细胞周期同步化知识概述

高彤　解凯彬

1 细胞周期同步化的含义

在一般培养条件下，群体中的细胞处于不同的细胞周期时相之中。为了研究某一时相细胞的代谢、增殖、基因表达或凋亡，借助某种实验手段（自然的或经人为的），使细胞群体中处于细胞周期不同时相的细胞停留在同一时相，这就是细胞同步化技术。如：选用DNA合成抑制剂可逆地抑制S期细胞DNA合成而不影响其他细胞周期运转，最终可将细胞群体阻断在G1/S期交界处；一些抑制微管聚合的药物，因抑制有丝分裂装置的形成和功能行使，可将细胞阻断在有丝分裂中期，即使细胞同步于M期。使细胞大量的处于同一细胞时期，可获得某一时期大量的物质，如细胞中期时的染色体等。

2 细胞周期同步化的分类

2.1 自然同步化

自然存在的、不受人为条件干扰的是自然同步化，在动、植物细胞都有发现。如粘菌、疟原虫等因只进行核分裂，不发生胞质分裂，从而形成多核体。数量众多的核处于同一细胞质中，进行同步化分裂。再如大量海胆卵同时授精，最初的3次细胞分裂是同步的；大量海参卵受精后，前9次细胞分裂也是同步化进行的。还有真菌的休眠孢子移入适宜环境后，增殖抑制解除，它们一起发芽，同步分裂。

2.2 人工同步化

在培养过程中用各种理化因素处理细胞而获得的同步化生长是人工同步化。

3 细胞周期同步化的人工方法

细胞周期人工同步化的常用方法主要有选择同步化、诱导同步化或两者的结合。

3.1 选择同步化

（1） 有丝分裂选择法：使单层培养的细胞处于对数增殖期，此时分裂活跃，分裂指数高。有丝分裂细胞变圆隆起，与培养皿的附着性低，此时轻轻振荡，M期细胞脱离器壁，悬浮于培养液中，收集培养液，再加入新鲜培养液，依此继续收集，这样每隔一定时间摇一次并收获一次冷藏保存，即可获得一定数量的中期细胞。其优点是操作简单，同步化程度高，细胞不受药物伤害，缺点是获得的细胞数量较少，约仅占1%～2%。

（2） 细胞沉降分离法：不同时期的细胞体积不同，而细胞在给定离心场中沉降的速度与其半径的平方成正比，因此可用此方法分离，其缺点是同步化程度较低。

3.2 诱导同步化

（1） DNA合成阻断法：选用5-氟脱氧尿嘧啶、羟基脲、阿糖胞苷、氨甲蝶呤、高浓度TdR等相应的抑制剂，可逆地抑制DNA合成，而不影响其他时期细胞的运转，最终将细胞群阻断在S期或G/S交界处，以达到细胞同步于S期的目的。其中高浓度TdR对S期细胞的毒性较小，因此常用TdR双阻断法诱导细胞同步化（图1）：以海伦细胞为例（海伦细胞周期时间为21 h，其中G1期为10 h，S期为7 h，G2期为3 h，M期为1 h）：在细胞处于对数生长期的培养基中加入过量TdR，S期细胞被抑制，其它时期细胞继续运转，最后停在G1/S交界处。然后移去TdR，洗涤细胞并加入新鲜培养液、细胞又开始分裂。当释放时间大于7 h时，所有细胞均脱离S期，再次加入过量TdR，细胞继续运转至G1/S交界处，被过量TdR抑制而停止。优点是同步化程度高，可将几乎所有的细胞同步化。

（2） 中期阻断法：利用破坏微管的药物将细胞阻断在中期，常用的药物有秋水仙素和秋水仙酰胺，但由于秋水仙素或秋水仙胺对细胞有一定毒性，用量较小或作用时间较短细胞活性尚可恢复，而用量过大或时间过长则细胞不能存活，因此使用时应严格控制其剂量和作用时间。

另外，将与细胞周期调控有关的条件依赖性突变株转移到限定条件下培养，也可将细胞同步化在细胞周期中某一特定时期。

4 细胞周期同步化的检测

对各个时期的同步化细胞主要可通过流式细胞术来鉴定其细胞周期，通过比较各时相细胞的百分比，看是否达到预期的目的。如图2所示，DNA含量为2C的细胞占相当大的百分比，结合图3就可以分析出细胞周期同步化处理后大多数细胞处于G1期。