细胞增殖（cell proliferation）是指细胞分裂及再生的过程，细胞通过分裂进行增殖，将遗传信息传给子代，以维持物种延续性，保证必需的细胞数量增多。细胞增殖是通过细胞周期实现的，细胞周期是多阶段和多因素参与的有序调节过程，以使各类细胞可依机体需要进行增殖、处于静止状态或启动凋亡机制，否则可导致和促进疾病。

细胞周期（cell cycle）或称细胞增殖周期，是细胞增殖实现的途径，是指母细胞完成遗传物质DNA的复制并经历染色体凝集，后中心粒移向细胞核对应的两极，核仁解体，核膜消失，进而纺锤体形成，染色体排列于其间，随后姐妹染色体分开并移向两极，子核形成和胞质分裂，母细胞最终分裂为两个子细胞的过程。

细胞周期可根据细胞的时相特点分为四个阶段，分别为 G1期、S期、G2期和 M 期。其中，G1期、S期和G2期统称为分裂间期，M期称分裂期。分裂间期中DNA倍增和分裂期染色体复制是细胞周期中较为关键的两个事件。

细胞周期及分裂间期的第一阶段，在上一次细胞分裂结束生成子代细胞后，G1期即开始。新生成的子细胞立即进入细胞生长时期，并合成除DNA外细胞生长所需的各种营养物质如蛋白质、糖类、脂质等，从而为S期DNA复制做好准备。G1期末在细胞内外因素的共同作用下复制前复合物（pre-RC）组装完成并被周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）以及 Dbf4依赖性蛋白激酶（Dbf4-dependent-Rinase，DDK）激活，后细胞进入S期。

为分裂间期的第二阶段，主要进行DNA倍增和染色体复制，因此尤为重要。进入S期后，细胞立即开始合成DNA。DNA复制的起始和复制过程受多种细胞周期调节因素严密调控，严格按照半保留复制方式进行，且与细胞核的结构密切相关。另外，S期也存在组蛋白的合成，后者可与新合成的DNA结合，共同形成核小体串珠结构。DNA复制完成后，细胞即进入G2期。

分裂间期的最后阶段，此时细胞核内DNA含量已经由G1期的2n变为4n，其他结构物质和相关亚细胞结构如细胞骨架等也继续进行进入M期的必要准备。在经历G2期检查点即DNA复制检查点检测后，若细胞DNA复制完成，各类物质准备完全，在环境因素适宜的情况下细胞进入有丝分裂期，即M期。

M期即细胞有丝分裂期。在有丝分裂期，细胞发生一系列形态及生化特征变化，即染色体凝集，中心粒移向细胞核对应的两极，随后核仁解体，核膜消失，进而纺锤体形成，染色体排列于其间，在纺锤丝的作用下姐妹染色体分开并移向两极，子核形成后胞质也分裂为两部分，最终将母细胞的遗传物质平均分配至两个子细胞中，从而完成分裂整个过程。

即细胞增殖过程只能沿G1-S-G2-M方向持续前进并循环而不能逆行；

细胞周期运行过程中各期细胞形态和代谢特点有明显差异，若存在不利因素影响可使细胞停滞于某时相，待生长条件适合后停滞的细胞再重新活跃进入下一时相；

各时相交界处存在着相应的检查点（checkpoint），对细胞的下一步增殖趋势起监控和定向作用，确保细胞在各种物质及环境准备充足情况下顺利增殖，以保证细胞复制的忠实性；

细胞周期是否顺利推进与细胞外信号和细胞外环境条件等密切相关。

细胞增殖通过细胞周期实现，并非机体的所有细胞均处于增殖状态，即使是周期性细胞也可在周期运转过程中发生转变，进而进入静止、分化或凋亡状态，如位于G1/S期或G2/M期交界处的DNA损伤检查点一旦探测到细胞DNA受损，即可迅速中止细胞周期运行，使细胞周期停滞于 G1/G2期，同时启动修复受损的DNA，若损伤未能修复则启动细胞凋亡程序，从而清除携带异常DNA的细胞；某些细胞可暂时脱离细胞周期处于休眠状态（即G0期）；在基因调控下某些类型的干细胞（如分化性能）分裂成为不同于母细胞的细胞类型，然后各类型细胞依自身特性继续细胞周期的运行或永久性脱离细胞周期。因此认为细胞的增殖、凋亡与分化统一于细胞周期的运行轨道上。根据细胞所处状态的特性可将细胞分为周期性细胞、G0期细胞和终端分化细胞。

也称连续分裂细胞。这些细胞按细胞周期所经历的四个阶段循环，连续运转。如表皮细胞和骨髓细胞等，它们主要通过连续分裂发挥组织的生长和修复作用。周期性细胞始终处于增殖和死亡的动态平衡中，不断地增殖以补充衰老脱落或死亡的细胞，这种更新称为稳态更新（steadystate renewing）。

也称休眠细胞。是指原运行于细胞周期的细胞暂时脱离细胞周期，不进行细胞增殖，仅在需要替换损伤或死亡细胞时接受适当刺激才可重新进入细胞周期，如肝和肾细胞等。在细胞周期运行中的细胞可暂时脱离细胞周期而转换为G0期细胞，这种的现象多发生在G1期；体外培养细胞在营养物质匮乏时也可出现这种转化，并在营养物质补充后重返细胞周期。G0期细胞在遭遇损伤或应激等因素作用后可重返细胞周期，恢复增殖能力以代偿，这种更新称为条件性更新（conditional renewing）。

也称不分裂细胞。细胞存在增殖和分化耦联。一般情况下终端分化细胞在完成分化进程后丧失增殖和分化能力、不可逆地脱离细胞周期而完全停止分裂，但仍具有生理功能，如神经细胞和心肌细胞等。然而近期有迹象表明这些细胞在某些严格特定条件下亦可返回细胞周期，恢复增殖能力。

细胞周期的调控包括细胞周期的自身调控及细胞外信号对细胞周期的调控。

细胞周期的自身调控主要通过细胞周期驱动力量（包括周期蛋白和周期蛋白依赖性激酶）、抑制力量（如周期蛋白依赖性激酶抑制因子）和检查点等协同作用而实现（图14-1）。

周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）为细胞周期运转的驱动力量之一，是一组丝氨酸/苏氨酸（serine/threonine，Ser/Thr）蛋白激酶家族，已发现至少 20个成员，包括 CDK1～20；然而人类细胞包含的CDKs主要为 CDK1～13、CDK16、CDK19～20，其中新发现的有 CDK10～13、CDK16、CDK19～20。

CDK激活依赖于与cyclin的结合和CDK分子中某些氨基酸残基的磷酸化状态，其中，与cyclin结合是CDK激活的首要条件，未激活状态下的CDK分子中与激活相关的氨基酸残基被掩盖，需在cyclin结合后才可暴露以供磷酸化。当cyclin浓度升高达到阈值时，可为CDK提供足量的调节亚基，CDK通过其催化亚基与相应的cyclin调节亚基结合，形成cyclin/CDK复合体；二者相互作用使CDK分子中抑制部位的某个氨基酸残基暴露，后者发生磷酸化（如苏氨酸 14/酪氨酸15）并使活化部位的磷酸化位点暴露出来，此时CDK活性仍处于未激活状态；然后在 CDK活化激酶（CDK-activating kinase，CAK）作用下使活化部位中已暴露的氨基酸残基（如苏氨酸 160/161）被磷酸化，同时抑制部位氨基酸残基被磷酸酶去磷酸化，从而使 CDK完全活化以驱动细胞周期。下面以 CDC2（即 CDK1）为例具体描述该活化过程。

CDC2与cyclin B1结合形成复合体后，二者相互作用可使CDC2分子中抑制部位的磷酸化位点14位苏氨酸残基和 15位酪氨酸残基（Thr14/Tyr15）暴露出来，后者能被weel蛋白激酶磷酸化，导致CDC2的活性受到抑制，并使CDC2分子构相进一步发生改变，暴露出 160和161位的苏氨酸残基，后者被CAK磷酸化。此时，由于Thr14/Tyr15的磷酸化抑制 CDC2的活性，CDC2并未被活化。随后，胞内被激活的磷酸酶 CDC25去磷酸化Thr14/Tyr15，从而解除了后者磷酸化状态对 CDK活性的抑制；至此，CDC2才被完全活化。

