癌症是世界范围内严重危害人民健康的重大疾病之一，也是我国公共卫生事业中最突出的问题之一。目前我国癌症发病率和死亡率增长的形势严峻，在较大程度上影响到我国社会和经济的发展。目前人类对肿瘤的认识水平和常规诊疗手段尚不能有效地治疗恶性肿瘤。因此，阐明恶性肿瘤发生发展的关键机制，建立肿瘤预测、预警、早诊的方法和技术，以及特异的靶向治疗和个体化治疗措施，对于临床上有效治疗肿瘤、降低恶性肿瘤患者的死亡率、提高患者生存率和生活质量具有重要意义。

了解细胞周期调控的意义

众所周知，恶性肿瘤最基本的特征是肿瘤细胞失控性增殖，而细胞失控性增殖的生物学基础是细胞周期调控紊乱。细胞周期调控是一个精细的生物学过程，需要多个基因和蛋白的参与，并涉及复杂的信息网络系统。因此，了解细胞周期可以：从基础理论和实验方法上了解肿瘤发生和发展的本质，阐释癌症发病机理；为癌症的早期诊断提供分子标志；能为设计特异性抑制肿瘤细胞生长的药物和发展个体化的临床治疗方案提供理论基础；为选择特异性药物靶点，优化治疗措施提供科学基础。

细胞周期调控内在机制

真核细胞的增殖分裂，是一个精确复杂的调控过程。细胞内存在的精密调节机制可以确保分裂后的子代细胞获得与亲代完全一致的遗传信息。细胞增殖过程由细胞周期执行，细胞周期的每个循环，需要S期的DNA精确复制和有丝分裂期的染色体正确分离。

细胞周期的有序进程，在细胞内在机制的保障下得以顺利完成。这些内在机制保证了细胞内众多复杂事件一环紧扣一环的有序进行，并确保后一个事件在前一个事件准确无误的完成之后才得以启动。细胞周期进程由多种不同的细胞周期素（cy⁃clins）和周期素依赖性激酶（Cyclins Depen⁃dent Kinase，CDK）所形成的复合物驱动。　　CDK/cyclins复合物的激酶活性在多个层次上受到调节，这种多层次的调节机制，精确地调控细胞周期的每一个时相。

细胞周期调控有两大机制：一是细胞周期驱动机制；二是细胞周期监控机制。驱动机制负责细胞的生长和增殖，主要由周期素、周期素依赖性激酶和各种癌蛋白组成。

监控机制负责在细胞遭受损伤或接受生长阻滞信号时，使细胞周期停滞从而提供足够时间进行修复，并启动细胞的修复机制，以确保DNA复制和有丝分裂保质保量地完成。细胞周期监控机制主要由抑制性蛋白分子（CDKI）和抑癌基因组成。驱动机制和监控机制的功能均由信号网络传递系统实现。每一个时相点上的监控机制被称为细胞周期检测点，其主要功能就是确保细胞周期的每一个步骤准确无误地完成后再进入下一个时相。

每个细胞周期检测点一般由监测系统、信号传递系统、停滞机制、修复机制和凋亡机制等组成。细胞一旦发生DNA 损伤、复制错误或其他类型的失误，监测系统　　的蛋白分子很快将损伤、错误或失误转化成信号，由信号传导通路传递给生长停滞机制，使细胞进程停顿，进而启动修复机制。如果损伤得到完全修复，细胞周期可进入下一个时相，但若损伤修复失败，将启动细胞凋亡机制，避免损伤错误带入子代细胞，从而维持了细胞基因组的稳定性，因此，细胞周期检测点是维护基因组完整性的重要机制。

细胞周期调控与肿瘤

细胞周期与肿瘤发生

细胞周期调控机制与肿瘤发生密切相关，许多抑癌基因如p53、Brca1、Rb、p16、p15 以及p53、BRCA1 的下游调控基因如p21、Gadd45是细胞周期检测点的重要组成部分。然而，在肿瘤发生过程中，这些抑癌基因多有基因改变而失活，造成细胞周期检测点功能缺陷。

