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1、1中心体异常与恶性肿瘤发生相关性研究的回顾与展望关键词 中心体中心粒恶性肿瘤【 摘要】中心体是细胞中的一个较小的细胞器。作为主要的微管组织中心（MTOC） ，在间期细胞及有丝分裂期的细胞中起着重要的作用。当中心体功能障碍时，可能引起染色体的分裂异常，并导致恶性肿瘤的发生。本文简要介绍了中心体的结构、功能，纺锤体装配检测点的调节机制，中心体复制及触发，中心体复制与细胞2周期的关系，中心体蛋白，中心体异常以及可能的原因，并对其未来的研究和在临床上的应用进行了展望。一个世纪以来，中心体这一微小的细胞器对生物学家来说一直是一个迷。中心体虽然很小且不引人注目，但是它却在细胞中起着重要的作用。其中一个重要
2、的功能是构成有丝分裂纺锤体。纺锤体微管和动力微管在细胞分裂时牵引染色体到细胞两极，使每一子代细胞都具有完整的染色体。如果没有中心体，细胞将不可能进行3正常分裂。越来越多的研究结果表明，当中心体功能障碍时，有可能引起癌症，至少部分癌症是因为中心体功能障碍导致染色体异常而引起。现将这方面的研究与展望综述如下。1 中心体概述1.1 中心体的基本结构、功能在超微结构水平，典型的真核细胞中心体由一对中心粒组成。中心粒周围为云状电子致密物，称为中心粒周围物质（PericentriolesMaterial，PCM） ，中心粒周围物质围绕 2 个中心粒1 。中心粒由 94组三联体微管组成，形成一桶状结构。中心
3、粒的直径为0.160.23m，长度变动于 0.160.56m 之间，成对相互垂直排列。微管长度约为0.4m2 ，由微管蛋白组成，包括 / 微管蛋白、中心体蛋白centrin3 和 tektin 丝状体以及与它们相连的结构蛋白4 。中心粒周围物质组成纤维状网络结构，这种纤维状网络结构被称为中心体矩阵5 ，中心体矩阵连接各种蛋白，包括聚集微管的 微管蛋白复合物。中心粒周围物质围绕着中心粒组成中心体微管组织中心（MicrotubuleOrganizingCenter，MTOC） 。中心粒不直接参与细胞质5微管的形成。在哺乳动物细胞，中心体是主要的微管组织中心。中心体在间期细胞中调节微管的数量、稳定性
4、、极性和空间分布。在有丝分裂中，中心体建立两极纺锤体，确保细胞分裂过程的对称性和双极性，而这一功能对染色体的精确分离是必需的。在维持整个细胞的极性、为细胞器的定向运输提供建筑框、参与细胞的成型和运动上，中心体和微管都起着主要作用6 。1.2 中心体蛋白中心体蛋白可分为三类:第一类是中心体长驻蛋白，如 /6/ 微管蛋白，中心体蛋白 centrin，中心粒周围蛋白（pericentrin）等;第二类是中心体乘客蛋白，既只在 M 期才定位中心体，如POPA，NuMa 等; 第三类是是中心体调蛋白，如 CDK2，CyclinB1 ，CyclinA，等。本文简要介绍几种中心体蛋白。中心体蛋白 centr
5、in 是分子量为 20kD 的一个钙结合蛋白家族，主要定位于中心体及其同源结构中，目前已从多种生物克隆到其同源基因。一些研究发现，centrin 蛋白在中心体的复制和分离中发挥重要作用，并与微管切除反应有关。在哺乳7动物细胞中，centrin 的定位具有细胞周期依赖性的特点，推测centrin 蛋白参与了有丝分裂过程7 。目前已鉴别出 4 种 centrin 蛋白（centrin1p，2p，3p，4p） 。 centrin2p 和 centrin3p 普遍表达于哺乳动物细胞中，两种蛋白位于中心粒的远端或原中心粒的芽苞上。研究表明在 Hela 细胞中，如果centrin2p 的表达被干扰 RNA