CDK活性的抑制和消除，主要依赖CDK抑制因子的特异抑制作用，同时也受泛素（ubiquitin）化介导的蛋白质水解的调控（图14-2）。

随着对细胞周期调控机制的深入探索，科学家们逐渐发现许多CDK的新成员，不同的成员在驱动细胞周期的运行过程中也发挥着各自特异的功能。

CDK10是CDC2相关的激酶，在细胞周期的调控中起作用，且对肿瘤发生起重要作用。近期研究表明它可能是一个肿瘤抑制基因，在多种肿瘤如乳腺癌、鼻咽癌、肝细胞癌和胆道细胞癌中呈低表达，并与肿瘤的发生、发展、转移和治疗相关。如研究发现在乳腺癌中CDK10表达受抑制，CDK10/ETS2/RAF-1通路的激活与乳腺癌对内分泌疗法的耐受密切相关；在肝细胞癌中CDK10呈明显低表达，上调其表达可抑制肿瘤细胞的增殖并使细胞周期阻滞在G0/G1期，同时增强肝细胞癌细胞的化疗敏感性；在鼻咽癌细胞中 CDK10常因高甲基化而被沉默，通过上调其表达可抑制鼻咽癌细胞的恶性倾向。

CDK11～13除了调控细胞周期，还与RNA的剪接及转录密切相关。CDK11主要通过与cyclin L结合并参与转录和RNA加工，尤其是可变剪接的调控，且与自噬和凋亡亦具有相关性，因此其在肿瘤的发生和恶性进展方面起作用，且在肿瘤细胞的生长和增殖中发挥重要的作用。有研究表明CDK11在多种人类肿瘤如乳腺癌、多发性骨髓瘤和骨肉瘤等中过表达，抑制CDK11将导致肿瘤细胞的死亡尤其是凋亡。CDK12/13则通过与cyclin K相结合形成复合物，后者通过磷酸化RNA聚合酶Ⅱ的C端区域和相关的转录调节因子而参与转录调节和转录后mRNA的加工。其中，CDK12主要正向调节与DNA损伤修复、染色体结构和RNA修饰因子相关的基因的转录，且对共转录RNA的修饰至关重要。若CDK12功能异常将使基因突变或失活，通过引起基因不稳定性而导致肿瘤的发生，如CDK12在部分肿瘤如乳腺癌、卵巢癌和鳞癌中表现为过表达，然而其具体机制尚未明晰。而CDK13主要与基因的表达相关，其缺失将导致RNA修饰的缺陷，而过表达将改变 mRNA前体（pre-mRNA）的修饰，另外有研究表明其对肿瘤的发展起促进作用。

CDK16基因是 PCTAIRE家族的一员，其cyclin结合位点序列PSTAIRE存在点突变，致翻译产生的丝氨酸替换为半胱氨酸，CDK16不仅调控细胞周期的运行，且影响细胞的分化。如有研究提示CDK16在有丝分裂后细胞中表达且与囊泡运输神经突增生和精子的发生相关。

周期蛋白（cyclin）为细胞周期运转的驱动力量之一，cyclin家族至少包括 13种，共29个成员，在人类细胞中主要有 cyclin A、cyclin B1～2、cyclin C、cyclin D1～3、cyclin E1～2、cyclin F、cyclin G1～2、cyclin H、cyclin I、cyclin K、cyclin L1～2、cyclin T1～2、cyclin X 和 cyclin Y。其中 cyclin E2、cyclin L1～2和 cyclin X、cyclin Y 等为新发现的cyclin。常见的cyclin可分为三大类，即G1期（cyclin C/D/E）、S 期（cyclin A）和 G2/M 期（cyclin B）的cyclin，各成员可在细胞间期连续合成、不断累积和降解而使其活性出现周期性变化，但高表达的相应期各不相同（图14-3）。cyclin作为调节亚基，需与催化亚基CDK结合形成复合物，激活相应CDK和加强CDK对特定底物的作用，驱动周期前行（表14-1）。

cyclin在细胞周期自始至终以恒定的速度产生，有丝分裂时消失是因为降解大于合成，在间期时累积是由于合成大于降解。虽然各类细胞CDK的表达在细胞周期各期是稳定的，但由于cyclin周期性波动，以致CDK的活性呈周期性变化。

随着对细胞周期调控机制的深入探索，科学家们对 cyclin的认识逐渐拓宽和加深，下面以部分新发现的cyclin为例详述其对细胞周期调控的作用及其机制。

cyclin E2 是新发现的 G1期cyclin，由404个氨基酸残基组成，cyclin E2的氨基酸组成及结构与cyclin E1大部分相似，因此具有与cyclin E1相似的生物功能。cyclin E2是细胞周期从G1期转入S期的限速调节因子，当细胞受到生长信号的刺激时，cyclin E表达上调，并与CDK2结合形成复合物，参与G1期和S期的视网膜母细胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，pRb）磷酸化，使核因子E2F释放，从而诱发一系列与S期相关的靶分子的表达，促使细胞周期向 S期转换，进而完成DNA复制，促进细胞增殖。

cyclin L2是新发现人源细胞周期蛋白，于2004年首次被检测出来，其与 cyclin L1、cyclin K、cyclin G1等氨基酸序列高度同源，初步研究显示在细胞增殖和凋亡中发挥作用，然而其机制尚未阐明。

cyclin Y编码基因CCNY定位于10号染色体，其编码蛋白含341个氨基酸，其中143～243位氨基酸高度保守，是CDK结合结构域，也称为周期蛋白盒；研究发现cyclin Y高度保守，在调节细胞周期及转录过程中发挥重要作用，然而其具体功能和作用机制尚不清楚。cyclin X除N端较cyclin Y缺失54个氨基酸残基外，其余序列与cyclin Y相同。研究发现cyclin X能激活转录因子c-myc的活性，因此可能影响细胞周期的调控。

另外，增殖细胞核抗原（proliferatingcell nuclear antigen，PCNA）也是一种细胞周期相关蛋白，且与DNA合成密切相关。PCNA是核内的一种磷蛋白，它不与CDK结合，而是作为 DNA聚合酶δ的一个辅助蛋白，是DNA合成的首要条件，为多种丝裂原信号的最后传导通路，促进DNA聚合酶延伸DNA，协调DNA前链和后链的生成以调节DNA复制。因此PCNA主要在S期发挥作用。PCNA在细胞周期各期呈周期性变化，其在静止期含量很少，在 G1晚期开始增加，S期达到高峰，G2～M期明显下降，故是S期的特异性标志物；同时PCNA在进入增殖周期的细胞均为阳性，因此能较好地反映细胞增殖能力，可用于检测细胞增殖的指标。许多细胞周期调节蛋白可通过和PCNA相互作用而影响细胞周期的进程，如PCNA可与检查点蛋白hHus1和hRad9相互作用而影响DNA损伤修复；PCNA与细胞周期负性调控蛋白Gadd45、MyD118和CR6等相互作用可抑制前者对细胞生长的负调控；PCNA可调控 CDK抑制因子 p21的表达而影响DNA损伤修复。可见其在细胞周期调控中的重要作用。研究表明其在多种肿瘤如宫颈癌、喉癌、肝癌和肺癌等的细胞中高表达，这可能与肿瘤细胞的增殖过度相关。

周期蛋白依赖性激酶抑制因子（cyclin-dependent kinase inhibitor，CKI）是特异抑制CDK的蛋白，包括Ink4和Kip家族。各种CKI均通过其 N末端保守序列以非共价键形式与cyclin/CDK复合物结合，形成三元体或四元体，从而使细胞周期阻滞。