检测点的功能缺陷将导致各种错误被带入细胞周期，例如DNA复制错误和染色体分离紊乱等，并造成基因组的不稳定性。基因组的不稳定性通常表现为基因突变、基因缺失，基因重排和易位，以及中心体扩增和染色体畸形。而且基因组不稳定性将导致基因组紊乱程度进一步恶化。其结果是细胞周期制动机制（监控机制）失活并伴随细胞周期驱动机制强化，从而产生细胞失控性增殖，导致肿瘤的发生。所以，肿瘤发生的根本原因是细胞周期调控机制的破坏。
 

上图Gadd45和p53 在细胞周期调控中起着重要作用

细胞周期与肿瘤治疗

不过，肿瘤细胞的细胞周期检测点缺陷有可能也是肿瘤放射治疗和药物治疗的希望所在。细胞周期检测点缺陷的肿瘤细胞对电离辐射和某些抗癌药物十分敏感。其机制是检测点缺陷的肿瘤细胞在放射线和化疗药物引起DNA损伤后，不能正常行使检测点功能，细胞周期不能停滞，修复机制不被启动，而细胞周期强行通过时启动了细胞凋亡机制，从而更容易使细胞发生死亡。

目前已经发现有许多可消除G2 细胞周期检测点功能的药物，如咖啡碱，pentoxi⁃fylline和UCN－01等，其能增加放射线的治疗作用。

因此，细胞周期检测点缺陷既是肿瘤发生的根本原因，又是研制特异性肿瘤治疗的靶点。所以说，探讨细胞周期调控机制，解析调控机制中的生物学过程，阐明细胞周期相关基因的功能和调控机制，可以为临床肿瘤治疗药物和特异的治疗方案提供理论基础，达到有效治疗恶性肿瘤的目的。

癌相关基因与细胞周期调控

肿瘤抑癌基因p53和BRCA1在细胞增殖、分化以及凋亡等多种生命活动中发挥重要作用。p53和BRCA1基因的突变与人类多种肿瘤的发生、恶性侵袭和转移密切相关。临床上已经把p53和BRCA1的异常作为诊断肿瘤和判断肿瘤恶性表型的重要标志物。已经发现，p53 和BRCA1 的最重要生物学功能之一是参与细胞周期调控，而细胞周期调控机制的紊乱会造成基因组的不稳定性，从而导致肿瘤细胞形成和恶性增殖。我们近年的工作证明，p53 和BRCA1蛋白是转录激活因子，调节许多基因表达，通过下游基因，参与细胞周期的调控。

Gadd45 在调控细胞周期中的作用在众多BRCA1 和p53 的下游基因中，Gadd45是少数几个既分别受BRCA1和p53调控，又十分重要的靶基因之一。因此，Gadd45是这两个重要抑癌基因的功能实施者。我们着重研究了p53-Gadd45 通路和BRCA1-Gadd45 通路在调控细胞周期G2-M检测点和中心体（centrosome）复制中的分子机制，以揭示细胞增殖失调与肿瘤恶性生长的内在联系。

机制1 Gadd45是在细胞DNA受到损伤或细胞接受生长阻滞信号时可以被诱导的一种基因，也是我们在世界上首次报道的P53蛋白调控的靶基因。我们近期的工作发现，Gadd45 蛋白在细胞周期G2-M 检测点调控中发挥重大作用，并且Gadd45诱导的G2-M 检测点依赖细胞内正常p53 蛋白的功能。近一步的研究表明，Gadd45与Cdc2激酶有蛋白间的相互作用，这种相互作用造成Cdc2/cyclin B1复合物解离并改变Cyclin B1 细胞周期素的亚细胞定位，从而抑制Cdc2 激酶的活性，形成细胞周期G2-M生长阻滞(即G2-M检测点)。

机制2 更值得感兴趣的是，Gadd45受p53诱导而高表达后，会对p53产生正反馈信号，使p53蛋白稳定性增加。我们的研究证明，p53 蛋白得到Gadd45 稳定的分子生化机理是通过ERK激酶的活性来完成的。

