周期的相同階段，稱為細胞的同步化。細胞同步化分自然同步化和人工同步化。

?33自然同步化有絲分裂法細胞周期同步化選擇同步化密度梯度離心法人工同步化

DNA合成阻斷法誘導(dǎo)同步化分裂中期阻斷法了解同步化的方法:34一、自然同步化自然界中已經(jīng)存在一些細胞群處于細胞周期的同一時相細胞周期同步化。在動、植物及粘菌中都有所發(fā)現(xiàn)，如有一種黏菌的變形體plasmodia，某些受精卵早期卵裂它們不受人為條件的干擾，因而有可能在接近自然的條件下進行觀察。缺點：自然同步化受到很多條件的限制。351.有絲分裂選擇法方法：對數(shù)期的培養(yǎng)細胞，細胞分裂活躍，貼培養(yǎng)皿壁生長，且該期細胞變得圓隆與壁附著性低。可首先震蕩使細胞脫落，懸浮到培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液；然后離心，獲得分裂期細胞。重新培養(yǎng)可獲得不同時相的細胞。優(yōu)點：細胞未經(jīng)過任何藥物處理，能真實反應(yīng)細胞周期狀況，細胞同步化效率高。缺點:分離的細胞數(shù)量少。二、人工同步化362.密度梯度離心法方法：根據(jù)不同時期細胞在體積和重量上存在差別進行分離，得到處于不同時期的細胞。優(yōu)點：方法簡單省時，效率高，成本低缺點：對大多數(shù)種類細胞并不適用373.DNA合成阻斷法——G1/S-TdR雙阻斷發(fā)方法：在細胞處于對數(shù)生長期的培養(yǎng)基中加入過量TDR（胸腺嘧啶核酸）。S期細胞被抑制，其它細胞繼續(xù)運轉(zhuǎn)，最后停在G1/S交界處。優(yōu)點是同步化程度高，適用于任何培養(yǎng)體系?？蓪缀跛械募毎交Ｈ秉c是產(chǎn)生非均衡生長，個別細胞體積增大。384.分裂中期阻斷法方法：通過抑制微管聚合來抑制細胞分裂期的合成，將細胞阻斷在細胞分裂中期。優(yōu)點：操作簡單，效率高。缺點：這些藥物的毒性相對較大，如果處理時間過長，所得到的細胞常常不能恢復(fù)正常周期運轉(zhuǎn)。在實際工作中常常幾種方法并用，以獲得數(shù)量多、同步效率高的細胞。39※同步化細胞群的放射反應(yīng)在體外細胞研究中，細胞群經(jīng)同步化以后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)照射以后細胞周期中不同時相的細胞的放射敏感性有很大差異。M期細胞對射線最敏感，其次是G2期細胞、G1期細胞(G1后期要比早期敏感)、早S期細胞，晚S期細胞是最不感的。40一.細胞的增殖方式二.細胞的增殖周期三.細胞的放射敏感性四.細胞周期效應(yīng)在臨床中的應(yīng)用41四.細胞周期效應(yīng)在臨床中的應(yīng)用我們希望腫瘤組織經(jīng)處理后使其全處于放射敏感的時相，雖然實際上很難做到這一點，但在臨床上使用分次放射方法可使各階段細胞盡可能靠近。42分次放射治療的理論基礎(chǔ)也就是主要的生物學(xué)因素：

修復(fù)（Repair）再氧合（

Reoxygenation）再分布（Redistribution）再群體化（Repopulation）4"R"431.修復(fù)(Repair)

受到致死損傷的細胞將發(fā)生死亡，而射線引起的所謂亞致死損傷及潛在致死損傷的細胞，在給予足夠時間、能量及營養(yǎng)的情況下，可以得到修復(fù)生存下來。442.再氧合（Reoxygenation）

也稱為乏氧細胞的再氧化富氧細胞對放療比較敏感，較易被放射線殺死，乏氧細胞對放療耐受性較強，不易被殺滅。腫瘤組織常有供血不足及乏氧細胞比率高的問題，部分癌細胞可逃避放射損傷，這是放療后腫瘤再生長及復(fù)發(fā)的常見原因之一。放療中，富氧細胞被殺滅，原來乏氧的細胞可能獲得再氧合的機會，從而對放療的敏感性增加。453.再分布(Redistribution)

癌細胞群的細胞常處于不同的細胞增殖周期中，對射線敏感也不一致。最敏感的是M期細胞，G2期細胞對射線的敏感性接近M期，S期細胞對射線敏感性最差。對于G1期的細胞來講，G1早期對射線的敏感性差，但G1晚期則較敏感。對放療敏感的細胞被清除，引起癌細胞群中細胞周期再分布，使不敏感細胞轉(zhuǎn)化為較敏感細胞。

464.再群體化（Repopulation）

也稱再增殖，放療后細胞分裂將加快，腫瘤組織生長也比較快?？紤]細胞有再增生作用，放療需要延長療程，增加總照射量，才能達到更滿意的治療效果。（例：病人需多次放療）47分次放射與細胞周期48分次放療對于細胞周期不同時