Ink4（inhibitors of kinase4）家族包括 p16 ^Ink4a、p15 ^Ink4b、p18 ^Ink4c和 p19 ^Ink4d等。Ink4家族可特异与CDK4/6结合并抑制其活性，如 p16 ^Ink4a可通过与cyclin D竞争结合CDK4或 CDK6，抑制 cyclin D/CDK4或CDK6复合物的形成和活性，减少pRb磷酸化，增加游离E2F-1与去磷酸化pRb结合，使细胞阻滞于G1期。p18 ^Ink4c与p16 ^Ink4a具有相似的功能，可作为细胞周期负调控因子对细胞的分裂和增殖发挥重要的调控作用，在 p16 ^Ink4a缺失时作为后备因子介导细胞周期阻滞。这种负反馈调节确保DNA稳定，若细胞运转机器“刹车”失灵，将导致肿瘤发生。

Kip（kinase inhibitory protein）家族或称 Cip（CDK-interacting protein 1）或 Waf1（wild-type p53 activated fragment 1）家族，包 括 p21 ^cipl、p27 ^kip1和p57 ^kip2等。Kip家族各成员可广谱抑制CDK活性，如 p21 ^cipl可有效地抑制 CDK2～4、CDK6的活性。p21 ^cipl是第一个被发现的 CKI，其编码基因 CDKN1A是p53的主要转录调控靶点，在细胞内执行多种功能。在细胞核内p21 ^cipl可通过N末端分别与cyclin D/CDK4、cyclin A/CDK2 和 cyclin E/CDK2结合并抑制其活性，减少pRb磷酸化，可在DNA损伤后引起G1期阻滞，促进DNA修复，以消除DNA损伤引发的肿瘤；在细胞质内，p21 ^cipl则具有抗凋亡的功能。p21 ^cipl对DNA损伤细胞的周期阻滞作用取决于DNA的损伤程度，当DNA发生低水平的损伤时，p21 ^cipl的表达上调而诱导细胞周期停滞，并表现为抗凋亡；当DNA损伤广泛时，p21 ^cipl蛋白的表达水平经泛素化水解过程或直接酶解而下调，随后细胞发生凋亡。p27 ^kip1蛋白也是多种 cyclin/CDK复合物的抑制因子，可通过与cyclin/CDK复合物的N端结合而抑制 cyclin/CDK复合物活性，阻断 ATP与CDK的结合，并使细胞周期阻滞在G1期。如TGF-β可诱导p27 ^kip1蛋白表达上调，后者作为 cyclin E/CDK2复合物的抑制因子可使细胞阻滞于G1期。通过转录、翻译和翻译后水平调节p27 ^kip1的蛋白表达，可影响其抑制作用；同时TGF-β和其他环境因素如营养成分不足或细胞间接触抑制也可提高p27 ^kip1的蛋白表达水平，从而确保其在细胞周期阻滞及细胞分化中发挥作用。

在生物进化过程中，细胞为了保证细胞周期中DNA复制和染色体分配质量等而发展出了一套可对细胞周期发生的重要事件及出现的故障加以检测的检查机制，通常称为细胞周期检查点（checkpoint）。细胞周期检查点是一类负反馈调节机制，其主要由探测部分、制动部分、检修部分和处理部分四部分组成。其中，探测部分主要通过特定的基因产物对基因组进行探测，以明确后者是否存在损伤或不完整；制动部分则通过细胞内信号转导通路启动制动机制，使在细胞周期运行过程中的细胞停滞于某个时相，以便修复；检修部分即对停滞于细胞周期某时相的细胞所存在的DNA损伤等异常进行检查修复；处理部分则决定检修后细胞的归宿，若细胞DNA的损伤修复完成，即可继续进行细胞周期的下一个时相，若细胞的DNA损伤无法修复，则启动细胞凋亡机制，从而清除异常细胞。

细胞周期检查点包括五种，即DNA损伤检查点、DNA复制检查点、染色体分离检查点、纺锤体组装检查点和时相次序检查点，各检查点所处位置和功能各异。其中DNA损伤检查点、DNA复制检查点、染色体分离检查点、纺锤体组装检查点主要针对细胞周期运行过程中经历的细胞事件进行检查，保证细胞事件正确完成；而时相次序检查点则在以上各个检查点检查完成的基础上，确保细胞可按照细胞周期各时相次序继续向下一时相依次运行。由此可见细胞周期检查点功能障碍，将使细胞增殖的质和量异常，甚至促进或导致疾病。

DNA损伤是复制过程中发生的DNA核苷酸序列永久性改变，并导致遗传特征改变的现象，可由电离辐射、化学制剂等多种因素诱发。DNA损伤检查点包括G1/S损伤检查点和G2/M损伤检查点。

p53是实施DNA损伤检查点功能的重要蛋白分子，其在G1/S和G2/M的损伤检查均发挥着重要作用；另外，其也可以检测到纺锤体损伤而发挥细胞周期阻滞作用，以修复纺锤体的功能。在G1/S期交界，细胞内RAD17、ATM、ATR等特定的基因产物探测出基因组的损伤，损伤信号向下游传递促使p53表达上调；p53活化导致其下游的重要靶分子p21和GADD45累积。作为CKI家族中的一员，p21通过与 cyclin D/CDK4、cyclin A/CDK2、cyclin E/CDK2结合而抑制cyclin/CDK复合物的活性，同时p21蛋白的 C端结合 PCNA，抑制 DNA复制；GADD45也可抑制cyclin E/CDK2复合物的活性，cyclin E/CDK2复合物的失活使Rb无法发生磷酸化，后者与E2F牢固结合，抑制下游DNA合成相关基因的表达，使细胞停滞于G1期。随后DNA修复启动。如DNA损伤无法修复，p53则直接激活Bax凋亡基因诱导细胞凋亡。在 G2/M期交界处，p53亦发挥相似作用。当DNA损伤发生时，p53作为转录因子促进p21基因表达，累积的p21蛋白通过抑制cyclin B/CDK1复合物的活性而抑制DNA有丝分裂的发生，使细胞停滞于G2期，启动DNA损伤修复，若修复失败，p53则启动细胞凋亡。p53发挥促细胞凋亡作用的机制主要有以下两种：①启动死亡受体凋亡途径的凋亡相关基因组；②启动线粒体凋亡途径的凋亡相关基因组。另有研究发现，p53可转位至线粒体模拟BH3-only样蛋白直接诱导凋亡。

另有研究发现 14-3-3σ也参与G1/S和 G2/M的阻滞过程。14-3-3是一类稳定存在于真核细胞中，与细胞增殖、凋亡、分化等密切相关的高度保守的蛋白家族。此家族包含β、ε、γ、ζ、σ、η和τ等亚型，其化学本质为一些酸性多肽分子，在生物体中常以二聚体形式存在。14-3-3家族具有多样的生物学功能，它们通过与丝氨酸/苏氨酸磷酸化的蛋白结合而发挥作用，被结合的蛋白包括Bad、受体、组蛋白去乙酰酶、激酶和磷酸酶等。14-3-3σ是其中研究得最多的亚型，它稳定存在于上皮组织细胞中，与细胞周期调控密切相关。14-3-3σ与 p21、p27和 p57一样具有与cyclin-CDK2复合物结合的部位，在G1/S交界处，当检测到 DNA损伤时，14-3-3σ可通过与cyclin-CDK2复合物结合干预后者活性，而抑制下游DNA合成相关基因表达，使细胞阻滞于 G1期；而在 G2/M 交界处，14-3-3σ可通过抑制 Cdc2/cyclin B复合物进入细胞核而阻滞有丝分裂的发生，使细胞停滞于 G2期。研究发现14-3-3σ在结直肠癌中的表达上调可导致G2期阻滞。结肠癌细胞经过放射处理后，14-3-3σ水平升高，大部分细胞停滞于G2期不发生有丝分裂；而14-3-3σ敲除的结肠癌细胞在受到γ辐射后无法发挥G2/M细胞周期检查点的功能。另外，14-3-3σ在乳腺癌细胞中的沉默可导致 G2期阻滞，BRCA1通过诱导 14-3-3σ表达而影响细胞周期G2/M的进程。因此，损伤检查点可使受损DNA及时停滞于相应时期，为DNA修复提供充足的时间，保证遗传物质合成的质量。

