生物體產(chǎn)生新細(xì)胞的主要機制是通過細(xì)胞分裂。在此過程中，單個“父”細(xì)胞將分裂并產(chǎn)生相同的“子”細(xì)胞。以這種方式，親本細(xì)胞將其遺傳物質(zhì)傳遞給其每個子細(xì)胞。然而，首先，細(xì)胞必須復(fù)制它們的DNA。有絲分裂是細(xì)胞分離其重復(fù)DNA的過程，最終將其細(xì)胞核分成兩部分。

細(xì)胞分裂是生物體中的普遍過程。1855年，魯?shù)婪?middot;魏爾嘯，德國研究員，在關(guān)于眾生的基本觀察：每一個細(xì)胞都來自另一個細(xì)胞起源，或“ OMNIS cellulaècellula ， ”在原來的拉丁語，作為作者邁倫舒爾茨講述了在2008年的文章期刊新發(fā)傳染病。

細(xì)胞分裂的機制在原核生物和真核生物之間不同。原核生物是單細(xì)胞生物，如細(xì)菌和古細(xì)菌。它們具有簡單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有自由漂浮的DNA。他們使用細(xì)胞分裂作為無性繁殖的方法，其中父母和后代的遺傳構(gòu)成是相同的。原核生物中無性繁殖的一種常見機制是二元裂變。在此過程中，親本細(xì)胞復(fù)制其DNA并增加其細(xì)胞內(nèi)容物的體積。最終，裂縫出現(xiàn)在細(xì)胞的中心，導(dǎo)致形成兩個相同的子細(xì)胞。

另一方面，真核生物的細(xì)胞具有組織的中央隔室，稱為細(xì)胞核，以及其他結(jié)構(gòu)，例如線粒體和葉綠體。大多數(shù)真核細(xì)胞通過增加細(xì)胞體積并通過稱為細(xì)胞周期的一系列確定的相復(fù)制DNA來分裂并產(chǎn)生相同的自身拷貝。由于它們的DNA包含在細(xì)胞核內(nèi)，它們也會經(jīng)歷核分裂。“有絲分裂被定義為真核細(xì)胞核的分裂，” 約翰霍普金斯大學(xué)生物學(xué)教授M. Andrew Hoyt說，“[雖然]許多人用它來反映用于細(xì)胞復(fù)制的整個細(xì)胞周期。”

與原核生物一樣，單細(xì)胞真核生物，如變形蟲和酵母，也使用細(xì)胞分裂作為無性繁殖的方法。對于復(fù)雜的多細(xì)胞真核生物如植物和動物，細(xì)胞分裂對于生長和受損組織的修復(fù)是必需的。真核細(xì)胞也可以經(jīng)歷稱為減數(shù)分裂的特殊形式的細(xì)胞分裂，這是產(chǎn)生精子細(xì)胞，卵細(xì)胞和孢子等生殖細(xì)胞所必需的。

真核細(xì)胞周期

真核細(xì)胞周期是一系列明確定義且精心定時的事件，允許細(xì)胞生長和分裂。根據(jù)Geoffery Cooper，“ The Cell：A Molecular Approach，2nd Ed。 ”(Sinauer Associates，2000)的作者，大多數(shù)真核細(xì)胞周期分為四個階段：

G1期(第一個間隙期)：在此階段，細(xì)胞用于有絲分裂，生長和進(jìn)行各種代謝活動。

S期(合成期)：在此階段，細(xì)胞復(fù)制其DNA。真核生物DNA在球形組蛋白周圍盤繞，形成稱為染色體的棒狀結(jié)構(gòu)。在S期期間，每個染色體產(chǎn)生其拷貝或姐妹染色單體。兩個姐妹染色單體在稱為著絲點的點融合在一起，復(fù)合體類似于字母“X”的形狀。

G2期(第二個間隙期)：在此階段，細(xì)胞繼續(xù)生長并產(chǎn)生有絲分裂所必需的蛋白質(zhì)。

(G1，S和G2階段統(tǒng)稱為“間期”。)

M期(有絲分裂)：有絲分裂涉及姐妹染色單體的分離。被稱為有絲分裂紡錘體的蛋白質(zhì)細(xì)絲結(jié)構(gòu)鉤在著絲粒上并開始收縮。這將姐妹染色單體拉開，慢慢地將它們移動到細(xì)胞的相反兩極。在有絲分裂結(jié)束時，細(xì)胞的每個極都有一套完整的染色體。核膜改造，細(xì)胞分裂成兩半，產(chǎn)生兩個相同的子細(xì)胞。

染色體在有絲分裂期間變得高度壓實，并且在顯微鏡下可以清楚地看作致密結(jié)構(gòu)。

只有當(dāng)它們注定要分裂時，產(chǎn)生的子細(xì)胞才能重新進(jìn)入G1期。并非所有細(xì)胞都需要連續(xù)分裂。例如，人類神經(jīng)細(xì)胞在成人中停止分裂。肝臟和腎臟等內(nèi)臟器官的細(xì)胞只在需要時分裂：取代死亡或受傷的細(xì)胞。這種類型的細(xì)胞進(jìn)入G0期(靜止期)。Cooper表示，當(dāng)它們接收到必要的分子信號時，它們?nèi)匀痪哂写x活性，只能進(jìn)入細(xì)胞周期的G1期。