6、 灭活，中心粒的复制将被抑制并导致细胞周期连续性的缺损，这表明 centrin 蛋白在中心体复制中起关键性的作用。Centrin4p 是新鉴别出的centrin 蛋白，它拥有两个剪接变异体，在中心粒上识别部位与 centrin2p 和 centrin3p不同，其功能是装配8基体。但目前对 centrin 蛋白在哺乳动物细胞中的详细功能仍不十分清楚8。中心粒周围蛋白（pericentrin）是中心粒周围物质的组成成分，它参与组织中心体的结构。 和 微管蛋白组成的异二聚体是构成微管的基本单位，若干异二聚体首尾相连形成原纤维，微管由 13 根原纤维排列而成，在细胞中微管装配成三联体后再形成中心粒。而
7、 微管蛋白则在近几年才被发现。 微管蛋白最初发现于一种真菌中，后来在其它真核生物中也检测到这种蛋白的存在并研究了其相应的基因。现有资9料表明， 微管蛋白具有某些 和 微管蛋白的基本特点，例如它出现在所有的真核生物中，是一种非常保守的蛋白质，而且可能也由多基因编码，从而构成自己的蛋白家族。许多研究结果表明， 微管蛋白是微管组织中心的组成成分，连接微管和中心体。尽管它在细胞中含量很少，但对微管的装配、微管的取向等起着很重要的调节作用。因而可以说， 微管蛋白直接参于一切与微管有关的细胞活动，如细胞的分裂、细胞形态的维持、细胞的运动等等，是细胞内的一个重要的蛋白质。1.3 中心体复制和中心体复制的触发
8、中心体为半保留复制。在每个细胞周10期中，中心体复制一次。在有丝分裂末期，每个子代细胞继承一个中心体，而在下次有丝分裂开始之前，它又包含有 2 个中心体。在分裂间期，中心体精确的复制周期为有丝分裂做前期准备，这一过程被称之为中心体复制。在高等动物细胞中，中心体复制由 4 个阶段组成: （1 ）中心粒分裂;（2）中心粒复制;（3）中心体分裂;（4）子代中心体分离9 。中心粒分裂出现在 G1 晚期10 ，是中心体复制开始的征兆。中心粒复制始于 S 早期，或者始于 S 期二个相互垂直的中心粒轻微分裂之时。原中心粒在 S 期11和 G2 期延长，在有丝分裂期生长成熟。随着中心体在 G2 期分裂，中心体
9、复制完成，半保留复制的中心粒进入子代中心体。子代中心体的分裂与Nek2 的活性有关，Nek2 是细胞循环调节激酶，有助于细胞进入有丝分裂11 。中心体分裂与 G2 期/分裂前期 EF-hand 蛋白（EF-handproteincentrin）磷酸化有关12 。子代中心体通过主要由微管组成的马达（microtubule-basedmotorprotein）蛋白的活动而分离13 。在 G1-S 期限制点，cyclinE-CDK2（细胞周期依赖激酶2，cyclin-depend12entkinase2）被核酸磷酸酶磷酸化，为中心体复制签发了通行证。CDK2 复合物包括 Rb 肿瘤抑制基因，Rb 肿
10、瘤抑制基因编码 Rb 蛋白，Rb 蛋白磷酸化后，即失去抑制 E2F 的作用， E2F 游离出来，这些转录因子进入细胞核并激活 S 期中与中心体复制和 DNA 复制有关的基因。中心体复制由 CaMK（钙调蛋白依赖激酶，calmodulin-dependentkinaseII）触发，细胞内自由钙离子浓度增加使CaMK激活，CaMK激活触发中心体复制的开始。在 S 期中心体复制依靠 cyclinACDK2复合物。中心体周期与细胞周期的协调由 Mps1p 在多水平控制，而 Mps1p 由CDK2 控制14 。131.4 细胞周期和中心体复制的关系 G0 期:G0 期不支持中心体复制。只要细胞处于细胞周
11、期的静止期，中心体就不会复制8 。G1 期 :无论中心体复制是否始于 G1 期，当细胞通过限制点后，细胞已经开始着手准备分裂。大量研究结果表明，中心体复制始于 G1 晚期或 S 早期，尽管在此之前已经观察到原中心粒的形成15 。反之当细胞周期在G1 期被含羞草碱抑制后，虽然可以观察到 微管蛋白的免疫反应点，但中心体并不会进行复制。虽然原中心粒形成与 S 期的起始有一些相关性，但这并不是普14遍现象。如 L929 细胞培养中，在 DNA 合成开始前 4h 已经形成原中心粒。总之，大量研究表明 G1 期是中心体复制的起始，如子代中心粒的装配，复制中心体的分裂/分离。但是为什么一些细胞中心粒的复制始