位于 G2/M期交界处的DNA复制检查点，当DNA复制量不足时细胞将阻滞在G2期，以保证DNA的量，使细胞周期精确和有序进行。检测DNA复制的完成情况常是通过参与DNA复制的蛋白质进行的，如DNA合成酶PolE、复制因子RFC的亚基Rfc5和裂殖酵母中的Rad12编码的解旋酶等（也通过调节其下游的Rad9而开启检查点机器），它们可检测到DNA复制的抑制，也能检测到DNA损伤。在裂殖酵母细胞分裂过程中，当 DNA的复制停止，DNA复制检查点可激活蛋白激酶Cds1或Chk1，二者对核激酶 Wee1/Mikl激酶进行磷酸化而上调后者活性；随后后者对蛋白激酶Cdc2第15位上的酪氨酸进行磷酸化，从而抑制Cdc2的活性；同时，DNA复制检查点激活的Cds1或 Chk1也可以直接对蛋白激酶Cdc25进行磷酸化，使其不能发挥功能；Cdc2和Cdc25为细胞从G2期进入M期的重要调控因子，通过抑制其功能可使细胞周期停滞在G2期，从而继续完成DNA的复制。停止细胞周期的运行后，检查点调控细胞继续进行DNA复制以保证DNA的量。铜特异性转运蛋白Crtl蛋白在复制期细胞中起着抑制转录的作用，一旦DNA复制受阻，Crt1则被检查点蛋白激酶 Mec1、Rad53和 Dun1磷酸化，并从特定的DNA序列上脱离下来，失去其转录抑制作用，导致核糖核苷酸还原酶RNR和其他修复基因的转录，从而确保DNA复制完成。核糖核苷酸还原酶RNR产生dNTP以供DNA复制所需。

纺锤体组装检查点（the spindle-assembly checkpoint，SAC）存在于有丝分裂前期到中期的过渡阶段，是细胞有丝分裂时期最重要的检查机制。其功能在于保证有丝分裂中期启动前所有染色体都被纺锤丝正确捕捉，即指所有的姐妹染色体对应的着丝粒与来自相反两侧纺锤体极的微管相附着。细胞在有丝分裂前期至中期的过程中，当着丝粒未与微管结合时，有丝分裂阻滞缺陷蛋白 2（mitotic arrest deficient 2，Mad2）、丝裂原调控因子Cdc20和有丝分裂蛋白Bub3及BubR1蛋白分子在着丝粒上形成有丝分裂检查点复合体（mitotic checkpoint complex，MCC）复合物，导致 SAC信号的激活。接着MCC与后期促进复合物/周期体（anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C）相互作用，使后者变构而无法结合底物，从而阻断分离酶抑制蛋白 securin与cyclin B1的泛素化降解过程，延迟姐妹染色体的分离。而一旦着丝粒与来自于两极的微管建立完全连接，MCC就会与细胞分裂后期促进复合体（anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C）解离，SAC的抑制信号就被解除。因此SAC功能的正确行使对于基因组稳定性的维持具有重要作用。

M期 CDKs对染色体的分离起重要作用。在有丝分裂晚期，M期CDKs活化APC，后者可通过泛素化途径降解部分M期重要的蛋白质，如M期cyclin、Cut2p（姐妹染色体分离的必要条件）、有丝分裂后期纺锤体相关蛋白Ase1p等，继而驱动姐妹染色体分离并平均分配到子代细胞中。

时相次序检查点存在于细胞周期的全过程，其功能在于保证细胞周期时相的严格次序和不重复性，使DNA复制和染色体分配轮流完成。其中CDKs的时相性激活和CDKs作用底物的状态时相性变化共同保证S-M-S-M的顺序轮回。下面具体描述各个时相次序检查点的作用及其机制。

S期启动需要 pre-RC组装完成。pre-RC由起始部位结合复合物（ORC）、Cdc6p和 Mcm 三种蛋白质构成。自 G2、M期起，ORC占据了DNA复制的起始部位但无活性，G1期时Cdc6p蛋白合成并结合于DNA复制起始部位，并催化Mcm蛋白质复合物组装到临近起始部位的DNA序列上，至此pre-RC的组装全部完成。pre-RC的组装完成与S期CDKs以及Dbf4依赖性蛋白激酶的激活是S期启动的前提，pre-RC的组装完成是S期的启动的必要因素，是重要的时相次序检查点之一。

不同时期CDKs活性的变化对保证细胞周期按时相次序顺利运行具有重要作用。G1/S期交界CDKs的激活是S期启动的必要条件；同时S期和M期CDKs则发挥着阻止pre-RC重复组装的功能，这保证pre-RC的组装只能在G1早期（S期CDKs低活性、M期CDKs无活性）由Cdc6p推动完成，而在 S期 CDKs激活到有丝分裂后期 M 期cyclin降解过程中pre-RC无法再重复合成，从而避免细胞在有丝分裂结束前进行重复的DNA复制；有丝分裂早期，被激活的M期CDKs可驱使姐妹染色体排列于细胞两极的纺锤体之间；有丝分裂晚期，M期CDKs活化有丝分裂后期复合物（APC），后者通过泛素化途径降解部分M期重要的蛋白质驱动姐妹染色体分离并平均分配到子代细胞中。因此CDKs对细胞周期按时相次序顺利运行至关重要。

有丝分裂后期复合物APC在被M期CDKs激活后，通过泛素化途径介导有丝分裂后期相关重要蛋白的降解过程，避免一定阶段内有丝分裂再次发生；同时APC还通过水解M期CDKs解除了S期CDKs和M期CDKs对pre-Rc的抑制，确保在有丝分裂结束后DNA复制可以重新开始。到G1期时 APC活性逐渐降低，G1期CDKs接替了APC的职务，抑制M期cyclin和其他APC底物的成熟前累积，确保DNA复制和有丝分裂的有序进行。APC使有丝分裂按照正常时相次序依次进行，是重要的时相次序检查点。

泛素化蛋白水解是指多个泛素（ubiquitin）链接结合于被水解的蛋白底物上作为标记，继而被26S的蛋白酶体识别和降解的过程。泛素化介导的蛋白质水解是已知的对细胞周期具有重要意义的蛋白质水解过程，可通过结合于细胞周期相关蛋白上作为标记而诱导后者被蛋白酶水解。

泛素是一种高度保守的低分子量蛋白质，Avram Hershko等最早发现多个泛素在细胞中通过被泛素连接酶E1、E2和E3顺序传递而连接结合在需要分解的靶蛋白上，成为靶蛋白的标记物，随后被26S的蛋白酶水解。随着人们对这一蛋白水解过程的深入研究，对泛素在泛素连接酶中的传递有了更清晰的认识。已知泛素连接酶E1是一种泛素激活酶，其可通过与泛素羟基端连接形成硫酯键，使泛素激活；激活后的泛素即被传递给泛素连接酶E2（也称泛素结合酶）家族成员，后者可使泛素结合于某种特定的需要被降解的蛋白质；最终泛素直接或在特定的泛素连接酶E3的作用下，连接在靶蛋白的赖氨酸残基上，至此泛素在被水解的靶蛋白上的链接完成。这一链接过程的顺利完成，是蛋白酶有效识别靶蛋白并将其降解的关键。泛素链接的特异性和速率与E3的连接活动相关，并受泛素化酶对泛素链拆除速率的影响。细胞内仅有一种泛素激活酶E1，而泛素结合酶E2和泛素连接酶E3则有多个成员。其中，E2在细胞周期的全程均具有活性，因此其不影响细胞周期相关蛋白的周期性降解；而E3作为多种蛋白质组成的复合物，已证实其组成蛋白的突变和低表达将使细胞停滞在细胞周期中的某个时相，这提示E3与细胞周期相关蛋白和激酶如CDK、cyclin和CKI等的周期性降解密切相关。

