什么是有丝分裂？

生物体产生新细胞的主要机制是通过细胞分裂。在此过程中，单个“父”细胞将分裂并产生相同的“子”细胞。以这种方式，亲本细胞将其遗传物质传递给其每个子细胞。然而，首先，细胞必须复制它们的DNA。有丝分裂是细胞分离其重复DNA的过程，最终将其细胞核分成两部分。

细胞分裂是生物体中的普遍过程。1855年，鲁道夫·魏尔啸，德国研究员，在关于众生的基本观察：每一个细胞都来自另一个细胞起源，或“ OMNIS cellulaècellula ， ”在原来的拉丁语，作为作者迈伦舒尔茨讲述了在2008年的文章期刊新发传染病。

细胞分裂的机制在原核生物和真核生物之间不同。原核生物是单细胞生物，如细菌和古细菌。它们具有简单的内部结构，具有自由漂浮的DNA。他们使用细胞分裂作为无性繁殖的方法，其中父母和后代的遗传构成是相同的。原核生物中无性繁殖的一种常见机制是二元裂变。在此过程中，亲本细胞复制其DNA并增加其细胞内容物的体积。最终，裂缝出现在细胞的中心，导致形成两个相同的子细胞。

另一方面，真核生物的细胞具有组织的中央隔室，称为细胞核，以及其他结构，例如线粒体和叶绿体。大多数真核细胞通过增加细胞体积并通过称为细胞周期的一系列确定的相复制DNA来分裂并产生相同的自身拷贝。由于它们的DNA包含在细胞核内，它们也会经历核分裂。“有丝分裂被定义为真核细胞核的分裂，” 约翰霍普金斯大学生物学教授M. Andrew Hoyt说，“[虽然]许多人用它来反映用于细胞复制的整个细胞周期。”

与原核生物一样，单细胞真核生物，如变形虫和酵母，也使用细胞分裂作为无性繁殖的方法。对于复杂的多细胞真核生物如植物和动物，细胞分裂对于生长和受损组织的修复是必需的。真核细胞也可以经历称为减数分裂的特殊形式的细胞分裂，这是产生精子细胞，卵细胞和孢子等生殖细胞所必需的。

真核细胞周期

真核细胞周期是一系列明确定义且精心定时的事件，允许细胞生长和分裂。根据Geoffery Cooper，“ The Cell：A Molecular Approach，2nd Ed。 ”(Sinauer Associates，2000)的作者，大多数真核细胞周期分为四个阶段：

G1期(第一个间隙期)：在此阶段，细胞用于有丝分裂，生长和进行各种代谢活动。

S期(合成期)：在此阶段，细胞复制其DNA。真核生物DNA在球形组蛋白周围盘绕，形成称为染色体的棒状结构。在S期期间，每个染色体产生其拷贝或姐妹染色单体。两个姐妹染色单体在称为着丝点的点融合在一起，复合体类似于字母“X”的形状。

G2期(第二个间隙期)：在此阶段，细胞继续生长并产生有丝分裂所必需的蛋白质。

(G1，S和G2阶段统称为“间期”。)

M期(有丝分裂)：有丝分裂涉及姐妹染色单体的分离。被称为有丝分裂纺锤体的蛋白质细丝结构钩在着丝粒上并开始收缩。这将姐妹染色单体拉开，慢慢地将它们移动到细胞的相反两极。在有丝分裂结束时，细胞的每个极都有一套完整的染色体。核膜改造，细胞分裂成两半，产生两个相同的子细胞。

染色体在有丝分裂期间变得高度压实，并且在显微镜下可以清楚地看作致密结构。

只有当它们注定要分裂时，产生的子细胞才能重新进入G1期。并非所有细胞都需要连续分裂。例如，人类神经细胞在成人中停止分裂。肝脏和肾脏等内脏器官的细胞只在需要时分裂：取代死亡或受伤的细胞。这种类型的细胞进入G0期(静止期)。Cooper表示，当它们接收到必要的分子信号时，它们仍然具有代谢活性，只能进入细胞周期的G1期。

