細胞周期同步化知識概述

高彤　解凱彬

1 細胞周期同步化的含義

在一般培養(yǎng)條件下，群體中的細胞處于不同的細胞周期時相之中。為了研究某一時相細胞的代謝、增殖、基因表達或凋亡，借助某種實驗手段（自然的或經(jīng)人為的），使細胞群體中處于細胞周期不同時相的細胞停留在同一時相，這就是細胞同步化技術。如：選用DNA合成抑制劑可逆地抑制S期細胞DNA合成而不影響其他細胞周期運轉，最終可將細胞群體阻斷在G1/S期交界處；一些抑制微管聚合的藥物，因抑制有絲分裂裝置的形成和功能行使，可將細胞阻斷在有絲分裂中期，即使細胞同步于M期。使細胞大量的處于同一細胞時期，可獲得某一時期大量的物質，如細胞中期時的染色體等。

2 細胞周期同步化的分類

2.1 自然同步化

自然存在的、不受人為條件干擾的是自然同步化，在動、植物細胞都有發(fā)現(xiàn)。如粘菌、瘧原蟲等因只進行核分裂，不發(fā)生胞質分裂，從而形成多核體。數(shù)量眾多的核處于同一細胞質中，進行同步化分裂。再如大量海膽卵同時授精，最初的3次細胞分裂是同步的；大量海參卵受精后，前9次細胞分裂也是同步化進行的。還有真菌的休眠孢子移入適宜環(huán)境后，增殖抑制解除，它們一起發(fā)芽，同步分裂。

2.2 人工同步化

在培養(yǎng)過程中用各種理化因素處理細胞而獲得的同步化生長是人工同步化。

3 細胞周期同步化的人工方法

細胞周期人工同步化的常用方法主要有選擇同步化、誘導同步化或兩者的結合。

3.1 選擇同步化

（1） 有絲分裂選擇法：使單層培養(yǎng)的細胞處于對數(shù)增殖期，此時分裂活躍，分裂指數(shù)高。有絲分裂細胞變圓隆起，與培養(yǎng)皿的附著性低，此時輕輕振蕩，M期細胞脫離器壁，懸浮于培養(yǎng)液中，收集培養(yǎng)液，再加入新鮮培養(yǎng)液，依此繼續(xù)收集，這樣每隔一定時間搖一次并收獲一次冷藏保存，即可獲得一定數(shù)量的中期細胞。其優(yōu)點是操作簡單，同步化程度高，細胞不受藥物傷害，缺點是獲得的細胞數(shù)量較少，約僅占1%～2%。

（2） 細胞沉降分離法：不同時期的細胞體積不同，而細胞在給定離心場中沉降的速度與其半徑的平方成正比，因此可用此方法分離，其缺點是同步化程度較低。

3.2 誘導同步化

（1） DNA合成阻斷法：選用5-氟脫氧尿嘧啶、羥基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高濃度TdR等相應的抑制劑，可逆地抑制DNA合成，而不影響其他時期細胞的運轉，最終將細胞群阻斷在S期或G/S交界處，以達到細胞同步于S期的目的。其中高濃度TdR對S期細胞的毒性較小，因此常用TdR雙阻斷法誘導細胞同步化（圖1）：以海倫細胞為例（海倫細胞周期時間為21 h，其中G1期為10 h，S期為7 h，G2期為3 h，M期為1 h）：在細胞處于對數(shù)生長期的培養(yǎng)基中加入過量TdR，S期細胞被抑制，其它時期細胞繼續(xù)運轉，最后停在G1/S交界處。然后移去TdR，洗滌細胞并加入新鮮培養(yǎng)液、細胞又開始分裂。當釋放時間大于7 h時，所有細胞均脫離S期，再次加入過量TdR，細胞繼續(xù)運轉至G1/S交界處，被過量TdR抑制而停止。優(yōu)點是同步化程度高，可將幾乎所有的細胞同步化。

（2） 中期阻斷法：利用破壞微管的藥物將細胞阻斷在中期，常用的藥物有秋水仙素和秋水仙酰胺，但由于秋水仙素或秋水仙胺對細胞有一定毒性，用量較小或作用時間較短細胞活性尚可恢復，而用量過大或時間過長則細胞不能存活，因此使用時應嚴格控制其劑量和作用時間。

另外，將與細胞周期調控有關的條件依賴性突變株轉移到限定條件下培養(yǎng)，也可將細胞同步化在細胞周期中某一特定時期。

4 細胞周期同步化的檢測

對各個時期的同步化細胞主要可通過流式細胞術來鑒定其細胞周期，通過比較各時相細胞的百分比，看是否達到預期的目的。如圖2所示，DNA含量為2C的細胞占相當大的百分比，結合圖3就可以分析出細胞周期同步化處理后大多數(shù)細胞處于G1期。