目前已发现两种主要与细胞周期相关的泛素连接酶复合体，分别是Skp1-Cullin-F-box蛋白复合体（SCF）和细胞分裂后期促进复合体[或称细胞周期体（anaphase-promoting complex/cyclosome，APC/C）]。SCF主要在G1期向S期的转换过程中发挥作用。SCF由蛋白Skp1、Cullin、RBX-1和 F-box合成，其中F-box蛋白具有多种类型，是可变的。F-box蛋白可识别并结合 Skp1，Cullin则可促使 Skp1与RBX-1结合最终形成SCF复合体。研究表明特异的F-box蛋白SKP2结合形成的SCF可启动G1/S期相关 cyclin（如 cyclin D 和 cyclin E）和 CKI（如p27）的泛素化降解，从而调节细胞周期的运行；而特异的F-box蛋白FBW7结合形成的SCF可通过调节cyclin E和myc等的泛素化降解而影响细胞周期和细胞分化。APC/C主要与有丝分裂相关，其可通过26S蛋白酶靶向降解与有丝分裂相关的重要调节因子（如分离酶抑制蛋白、cyclin A和 cyclin B）从而影响有丝分裂的进行。APC/C主要通过磷酸化而激活，并持续存在于M期中期至下一个细胞周期的G1期末，其通过特异的辅助蛋白CDC20或CDH1的相互作用而发挥功能。CDC20可在纺锤体与着丝点准确连接后结合并激活APC/C，后者泛素化降解有丝分裂后期相关的cyclin和分离酶抑制蛋白，从而调控有丝分裂的运行及结束；而CDH1可结合并活化APC/C从而启动有丝分裂相关cyclin的降解并持续作用至下一细胞周期的G1期。

另外，鼠双微基因 2（MDM2）编码的蛋白也是重要的E3泛素化连接酶，可通过介导p53的泛素化和蛋白酶降解而抑制p53的转录活性，进而影响p53作为DNA损伤修复检查点的功能。

表观遗传学是指可经细胞增殖过程遗传的基因改变，但这种改变与基因的DNA编码序列无关，而是一种不改变DNA序列而影响基因表达的基因调控方式，主要在DNA和染色质水平的结构修饰和RNA稳定性及转录活性水平进行调控进而影响基因的表达。表观遗传调控主要包括DNA甲基化、非编码 RNA调控、组蛋白修饰和染色质重塑四种方式，目前以前两者各自研究较多，已揭示其可参与细胞周期运行的调控。

DNA甲基化修饰是最早发现的表观遗传调控方式之一，尤以作用位点的广泛性和调控结果的可逆性著称。DNA甲基化是一种由 DNA甲基转移酶（DNA methyltransferases，DNMTs）介导的化学修饰过程，是指在DNMTs催化作用下将S-腺苷甲硫氨酸（s-adenosylmethionine，SAM）上甲基转移到特定碱基上的过程，通常发生在 DNA分子启动子区域的 5′-CpG-3′序列的胞嘧啶上，形成5-甲基胞嘧啶，从而阻碍转录因子与启动子的结合，以达到抑制基因表达的目的。DNA甲基化在功能上与DNA突变一样可致基因功能失活，但又有所不同，DNA甲基化是可逆的，如采用甲基转移酶抑制剂5-杂氮-2′-脱氧胞苷（5-aza-2′-dC）可逆转 DNA 甲基化，使甲基化沉默的基因重新表达。研究表明DNMTs主要存在于细胞核内，且出现于G1晚期DNA合成前，并持续存在于S期和G2期，这表明DNMTs的水平随细胞周期的进程发生改变，DNA甲基化与细胞周期密切相关。在正常细胞周期中，与细胞周期调控相关的蛋白、激酶等的基因呈现低DNA甲基化水平，若因环境因素和遗传易感因素诱导引起DNA甲基化水平上调，将导致细胞周期调控相关蛋白、激酶表达异常，从而引起肿瘤的发生。

目前非编码RAN研究主要集中在短链非编码RNA，尤其是微RNA（micro RNA，miRNA）调控相关研究较为深入。miRNA是一种长度约为22个核苷酸的内源性非编码小分子RNA，广泛存在于各种细胞或组织中，主要功能为调控 mRNAs的降解与翻译。miRNA主要通过调控mRNAs的翻译而调控基因的表达，即通过与核糖核蛋白复合物（如Argo-naute家族）结合形成RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC），后者再与 mRNA 靶序列特异结合从而抑制其表达，影响靶基因的蛋白质产物的合成。部分miRNA即细胞周期调控相关miRNA可通过调控cyclin/CDK复合物或重要的调节因子如PI3K（磷脂酰肌醇-3激酶）信号通路成员、Cip/Kip家族成员和INK4a家族成员的表达，从而调节细胞周期的运行。如miRNAs调控异常，将导致细胞周期运行紊乱而促进增殖，从而导致肿瘤的发生。

细胞微环境，尤其是细胞外信号与细胞周期的调控密切相关。细胞外信号种类繁多，一般可分为增殖诱导信号和抑制信号。其中增殖诱导信号主要包括生长因子、丝裂原、分化诱导剂等。如表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）可与细胞膜表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）结合而启动胞内的信号转导，促进 cyclin D合成，并抑制 CKI的功能，cyclin D通过与相应CDK结合使pRb磷酸化而丧失抑制E2F的作用，随后游离的E2F激活DNA合成基因，促使G0进入G1期；在G1期，丝裂原可激活 Ras信号转导通路并上调cyclin D1的转录表达，后者与CDK4、CDK6结合并介导pRb发生广泛磷酸化及活性抑制，随后高度磷酸化的pRb可激发E2F转录因子的活性，后者通过上调cyclin E/CDK2复合物的水平而进一步促进pRb的磷酸化，这种反馈作用可最终促进G1期向S期进展；前列腺素E2可通过与G蛋白偶联受体 EP1、EP2、EP3和 EP4结合，调控多条信号通路而发挥促进细胞增殖的作用。而增殖抑制信号如转化生长因 子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）可与细胞膜 TGF-β受体结合，启动胞内信号通路调控cyclin和CDK等的表达，在G1期表现为抑制 CDK4表达，诱导 p21 ^{kip l}、p27 ^kip1和 p15 ^Ink4b等CKI产生，而使G1期细胞阻滞。

细胞周期调控是细胞对不同信号进行整合后依靠细胞内级联反应完成的，包括细胞周期的驱动力量（CDK和 cyclin）、抑制力量和检查点等，其任一环节或多环节发生异常均可使细胞增殖过度或缺陷导致或促进疾病。

临床上与细胞增殖过度相关疾病众多，如肿瘤、肝肺肾腹膜等的纤维化、前列腺肥大、原发性血小板增多症、家族性红细胞增多症、银屑病、类风湿关节炎、肾小管间质性病变和动脉粥样硬化等，其中肿瘤细胞增殖过度的机制备受关注。下面以肿瘤为例阐述细胞周期调控异常与癌细胞恶性增殖的关系。

在肿瘤细胞或组织中，CDK因自身过表达、cyclin过表达或过度活化、CKI活性被抑制、上游促分裂信号持续激活等表现为活性增强，通过加速细胞周期运转，促进肿瘤发生、发展和转移，甚至影响肿瘤预后和疗效等。如CDK1在人上皮性卵巢癌细胞中过表达，其表达水平与患者 5年生存率呈负相关，通过联合使用CDK1抑制剂RO-3306和顺铂下调CDK1表达或活性可抑制卵巢癌生长；人结直肠癌细胞中 cyclin B1表达上调，可增强胞质CDK1的活性，二者结合成复合物与长链非编码RNA ZFAS1相互作用，从而促进细胞周期运转并抑制凋亡；在小细胞肺癌、鳞癌和不同分化胃癌组织CDK1呈过表达，并与胃癌发生的早期分子事件相关；在人类宫颈癌细胞中 CDK4在 G1/S期过表达，通过磷酸化pRb，使pRb与E2F分离，而丧失负调控细胞生长的作用，提示其与宫颈癌的发生相关；采用TGF-β处理人角化细胞可通过降低CDK4 mRNA表达介导人角化细胞增殖的抑制；高浓度CDK4可对抗p15作用而促增殖。

cyclin在多种肿瘤的组织和细胞呈过表达，如B细胞淋巴瘤、乳腺癌、胃肠癌、卵巢癌、肉瘤、白血病、甲状旁腺癌和食管癌等，过表达cyclin可涉及各成员，主要为 cyclin D和 cyclin E。cyclin过表达的原因与基因扩增、染色体倒位和染色体易位等相关。cyclin过表达可通过激活CDK活性促进细胞周期运转，致细胞癌变进而引起肿瘤发生。如cyclin D1在早期非小细胞肺癌患者的石蜡包埋组织切片中呈过表达，其过表达与鳞癌患者的总体生存率明显负相关，且不受新辅助治疗的影响；cyclin D1与癌基因c-myc协同作用能诱导转基因小鼠发生B淋巴瘤等；在卵巢癌细胞中cyclin E1因基因扩增呈现过表达，可通过激活CDK2活性促进细胞周期进程运行，从而促进卵巢癌细胞增殖并诱导肿瘤形成；cyclin E1过表达在小鼠上皮细胞株RK3E启动致癌性转化的过程中起重要作用；siRNA介导的cyclin E1基因沉默可显著诱导卵巢癌细胞的凋亡和生长抑制，提示cyclin E1与卵巢癌的发生和发展相关。

