细胞过程 — 如何定量细胞增殖？

细胞增殖所产生新细胞影响体内所有组织的发育、生长和维持。此过程必须严格受控，因为不受控的细胞分裂（如各种癌症中所见）可能导致肿瘤形成和破坏器官功能。对生物活动的广泛影响让理解和准确评估各种环境中细胞增殖变得格外重要。

细胞增殖是通过分裂发生的细胞数量增加，它在生命周期中正常组织发育和维持是必须的。虽然许多类型的细胞经历持续增殖，例如皮肤和骨髓细胞，但许多细胞在成人组织中处于非增殖状态，除非它们被激活以替换被损伤或感染的细胞。与之相反，细胞周期关键基因突变引起的细胞增殖失调是各类癌症的标志，可以造成肿瘤异常的不受控制的生长。

细胞分裂通过 细胞周期的多个阶段紧密调节，包括细胞表达 mRNA 和蛋白质以为导致有丝分裂的后续步骤做准备的 G₁ 期，合成新 DNA 的 S 期 、细胞进一步生长的 G₂ 期和细胞最终分裂的最后 M 期或有丝分裂。一些细胞退出细胞周期并停止分裂；这称为静止或静息状态 (G₀)。对真核细胞分裂的控制由称为“检查点”的回路分子控制，它可确保从一个细胞周期到下一个细胞周期的通过时间正确。协调的成组蛋白可监测细胞生长和 DNA 完整性，以确保在每轮细胞分裂过程中正确生成新的子细胞，防止不受控的 细胞生长或受损 DNA 的传播（可导致基因组不稳定性和肿瘤发生）。

许多细胞周期和增殖分析方法已被开发，可以测量各种实验环境中细胞分裂的量和速率。由于大多数健康细胞群落在培养中发生增殖，它可用作正常生长条件下细胞活力，和对各种刺激和/或基因干扰处理产生反应的标记物。用于测量增殖的常用方法依赖于通过 碘化丙啶（一种荧光染料，通过插入 DNA 骨架的碱基间来结合 DNA）或溴脱氧尿苷嘧啶 (BrdU)（一种胸苷的合成核苷类似物）的掺入确定细胞的 DNA 含量和合成。另外，通过蛋白质印迹法、免疫组织化学 或 qPCR 测量细胞周期进展所需的基因的表达水平，提供了对进行中细胞分裂和增殖的解析手段。

这些基因的示例包括增殖细胞核抗原（PCNA)、Ki67、磷酸化组蛋白 H3 以及许多细胞周期蛋白（如 Cyclin D1）。选择方法时，需要着重考虑使用的标记物是特定于细胞周期的某个特定阶段，还是属于持续增殖的广义指标，因为这会影响结果的解释。例如，使用胸苷类似物标记细胞可以指示在 S-期活跃复制 DNA 的细胞，而定量 Ki67 表达可以体现群体中增殖细胞数量的更完整全景，因为它在细胞周期的所有阶段都表达。