根據(jù)芝加哥伊利諾伊大學(xué)的課程資料， 有絲分裂分為四個階段。特征階段也見于減數(shù)分裂的后半部分。

前期：復(fù)制的染色體被壓縮，可以很容易地顯示為姐妹染色單體。有絲分裂紡錘體是一種蛋白質(zhì)細(xì)絲網(wǎng)絡(luò)，從稱為中心粒的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，位于細(xì)胞的任一端。有絲分裂紡錘體是柔性的并且由微管制成，微管又由蛋白質(zhì)亞基微管蛋白制成。

中期：核膜溶解，有絲分裂紡錘體鎖定著絲粒上的姐妹染色單體。有絲分裂紡錘體現(xiàn)在可以在細(xì)胞中移動染色體。霍伊特說：“你可以對一座正在舉起摩天大樓的梁進(jìn)行類比。” “除了大梁可以非常迅速地組裝和拆卸。它們是極其動態(tài)的結(jié)構(gòu)元素。” 到中期結(jié)束時，所有染色體都在細(xì)胞中間排列。

后期：有絲分裂紡錘體收縮并將姐妹染色單體拉開。它們開始移動到細(xì)胞的兩端。

端粒：染色體到達(dá)細(xì)胞的任一端。核膜再次形成，細(xì)胞體分裂成兩個(胞質(zhì)分裂)。

在有絲分裂結(jié)束時，一個細(xì)胞產(chǎn)生兩個遺傳上相同的子細(xì)胞。

細(xì)胞周期調(diào)節(jié)和癌癥

細(xì)胞周期的各種事件受到嚴(yán)格監(jiān)管。如果在任何一個階段發(fā)生錯誤，細(xì)胞可以阻止細(xì)胞分裂進(jìn)展。Cooper表示，這種調(diào)節(jié)機制被稱為細(xì)胞周期檢查點。G1，G2和M階段有三個檢查點。受損的DNA會阻止G1期的細(xì)胞周期進(jìn)展，確保不會復(fù)制異常細(xì)胞。G2檢查點響應(yīng)錯誤復(fù)制或損壞的DNA。它可以防止細(xì)胞進(jìn)入M期，直到DNA被正確復(fù)制，或者直到損壞被修復(fù)。M期檢查點可以在中期停止細(xì)胞周期。它確保所有姐妹染色單體正確地連接到有絲分裂紡錘體，并且姐妹染色單體向細(xì)胞的相對端移動。

Hoyt說：“如果出現(xiàn)問題并且沒有得到糾正，你最終會得到一些能夠獲得額外染色體的細(xì)胞，而另一些細(xì)胞則有缺陷。” “通常這些細(xì)胞的基因型[DNA序列]不會支持細(xì)胞的生命，而細(xì)胞會死亡。這通常是一件好事。”

有時，異常細(xì)胞不僅可以存活，還可以繁殖。大多數(shù)情況下，這些細(xì)胞與癌癥有關(guān)。“它[細(xì)胞]可能有一個額外的染色體副本，其上有一個致癌基因。當(dāng)它不應(yīng)該向前推進(jìn)時，它將開始向前推進(jìn)細(xì)胞周期，”Hoyt說。“這是癌癥進(jìn)展的第一步。” 已知癌細(xì)胞經(jīng)歷猖獗和不受管制的細(xì)胞分裂。

細(xì)胞周期與癌癥之間的關(guān)系導(dǎo)致了一類癌癥藥物的開發(fā)，這些藥物在有絲分裂期間特異性靶向癌細(xì)胞。根據(jù)2012年發(fā)表在“ 細(xì)胞死亡與疾病 ” 雜志上的一篇文章，“這種策略包括細(xì)胞在有絲分裂中的長期停滯，最終導(dǎo)致有絲分裂細(xì)胞死亡。”

例如，微管毒物通過靶向微管(有絲分裂紡錘體的主要成分)來阻止有絲分裂。破壞這些薄的，空心的，微觀的蛋白質(zhì)細(xì)絲最終會阻止姐妹染色單體被拉開。微管毒物的實例是藥物紫杉醇(紫杉醇)和長春花生物堿，其用于治療一系列癌癥，包括某些卵巢癌和乳腺癌。

然而，微管毒物并非沒有限制。根據(jù)發(fā)表在EMBO報告雜志上的2018年評論文章，這些藥物有時會對腦細(xì)胞產(chǎn)生毒性，或者癌細(xì)胞會變得耐藥，避免被殺死。為了尋找替代解決方案，研究人員正在尋求開發(fā)針對有絲分裂其他方面的藥物。2016年，美國食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)將新藥Palbociclib與現(xiàn)有的抗癌藥物聯(lián)合使用，以治療某些乳腺癌。根據(jù)2017年發(fā)表在Nature Reviews Cancer雜志上的一篇評論文章，Palbociclib的工作原理是將癌細(xì)胞冷凍保持在G1期。

據(jù)EMBO報告，迄今為止在臨床試驗中測試的化合物取得了一些成功，但效果不如微管毒藥。然而，靶向有絲分裂治療癌癥仍然是一個活躍的研究領(lǐng)域。