CKI通过直接特异抑制CDK活性，影响细胞周期运转。在多种肿瘤细胞或组织呈现CKI表达不足或突变，包括Ink4和Kip失活或（和）含量减少。

Ink4家族包括p16 ^Ink4a、p15 ^Ink4b、p18 ^Ink4c和 p19 ^Ink4d等；Ink4 异常与其基因缺失、高甲基化或染色体易位相关；Ink4失活或（和）含量减少可直接降低其对 G1期激酶CDK4/6的抑制作用而影响细胞周期的调控，也可间接地通过抑制DNA合成的多种生化反应导致细胞周期调控紊乱，诱发多种肿瘤。如p16 ^Ink4a在多种癌如骨肉瘤、急性白血病、胰腺癌、非小细胞肺癌和直肠癌中由于纯合性缺失、CpG岛高度甲基化或染色体易位而失活，而影响其发生、发展和预后；胃癌细胞中p15 ^Ink4b在果蝇 zeste基因增强子同源物 2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）激活的情况下出现表达抑制，从而延缓胃癌细胞的衰老；p18 ^Ink4c基因缺失和突变引起的表达下调与多种肿瘤如胰腺内分泌肿瘤、脑膜瘤、胃癌、肝癌、骨髓瘤和T淋巴细胞白血病等的发生密切相关；DNA甲基化转移酶 3A可通过沉默p18 ^Ink4c导致G1/S期加速运转，从而促进胃癌细胞的增殖。

Kip家族包括p21 ^kipl、p27 ^kip1和 p57 ^kip2等，可广谱抑制 CDK（包括CDK2/3/4/6等）活性而影响细胞周期的运行，在肿瘤发生等方面起着重要作用。若Kip由于基因缺失引起低表达或活性下降，将增强CDK的活性而促进细胞的增殖，进而对多种肿瘤（如头颈部鳞癌、乳腺癌、大肠癌、肺癌等）的发生、分化、分级和预后等方面产生重要影响。如p21 ^kip1低表达或缺失可使细胞过度增殖，进而导致肝癌、骨肉瘤和黑色素瘤等的发生；p27 ^kip1在非小细胞肺癌中受SKP2降解呈低表达，可促进肿瘤细胞增殖，提示其与非小细胞肺癌的发生、发展相关；p27 ^kip1的低表达也与肿瘤分化、分级和预后等相关，有研究表明 p27 ^kip1表达与肿瘤的分化程度和预后呈正相关，与临床分级呈负相关。

细胞周期检查点包括DNA损伤检查点、DNA复制检查点、染色体分离检查点、纺锤体组装检查点和时相次序检查点等，其中尤为重要的是DNA损伤和DNA复制检查点，位于G1/S和G2/M交界处，当其探测到DNA损伤或DNA复制量异常时，即可终止细胞周期进程，保证细胞周期精确有序地进行。如p53为DNA损伤检查点的主要分子，当DNA损伤时，p53可使细胞停滞在G1期进行修复，减少携带损伤DNA细胞的增殖；如修复失败，p53则过度表达，直接激活促凋亡基因Bax或下调抗凋亡基因Bcl-2表达而诱导细胞凋亡，以消除癌前病变细胞不恰当地进入S期，避免癌症发生和发展。p53基因是人癌突变率最高的基因，p53基因的突变可使细胞易受药物诱导产生过度的基因扩增和细胞分裂，并降低染色体准确度，从而影响肿瘤的发生、侵袭、转移和耐药性等。如Li-Fraumeni癌症综合征患者正因为遗传一个突变的p53基因，极易在 30岁前患各种癌症；若 p53缺失可使细胞易于产生药物诱导的基因扩增和细胞分裂，并降低染色体准确度；缺失p53时一个细胞周期中可产生多个中心粒，使有丝分裂时染色体分离异常，导致染色体数目和DNA倍数改变，最终演变成癌细胞，亦可促进肿瘤侵袭及转移或增加化疗抵抗；在结肠癌患者中34%的近端结肠肿瘤与45%的远端结肠肿瘤的发生与p53基因突变密切相关；在胃上皮细胞中幽门螺杆菌可抑制p53的功能并诱导其降解，从而改变细胞的应激反应途径，最终导致胃癌的发生；Yadav BS等研究发现p53突变的三阴性乳腺癌往往具有低分化和高侵袭力的特性。另外，内外环境中特殊的分子或蛋白质可使野生型p53（wild type p53， ^wtp53）发生异常降解或聚集，而致 ^wtp53无法发挥正常的功能，如影响细胞 G1期阻滞、DNA修复、促衰老、凋亡与自噬等的抑癌功能，也可能引起肿瘤的发生。如在高级别浆液性卵巢癌中，p14 ^ARF通过抑制 MDM2介导p53降解，使p53蛋白异常聚合而失活，继而使细胞出现肿瘤干细胞的特性；病毒蛋白SV40大T抗原结合p53并抑制依赖p53的下游转录活动，使失活的p53蛋白异常聚集而导致一系列肿瘤的发生。

泛素化相关酶主要通过水解细胞周期相关蛋白或激酶而调节细胞周期的运行，与细胞周期相关的泛素连接酶复合体主要包括两种，即 SCF和 APC/C复合体，若这些复合体异常，将干预泛素化介导的蛋白质水解作用，通过影响细胞周期相关蛋白或激酶，引起细胞增殖调控异常而影响肿瘤的发生、发展等。如多项研究表明SKP2可能是一种原癌蛋白，在多种肿瘤如淋巴瘤、胰腺癌、黑色素瘤、前列腺癌和乳腺癌中可见SKP2表达上调，并同时伴有肿瘤抑制因子p27蛋白水平的下调；SKP2可介导G1期p27的降解，可能通过影响细胞周期的运行进而影响肿瘤的发生；靶向的下调泛素连接酶 FBW7（F-box and WD repeat domaincontaining 7）表达将引起染色体不稳定性，并导致肿瘤发生；也有研究发现黏蛋白 1的失活可引起SKP2和相关CDK的累积，引起失控性增殖和基因组的不稳定性，从而导致肿瘤的发生。

肿瘤中常呈现DNA甲基化异常的表现，DNA甲基化异常可通过影响周期相关基因的表达而引起细胞周期运行紊乱，从而影响肿瘤的发生、发展和转移等。如在胰腺癌和肺癌患者中Reprimo基因启动子存在高甲基化，通过抑制Reprimo转录引起Reprimo基因低表达，导致G2/M期检查点调控的紊乱，从而影响肿瘤的发生；在肝癌细胞中人类有丝分裂检查点基因hsMAD2基因序列上游0.5kb的启动子频繁出现异常甲基化，而使hsMAD2沉默，并最终导致M期检查点功能缺陷，进而引起肿瘤的形成；NPC组织或细胞中具有抑癌功能的PCDH8基因或RRAD基因的启动子区呈高甲基化而致两者表达下调，且低RRAD可通过影响下游p53通路促进肿瘤的恶化和转移，5-aza-2′-dC处理可显著增加RRAD表达而抑制细胞增殖及迁移；NPC的某些基因（如RRAD、PCDH8、CASP8、CHFR、CDKN2A/p16和 WIF1 等）高甲基化可干预细胞周期及凋亡调控、DNA修复和肿瘤浸润转移等，提示NPC是一种高频率基因CpG岛甲基化的肿瘤。

miRNAs参与细胞周期的调控，如与细胞周期相关的 miRNAs调控异常，将导致细胞周期运行紊乱，从而影响肿瘤发生发展、化疗抗拒和预后。如研究发现上调miR205可明显抑制肿瘤干细胞（cancer stem cell，CSC）的成瘤能力，且与临床预后呈正相关；在高度侵袭性乳腺癌细胞株和淋巴结阳性乳腺癌标本中miRNA17/20下调；在肝细胞癌中 miRNA-423-3P和 miRNA-519d可通过作用于其下游靶点p21 ^Cip1/Waf1，以促进细胞周期中G1/S期转换的进程；结直肠癌中miR146a可抑制Numb表达而上调Wnt通路促癌干细胞分裂，致其对西妥昔单抗耐受。