12、于 G1 期，而另一些细胞中心粒的复制始于 S 期，其原因仍不清楚，可能与 CDK2-E 激酶的活性升高有关。S 期:中心体复制周期完成于 S 期，包括母代子代中心粒的分裂、复制和中心体的分裂/ 分离。在正常条件下，并不会因为中心体复制而导致S 期延长。但是有文献报道在受精卵和中国仓鼠体细胞中中心体复制时 S 期延长，15其原因并不清楚。G2 期 :在 G2 期子代中心体分裂和分离。在 G2 期中心体也不会连续复制。M 期:中心体在 M 期不复制。1.5 纺锤体装配检测点（spindleassemblycheckpoint）的调控机制纺锤体由星体微管，极间微管，动粒微管纵向排列组成。有丝分裂前
13、期，每对中心粒周围出现放射状星体微管，由此构成两个星体，并排于核膜附近。中心粒之间形成极间微管。星体微管，极间微管通过向其远离中心粒的一端（A 端）加入微管蛋白二16聚体而不断延长，从而推动中心粒移向细胞两极。到前期末，随着核膜的崩裂，由纺锤体一极发出的一些微管可进入胞核，其 A 端附着于染色体的动粒上即成为动粒微管。纺锤体装配检测点的成分包括Mad1，Mad2，Mad3（mitoticarrestdeficient） ，Bub1/BubR1andBub3（buddinguninhibitedbybenzimidazole） 。检测点蛋白 Mad2 对附着敏感，而 Bub1/BubR1 对张力
14、敏感。在有丝分裂期，纺锤体装配检测点的功能在于确保染色体复制的忠实性。最新的研究表17明，纺锤体装配检测点是通过微管的着丝粒附着点从相对的纺锤体两极附着在染色体上并且对着丝粒施加张力这两者的共同作用来调节染色体复制的忠实性。只有当所有的微管着丝粒附着在染色体上，在赤道面成直线排列，并对配对的着丝粒施加适当的张力时，细胞分裂后期才有可能被触发。此时 Mad2 失活，BubR1 停止与Cdc20-APC 作用，而当 BubR1 停止与 Cdc20-APC 作用后，Cdc20-APC 被激活，激活的Cdc20-APC 导致 securin 降解，降解后的 securin 引起 separin 释放，
15、游离 separin 触发染色体的分离和细胞分裂后期开始16 （这一部分是原文的信号通道， securin 和separin 两词无法18翻译） 。2 中心体异常导致癌症的假说和恶性肿瘤细胞中中心体结构的异常2.1 中心体异常导致癌症的假说在癌细胞中，染色体组型的改变非常普遍，包括整个染色体的丢失和获得、染色体倍性的改变，以及大量的染色体异常。如果细胞未能协调好中心体复制和 DNA 复制的关系，将不可避免地导致染色体倍性的改变，形成单极和多极纺锤体，而单极和多极纺锤体将驱使染色体异常分裂。一些19遗传性染色体不稳定综合征如 Bloom 综合征、Fanconi 贫血等疾病的患者就容易患肿瘤 17
16、 。在 20 世纪初期，Boveri 就提出恶性肿瘤细胞极性的改变和染色体分裂异常（非整倍体）可能是由于中心体功能缺陷引起的。但是这个观点一直未引起研究者的重视。Kenji 和 Fukasawa 等通过研究发现如果缺乏p53 肿瘤抑制基因，细胞将具有多倍体中心体而不是正常的一个或二个。如今人们已经认识到中心体复制功能障碍可能是引起染色体分裂异常的重要原因并且最终导致癌症的形成。现在已经有越来越多的研究结果证实了这一观点。202.2 恶性肿瘤细胞中中心体结构的异常 Lingle 首先在乳腺癌中发现了中心体的异常结构、中心体蛋白的异常磷酸化和中心体微管组织能力的改变。Lingle 对此又进行了进一步的研究，在 31 例人乳腺癌中，与正
