生命科学Chinese Bulletin of Life Sciences第17卷 第4期2005年8月Vol. 17, No. 4Aug., 2005细胞周期调控的研究进展高　燕，林莉萍，丁　健*（中国科学院上海生命科学研究院药物研究所，国家新药研究重点实验室，中国科学院研究生院，上海201203）摘　要：细胞周期是一种非常复杂和精细的调节过程，有大量调节蛋白参与其中。

此过程的核心是细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)。

CDKs 的激活又依赖于另一类呈细胞周期特异性或时相性表达的细胞周期蛋白(cyclins)，而CDKs 调节的关键步骤是细胞周期检查点。

PLKs 是多种细胞周期检查点的主要调节因子，Aurora 蛋白激酶主要在细胞有丝分裂期起作用。

本文就上述因素在细胞周期进程中的作用作一综述。

关键词：细胞周期；调控；细胞周期检查点中图分类号：Q 253 文献标识码：AA review: cell cycle regulationGAO Yan, LIN Li-Ping, DING Jian*(State Key Laboratory of Drug Research, Shanghai Institute of Materia Medica, Shanghai Instituesfor Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Graduate School of the ChineseAcademy of Sciences, Shanghai 201203, China)Abstract: The cell cycle is a complex and elaborate process involving numerous regulatory proteins as directors.Central to this process are the cyclin-dependent kinases (CDKs), which are activated in a cyclin-dependent manner at special points of the cell cycle. Cyclin protein levels rise and fall during the cell cycle and in the way they periodically activate CDKs. Furthermore, the cell cycle checkpoint is also discussed as a key process in the regulation of CDKs. PLKs are important mediators for various cell cycle checkpoints, while Aurora kinases have emerged as essential regulators of cell division. Here, we reviewed the effects of above factors on cell cycle regulation.Key words: cell cycle; regulation; cell cycle checkpoint收稿日期：2005-01-22；修回日期：2005-03-09作者简介：高　燕(1974—)，女，博士研究生；林莉萍(1962—)，女，博士，副研究员；丁　健(1953—)，男，研究员，博士生导师，*通讯作者。

文章编号 ：1004-0374(2005)04-0318-051　概述细胞周期是指一次有丝分裂结束到下一次有丝分裂的结束, 细胞由一个分裂为两个子细胞。

细胞的分裂由两个连续的过程组成，即DNA 复制及染色体的分离。

一个细胞周期包括准备阶段的间期和有丝分裂期(图1)。

间期包括G 1、S 和G 2期。

G 1期时，细胞为遗传物质DNA 的合成作准备，而DNA的合成是在S 期完成。

G 2期主要完成蛋白质的合成，为细胞进入有丝分裂期作准备。

有丝分裂期(M 期)又分为前期、中期、后期和末期，以完成染色体的凝集，中心粒移至细胞核对立的两极，核仁解体，核膜消失(前期)；纺锤体形成和染色体排列于其间(中期)；姐妹染色单体分开并移向两极(后期)；子核形成和胞质分裂(末期)。

另外，G 1期的319第4期高　燕，等：细胞周期调控的研究进展细胞也可能处于一种静息状态，细胞不生长，也不分化，称之为G期。

2　细胞周期蛋白激酶和周期素的作用细胞周期调控的关键因素是细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases，CDKs), 属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族，可在特定的细胞周期被激活，之后磷酸化相应的底物，从而引起后续事件的发生。

此外，CDKs功能的实现还依赖于另一类蛋白质——细胞周期蛋白，又称为周期素，此类蛋白在不同的细胞周期表达量不同，因而可以时相性地激活CDKs，而CDKs的时相性激活是细胞周期调控的核心。

与周期素不同的是，CDKs的蛋白总量在整个细胞周期进程中几乎稳定不变。

除了CDKs以外，PLKs (polo-like kinases，PLKs)和Aurora激酶对细胞周期的调节成为新近研究的热点。

2.1　细胞周期依赖性蛋白激酶(CDKs)的活化目前公认的CDKs有9种，其中只有5种在细胞周期中是有活性的(图1，表1)。

CDK7与cyclinH结合形成的活性复合物称之为CDK活化激酶(CDK activating kinase，CAK)。

CAK能够使细胞周期调控中的所有主要的CDK-cyclin底物磷酸化而被激活，这种CAK引起的某一种CDK-cyclin底物的磷酸化，与周期素的时相起伏相平行。

不同细胞周期的细胞表达的周期素不同。

在G1期，细胞表达三种周期素D(D1、D2和D3)，周期素D与CDK4/6的结合，激活CDK4/6，是细胞从G期进入G1期所必需的。

但与其他周期素不同的是，周期素D并不周期性表达，而只要生长因子持续刺激细胞就可以合成。

周期素E也表达于G1期，它与CDK2结合，使细胞完成G1/S期的转换[1]。

S期的向前推进则需要周期素A与CDK2形成的激酶复合物。

在G2晚期和M早期，周期素A与CDK1结合后启动细胞向M期推进。

但在G2期内主要是周期素B的表达，周期素B与CDK1形成复合物呈现功能，并直接与细胞成熟进行有丝分裂相关，故又将该复合体称为成熟促进因子(maturation promoting factor，MRF)。