细胞增殖缺陷可导致许多疾病，如糖尿病肾病、再生障碍性贫血和神经退行性疾病等。目前对糖尿病肾病与细胞周期调控异常的研究相对较为深入，下面以糖尿病肾病为例简述细胞周期调控异常与糖尿病时肾脏细胞增殖缺陷的关系。

糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病常见且最严重的微血管并发症之一，其病理变化复杂，早期主要表现为肾脏细胞如肾小管细胞和肾小球系膜细胞的增生和肥大，晚期则为肾小球硬化及肾小管间质纤维化。一般认为，在糖尿病肾病早期，肾脏细胞经自限性增生期后转入肥大期，肥大的肾脏细胞将分泌过多的细胞外基质，导致细胞外基质积聚，这与晚期肾小球硬化及肾小管间质纤维化有密切关系。因此早期抑制肾脏细胞肥大或许是早期防治糖尿病肾病的有效手段之一，探索其发生的病理生理学基础尤为重要。目前已知细胞周期驱动力量cyclin和CDK与细胞周期抑制力量CKI调控异常在糖尿病肾病发病早期肾脏细胞的增生和肥大中起作用。

若把细胞周期比喻为一辆运行的汽车，驱使其运行的因素细胞周期驱动力量即为“油门”，若在启动时不加油门，汽车将无法运行；若在启动后持续加油门，汽车运行终将失控。在糖尿病肾病发病早期的肾脏细胞中就存在“油门”即细胞周期驱动力量的异常调控。

目前已有研究表明，细胞周期驱动力量在糖尿病肾病早期肾小球和肾小管细胞的肥大中发挥双向作用。糖尿病肾病早期肾小球系膜细胞和肾小管细胞首先发生自限性增生，此时细胞内 cyclin（如cyclin A、E）和 CDK（如 CDK2）表达上调，促进细胞增生；然而在经历短暂的自限性增生期后，细胞内的cyclin和CDK表达逐渐下调，细胞阻滞于G1期，此时细胞内的RNA和蛋白质等仍在持续增加，从而导致细胞增殖受抑且转变为肥大细胞。如有研究发现在糖尿病肾病中在增殖的系膜细胞中则存在cyclin E、cyclin A和CDK2水平的升高，而在肥大的系膜细胞或肾小管和肾小球细胞中均未能检测到cyclin和CDK的升高；肥大的肾小球和肾小管细胞多阻滞于G1期，在此期间细胞中的蛋白及RNA含量逐渐增加，体积增大，但细胞无法通过G1/S交界进入S期，故细胞增殖受抑，从而使细胞表现为肥大。张颖等研究表明在糖尿病肾病早期自限性增生期，肾小管和肾小球细胞中的PCNA较正常细胞显著升高，且细胞周期驱动力量cyclin D1和CDK4均显著升高，提示cyclin D1和CDK4升高与糖尿病肾病早期肾小管和肾小球细胞的自限性增生相关；而后，细胞进入肥大期时，PCNA的表达逐渐下降，同时cyclin D1和CDK蛋白水平亦逐渐下调至低于正常水平，cyclin D1/CDK复合物减少使细胞增殖受抑，细胞周期阻滞于G1期，继而转为肥大。然而也有部分学者发现不同结果，如有研究发现在肾小球和肾小管肥大细胞中cyclin E表达下调且cyclin E/CDK2复合物的活性受到抑制，而cyclin D1则呈高表达。综上所述，DN早期肾脏细胞中细胞周期驱动力量cyclin、CDK的变化可能与肾脏细胞增生转为肥大的过程相关。

另外也有研究表明在肾脏内的其他细胞如肾小球脏层上皮细胞足细胞中，cyclin和CDK主要表现为表达上调且与细胞损伤相关。如有研究表明上调MAD2B的表达可抑制 E-钙黏蛋白 1的表达并使cyclin B1和Skp2表达上调，从而引起足细胞的损伤；在糖尿病肾病的足细胞中存在CDK5的表达上调，然而其主要通过直接或间接上调促存活蛋白Bcl-2和Bcl-xL的表达，从而对足细胞的损伤和保护起调节作用；高糖环境下刺激培养的足细胞细胞株可通过激活TGF-β1信号通路而使CDK5表达增高，导致足细胞损伤。

同样把细胞周期比喻为一辆运行的汽车，制动其运行的因素细胞周期抑制力量即为“刹车”，若刹车出现故障，也将引起汽车运行失控。在糖尿病肾病发病早期同样存在细胞周期抑制力量的调控异常。

目前研究表明，细胞周期抑制力量如 p16、p27等在糖尿病肾病早期亦发挥双重作用。在糖尿病早期的自限性增生期，肾小球系膜细胞和肾小管细胞中的 CKI（如 p16、p27）表达下调，协同 cyclin/CDK复合物的活性上调，促进细胞增殖；经历短暂的自限性增生期后，CKI表达逐渐上调，通过抑制 cyclin/CDK复合物的活性影响细胞跨越G1/S期交界点，使细胞阻滞于G1期，导致细胞周期受抑，细胞转变为肥大细胞。如有研究提示肾小球系膜细胞在高糖环境下培养 48～72h，p27的表达明显增强，而mRNA的表达无变化，提示p27的表达上调主要为高糖环境影响；过表达肾小球系膜细胞中与丝氨酸蛋白酶超家族同源的megsin蛋白可上调p27的表达水平，使G1期延长，若无法通过G1/S期交界点，则引起细胞周期停滞，导致细胞增殖受抑并进一步引起细胞肥大。p16在糖尿病肾病患者肾小管和肾小球细胞中均明显高表达，且其过度表达可抑制体外培养的多种肾脏细胞的增生，并刺激细胞发生肥大；张颖等研究表明在链脲佐菌素诱发的糖尿病大鼠中，诱发糖尿病发生的前5天 p16表达减弱，并伴有cyclin D1/CDK4表达增加，二者共同作用引起肾脏细胞增生；随后，p16表达逐渐增加且上升显著，同时伴有cyclin D1和CDK4表达均下降，细胞增殖受抑而逐渐表现为肥大，这提示细胞肥大可能与p16抑制cyclin D/CDK4复合物功能而导致细胞周期停滞相关。还有研究提示在糖尿病肾病早期系膜细胞中p21的表达上调是引起细胞周期阻滞的重要因素。然而，也有学者发现不同的结果，如有研究发现高糖可引起肾小球系膜p21表达增强而p57表达无变化；链脲佐菌素诱发的小鼠糖尿病模型中也发现 p21表达增强，而p27、p57表达未见显著变化。

综上所述，糖尿病肾病早期肾脏细胞病理变化（如增生、肥大及细胞外基质积聚）与细胞周期驱动力量CDK和cyclin、细胞周期抑制力量CKI等调控异常密切相关，其具体效应因细胞类型及细胞所处阶段不同而异，当中的确切机制仍有待探讨；同时其与细胞周期检查点、泛素化介导的蛋白水解和表观遗传学调控异常是否相关，也仍有待进一步探索发现。

细胞周期及其调控正如一台高度自动化的机器，一经启动就按编好的程序精确且有序地进行。若细胞自动程序、检查机制或信息传递通路等任一环节出现故障，都可使细胞周期失控，导致各种异常。其中最常见的为肿瘤，以下将以癌为例探讨调控细胞周期与疾病防治。