根据芝加哥伊利诺伊大学的课程资料， 有丝分裂分为四个阶段。特征阶段也见于减数分裂的后半部分。

前期：复制的染色体被压缩，可以很容易地显示为姐妹染色单体。有丝分裂纺锤体是一种蛋白质细丝网络，从称为中心粒的结构中出现，位于细胞的任一端。有丝分裂纺锤体是柔性的并且由微管制成，微管又由蛋白质亚基微管蛋白制成。

中期：核膜溶解，有丝分裂纺锤体锁定着丝粒上的姐妹染色单体。有丝分裂纺锤体现在可以在细胞中移动染色体。霍伊特说：“你可以对一座正在举起摩天大楼的梁进行类比。” “除了大梁可以非常迅速地组装和拆卸。它们是极其动态的结构元素。” 到中期结束时，所有染色体都在细胞中间排列。

后期：有丝分裂纺锤体收缩并将姐妹染色单体拉开。它们开始移动到细胞的两端。

端粒：染色体到达细胞的任一端。核膜再次形成，细胞体分裂成两个(胞质分裂)。

在有丝分裂结束时，一个细胞产生两个遗传上相同的子细胞。

细胞周期调节和癌症

细胞周期的各种事件受到严格监管。如果在任何一个阶段发生错误，细胞可以阻止细胞分裂进展。Cooper表示，这种调节机制被称为细胞周期检查点。G1，G2和M阶段有三个检查点。受损的DNA会阻止G1期的细胞周期进展，确保不会复制异常细胞。G2检查点响应错误复制或损坏的DNA。它可以防止细胞进入M期，直到DNA被正确复制，或者直到损坏被修复。M期检查点可以在中期停止细胞周期。它确保所有姐妹染色单体正确地连接到有丝分裂纺锤体，并且姐妹染色单体向细胞的相对端移动。

Hoyt说：“如果出现问题并且没有得到纠正，你最终会得到一些能够获得额外染色体的细胞，而另一些细胞则有缺陷。” “通常这些细胞的基因型[DNA序列]不会支持细胞的生命，而细胞会死亡。这通常是一件好事。”

有时，异常细胞不仅可以存活，还可以繁殖。大多数情况下，这些细胞与癌症有关。“它[细胞]可能有一个额外的染色体副本，其上有一个致癌基因。当它不应该向前推进时，它将开始向前推进细胞周期，”Hoyt说。“这是癌症进展的第一步。” 已知癌细胞经历猖獗和不受管制的细胞分裂。

细胞周期与癌症之间的关系导致了一类癌症药物的开发，这些药物在有丝分裂期间特异性靶向癌细胞。根据2012年发表在“ 细胞死亡与疾病 ” 杂志上的一篇文章，“这种策略包括细胞在有丝分裂中的长期停滞，最终导致有丝分裂细胞死亡。”

例如，微管毒物通过靶向微管(有丝分裂纺锤体的主要成分)来阻止有丝分裂。破坏这些薄的，空心的，微观的蛋白质细丝最终会阻止姐妹染色单体被拉开。微管毒物的实例是药物紫杉醇(紫杉醇)和长春花生物碱，其用于治疗一系列癌症，包括某些卵巢癌和乳腺癌。

然而，微管毒物并非没有限制。根据发表在EMBO报告杂志上的2018年评论文章，这些药物有时会对脑细胞产生毒性，或者癌细胞会变得耐药，避免被杀死。为了寻找替代解决方案，研究人员正在寻求开发针对有丝分裂其他方面的药物。2016年，美国食品和药物管理局(FDA)批准将新药Palbociclib与现有的抗癌药物联合使用，以治疗某些乳腺癌。根据2017年发表在Nature Reviews Cancer杂志上的一篇评论文章，Palbociclib的工作原理是将癌细胞冷冻保持在G1期。

据EMBO报告，迄今为止在临床试验中测试的化合物取得了一些成功，但效果不如微管毒药。然而，靶向有丝分裂治疗癌症仍然是一个活跃的研究领域。