机制3 另外，我们对Gadd45蛋白的核内转运过程及其相关的机制也进行了探讨：由于Gadd45 是一种没有核定位信号（Nuclear Localization Signal）的核蛋白，可能是通过一种特殊的核转运机制被其他载体蛋白带入核内。目前的研究显示，这种载体蛋白（分子伴侣蛋白）可能是核仁磷酸蛋白B23/NPM。

Gadd45 蛋白与中心体的关系

已经有研究发现，BRCA1和Gadd45基因被敲除后，小鼠细胞具有与p53敲除后相同的基因组不稳定性特征，如异倍体、多倍体、染色体畸形、基因扩增，在生长控制、有丝分裂和胞质分裂方面有明显的异常表现，因此敲除Gadd45基因的细胞会自发形成肿瘤。

由于中心体的异常是引起染色体畸变的主要原因，我们研究了Gadd45蛋白在维持中心体稳定性的分子生物学机制，发现Gadd45基因敲除后的小鼠胚胎纤维母细胞表现出中心体的过度扩增。通过荧光免疫的测定，我们还发现BRCA1和Gadd45蛋白可以被定位在中心体上，提示Gadd45参与维持中心体的稳定。更重要的是，将Gadd45 表达载体放入Gadd45 基因敲除的小鼠胚胎纤维母细胞可以有效地抑制中心体的过度扩增。

另外我们还发现，Gadd45和中心体复制相关的激酶Aurora－A有直接的相互作用。由于Aurora－A激酶的过度激活可以导致中心体扩增和染色体畸形，我们推断并证明Gadd45在维持中心体稳定性的生物学功能是通过抑制Aurora-A激酶的活性来体现的。

BRCA1 与Gadd45

我们在BRCA1 调控Gadd45 基因的分子生物学机理方面也进行了细致的分析，证明BRCA1 对Gadd45 的调控是发生在基因转录水平。BRCA1 调控Gadd45 基因的活性位点是在Gadd45的启动子上。然而，p53对Gadd45基因的调控是通过直接结合Gadd45 第三个内含子来进行的。由于BRCA1目前还不能被证实是一个能够结合特异DNA位点的转录因子，我们的工作表明，BRCA1对Gadd45基因的调控是通过跟两个能与Gadd45启动子直接结合的转录因子Oct-1和NF-YA相互作用而体现的。这项研究工作极大地拓宽了BRCA1在基因转录调控中的生物学功能。

N1p 蛋白与肿瘤

我们最近发现了一个与BRCA1有直接相互作用且共定位于中心体的新蛋白Nlp（Ninein like protein）。Nlp在中心体的定位以及蛋白质的稳定性似乎依赖BRCA1的正常功能，突变的BRCA1 或沉默内源性BRCA1均会破坏其在中心体的共定位关系以及Nlp 的降解。抑制内源的Nlp 会导致异常纺锤体的形成、染色体分离失败、胞质分裂失败以及染色体的非整倍性。

人乳腺癌和肺癌中有Nlp过表达，而且Nlp基因的扩增也构成了其失调的重要原因。Nlp表现出很强的癌基因特性，可以转化NIH3T3 成纤维细胞。更有重要意义的是，Nlp 转基因小鼠的表型与缺失BRCA1正常功能的表型相似，包括中心体扩增和自发肿瘤。

可见，Nlp可能协同BRCA1，在有丝分裂过程中发挥作用，而且Nlp的异常可以导致基因组不稳定和肿瘤发生。我们最新的研究结果发现，Nlp的表达异常明显降低紫杉醇对乳腺癌细胞的杀伤作用，直接影响到临床乳腺癌患者的疗效。

综上所述，我们的研究和探索在较深的角度上进一步阐明了抑癌基因p53 和BRCA1，及其下游基因在细胞周期调控中的分子生物学功能以及相关的分子机制。而这些工作也为我们深入地了解恶性肿瘤的发生和发展的机理，逐步找寻特异性的治疗药物靶点，从而在临床上为患者制定有效的治疗方案提供了新的思路和理论基础。