抑制促增殖信号或（和）提高抑增殖信号可防治癌症。如促增殖信号EGF可与EGFR结合激活受体酪氨酸激酶系统，通过Ras和Akt等途径激活 NF-κβ，提高 CDK2激酶活性和使cyclin D1过表达，促肿瘤细胞的增殖，这对乳腺癌等尤其是非激素依赖型乳腺癌发生和发展至关重要；采用抑制剂降低EGF含量或采用抗EGFR单抗抑制EGF与EGFR结合可使细胞增殖减弱，以降低促增殖信号治疗癌症。

CDK或（和）cyclin的表达和活性CDK和cyclin为细胞周期驱动力量，抑制癌症发生发展中过表达的 cyclin和CDK可防治癌症。如广谱CDK 抑制剂 flavopiridol可抑制 CDK1、CDK2、CDK4和 CDK7，使细胞发生 G1/S和 G2/M 期阻滞；抗癌药（如 CNDAC）可激活 Chk1，通过灭活磷酸酯酶（如CDC25C）而增强CDK1抑制性位点的磷酸化，引起细胞 G2期阻滞，以减少癌细胞增殖；采用高度特异性CDK4/6抑制剂帕博西尼处理ER受体阳性乳腺癌细胞，通过降低 CDK4/6表达而抑制ER受体阳性乳腺癌细胞的增殖，同时发现使用该抑制剂的浓度与乳腺癌细胞生长抑制程度成正比；在结肠癌细胞HCT116中通过慢病毒载体介导CDK8基因沉默，可下调β-连环蛋白（β-catenin）表达而调控Wnt/β-catenin信号通路，抑制结肠癌细胞在体外的转移和侵袭，且在构建的小鼠结肠癌动物模型中得到验证；体内外实验发现注射抗cyclin D1抗体或反义寡核苷酸可抑制肺癌细胞由G1向S期过渡，并逆转转化细胞的形态；采用常见的抗氧化剂萝卜硫素处理非小细胞肺癌细胞A549，可降低cyclin D1阳性细胞百分率，并导致细胞周期停滞，从而抑制肿瘤的发展，因此提示萝卜硫素可用于非小细胞肺癌的治疗；黏液霉素A可通过抑制细胞周期调控蛋白cyclin D1、cyclin E等使细胞周期停滞于 S期，抑制胰腺导管腺癌细胞的增殖，从而对胰腺导管腺癌发挥治疗作用。

CKI为细胞周期的抑制因子，通过特异性抑制CDK而发挥“刹车”的作用。增加癌症发生发展中低表达CKI的量和提高其活性可防治癌症。如将野生型 CKI（如 p16、p21 ^kip1、p27 ^kip1）基因导入可使癌细胞阻滞于 G0/G1期；P27转染可抑制人乳腺癌和鼻咽癌细胞生长，逆转恶性表型，减少非整倍体细胞，并使G2/M期细胞增多；将p21cDNA转染可抑制人甲状腺、脑、肺和直肠癌等多种癌细胞生长和增强其对化疗的敏感性；采用TGF-β或cAMP处理骨髓瘤细胞、电离辐射处理成纤维细胞瘤或1，25-二羟维生素D ₃处理 Hela细胞，可增加p27 ^kip1表达量而抑制癌细胞生长；上调p16 ^Ink4a可通过miR-21-5p依赖性抑制ERK1/2的表达从而抑制骨肉瘤的发生及转移；上调forkhead box A1表达可通过激活 p16 ^Ink4a的表达，进而激活Akt通路诱导宫颈癌细胞的衰老；在非小细胞肺癌细胞中抑制 SKP2对p27 ^kip1的降解作用，可恢复后者的表达，抑制肿瘤细胞生长；五没食子酰葡萄糖可通过诱导p27 ^kip1的表达使乳腺癌MCF-7细胞株停滞于G1期进而诱导肿瘤细胞凋亡。

细胞周期检查点的障碍与肿瘤密切相关，但其对肿瘤的发生发展等的不同阶段影响不同。下面以p53为例探讨修复或利用缺陷的细胞周期检查点对肿瘤防治的作用及其机制。

通过转染 ^wtp53可修复缺陷的细胞周期检查点，减少或消除带有受损DNA细胞的增殖，防止细胞发生癌变，同时抑制多种癌细胞生长和转移，而达到治疗肿瘤的作用，如有研究发现，含突变型p53的细胞因无法发挥正常p53的功能而较为敏感和脆弱，故可通过诱导突变型p53基因去除或抑制突变型p53的下游通路而治疗肿瘤；苹果多元酚根皮素可通过诱导肝细胞核因子6活化上调p53表达，并激活其介导的信号通路从而使结直肠癌细胞株COLO205生长停滞，且可抑制裸鼠结直肠癌模型的肿瘤转移。

大约50%的人类各种肿瘤都存在p53基因的突变，而致G1/S期和G2/M期DNA损伤关卡等缺陷，而癌旁组织仍含有 ^wtp53，治疗时可利用丧失某时相阻滞作用的特性，以提高和加重靶细胞内DNA损伤的量和程度来提高治疗效果。如电离辐射可引起含 ^wtp53基因的人类肿瘤细胞G1和G2期阻滞，而含突变型 p53（mutant type p53， ^mutp53）基因的肿瘤细胞则只有G2期阻滞，应用药物如咖啡因缩短瘤细胞G2期则可以增加含 ^mtp53基因的癌细胞放射敏感性；同时应用缩短 G2期药物可使常规放化疗选择性杀伤癌细胞，减少正常组织细胞的损伤；白花丹素可通过上调p53和p21的表达并抑制G1细胞周期调节因子从而抵抗乳腺癌肿瘤细胞的过度增殖。

泛素化介导蛋白的降解是非特异且涉及面广，降解的蛋白包括细胞周期驱动力量、抑制力量及实施检查点功能的蛋白。故防治肿瘤须因各种肿瘤发病机制的不同而制定不同的原则，合理的促进或抑制泛素化降解途径的进行可防治肿瘤。如研究发现在小鼠淋巴瘤模型中通过化学物质抑制E1酶的活化可显著地诱导肿瘤细胞的死亡并延迟肿瘤的生长；通过 RNA干扰介导Skp2的沉默可抑制恶性胶质瘤细胞的生长；抑制MDM2的表达可使p53稳定表达并激活肿瘤细胞中的p53通路，引起肿瘤细胞周期阻滞，从而治疗肿瘤。

表观遗传的调控异常与肿瘤密切相关，目前多从调控 DNA甲基化和miRNA角度防治肿瘤。

通过合理调控 DNA甲基化可防治肿瘤。如有研究发现在胰腺癌细胞中由于细胞周期调控基因的DNA甲基化异常而对卡巴他赛产生抵抗，通过联用5-氮杂胞苷可提高胰腺癌细胞对卡巴他赛的敏感性；成神经细胞瘤中丙戊酸可抑制组蛋白去乙酰酶（HDAC）并引起肿瘤相关基因的高DNA甲基化，并下调肿瘤抑制基因的甲基化水平，导致细胞增殖障碍和细胞周期阻滞，从而对乳腺癌成神经细胞瘤起治疗作用；在肝癌细胞中羟基脲素可阻断阿扎胞苷和地西他滨对DNA甲基化的抑制作用，从而引起细胞周期阻滞，三者联用可提高对肝癌的治疗效果。

通过合理调控 miRNA可防治肿瘤。如有研究发现通过下调miRNA-296调控cyclin D1和p27的表达可抑制食管癌细胞的生长；过表达let-7d可下调细胞周期激活因子CCND2和E2F2的表达并上调p21和p27的表达，从而减少骨肉瘤干细胞增殖；上调 miRNA-144可沉默GSPT1的表达并调控与细胞增殖相关的c-myc、存活素和Bcl2L15的表达，从而抑制直肠癌细胞的增殖；miR-133a/b和miR-361-3p的抑制剂可抑制其表达而激活caspase-3/7依赖的细胞凋亡通路和诱导细胞阻滞于S期，导致肺癌细胞的存活受到抑制。