以上所述的是人类细胞主要的细胞周期素，虽然目前发现的周期素有16种，但并不都与细胞周期有关。

此外，人类细胞周期素A和B 各含有一个毁坏盒(destruction box)，周期素D和E 含有一个PEST序列(该序列富含脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸和苏氨酸)，前者为细胞在有丝分裂时通过时相激活的泛素蛋白途径(the ubiquitin pathway)降解细胞周期蛋白所必需；后者可能在不同周期时相中不断迅速转化细胞周期蛋白中起作用，细胞周期蛋白与它们相应的CDK结合，控制着细胞周期进程或细胞周期检查点(checkpoint)。

CDKs除了与上述细胞周期素的结合被活化外，其活性也可通过自身保守的苏氨酸和酪氨酸残基的磷酸化而被调节。

CAK可以磷酸化CDK1的Thr-161位点，使其活化(CDK4为172位点，CDK2为160图1　细胞周期不同时相以及在相应时相发挥作用的周期依赖性激酶复合物表1　cyclin-CDK 复合物在特定的细胞周期时相被激活细胞周期依赖性激酶(CDKs)周期蛋白(cyclin)激酶复合物的活性CDK4cyclin D1, D2, D3G1期CDK6cyclin D1, D2, D3G1期CDK2cyclin E G1/S 转换CDK2cyclin A S 期CDK1(CDC2)cyclin A G2/M 转换CDK1(CDC2)cyclin B分裂期CDK7cyclin H CAK, 细胞周期所有时相320生命科学第17卷位点)，其原理是磷酸化修饰改变了CDKs的分子构象，促进CDKs与周期素结合。

但是，Wee1和Myt 1 激酶将CDK1的Tyr-15和/或Thr-14位点磷酸化后，抑制了CDK1的活性。

Cdc25却可将上述抑制性位点脱磷酸化，对CDK1的激活非常必要，所以促进了细胞周期的进程。

2.2　细胞周期蛋白激酶(CDKs)活性的抑制CDKs的活性可以被细胞周期抑制蛋白(cell cycle inhibitory protein，CKI)所抑制。

CKI可与CDK单独结合，也可与CDK-cyclin复合物结合而发挥作用。

现已发现两种CKI家族：INK4家族和Cip/Kip 家族(表2)。

INK4家族包括p15(INK4b)、p16 (INK4a)、p18(INK4c)和p19(INK4d)，它们均可特异性抑制CDK4/6，其原理是：上述CKI在CDK与周期素结合前与CDK结合形成稳定的复合物，阻止其与周期素D的结合。

Cip/Kip家族包括p21(Waf1/ Cip1)、p27(Cip2)和p57(Kip2)，可以广泛地作用于CDK-cyclin复合物并抑制它们的活性，特别是G1期的CDK4/6-cyclinD复合物。

CKI受胞内外的信号分子调节，比如，p21通过结合抑制增殖细胞核抗原(PCNA)而抑制DNA的合成，且p21是抑癌基因p53的下游信号分子，因为p21基因的启动子含有p53结合域，所以p53可以转录激活p21基因。

而p15和p27的表达和激活可被转化生长因子TGF-β增强，通过多种途径抑制细胞周期进程。

2.3　CDK-cyclin复合物的底物CDK被激活后，通过磷酸化靶蛋白，从而引起细胞周期的改变。

最受关注的是CDK4/6-cyclinD 复合物的底物视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein，pRb)。

G1期早期，pRb被磷酸化，继而引起其与组蛋白脱乙酰基蛋白(HDAC)形成的复合物被破坏，其中的转录因子E2F和DP-1被释放出来，正反馈调节某些基因的转录，这些基因的蛋白产物，如周期素A、周期素E和Cdc25等，都是细胞在S期进程所必需的[2]。

此外，CDK2-cyclinE复合物参与pRb高磷酸化状态的维持。

在G1/S转换点，CDK2-cyclinE复合物还磷酸化p27蛋白，诱导其降解。

核蛋白NPAT同时也可被CDK2-cyclinE磷酸化激活，NPAT蛋白峰值一般出现在G1/S转换点，推测其可能在细胞进入S期的过程中发挥主要作用[3]。