神经变性疾病(如帕金森病和阿尔茨海默病)的关键病理变化是神经元变性死亡，但机制不明。近年相继有氧化应激、线粒体功能障碍、蛋白异常聚集及细胞凋亡等机制报道，但仍未有一种病理生理机制能诠释整个神经变性过程。有研究发现，其中许多机制都能导致神经元细胞周期异常，且神经元进入细胞周期后未出现细胞分裂，却启动细胞凋亡^[1]。是否细胞周期机制是各种机制的共同通路？还有研究发现细胞周期重启后神经元能完成DNA复制，达到细胞周期末期，但不能完成细胞分裂，且细胞凋亡前存在较长细胞周期G2期滞留。并有报道，变性神经元出现大神经元如4倍体神经元及核内复制过程，而细胞在G2/M期滞留延迟神经元凋亡，提示异常G2/M期调控可能在神经元凋亡中发挥关键作用。近来研究陆续发现细胞周期G2/M期关键调控分子Cdc25、Cdc2和Cyclin B等在变性神经元中表达异常^[2]，且与凋亡活性分子存在相互作用，由此推断G2/M期关键点调控可能参与调控神经元细胞凋亡过程。

1 G2/M期调控关键分子机制 1.1 G2/M期检测点调控

细胞周期是有丝分裂细胞通过一系列细胞事件完成DNA复制和细胞分裂的过程，完整的细胞周期包括G1期(DNA合成前期)、S期(DNA合成期)、G2期(DNA合成后期)和M期(分裂后期)。细胞周期存在关键检查点(checkpoint)是细胞周期中的一套保证DNA复制和染色体准确分配质量的检查机制，是一类负反馈调节机制。整个细胞周期调控受到3个关键检测点调控：G1/S检测点、G2/M检测点和纺锤体检测点，其中G2/M检测点是未复制DNA检测，来监控DNA复制，以保证分裂必须发生于DNA复制之后，其中的主要调控蛋白包括ATR、Chl1、Cdc25和CyclinA/B-Cdc2等，其中细胞周期蛋白B(Cyclin B)-Cdc2是G2/M期的总开关，精确调控G2/M期转化^[3]。细胞周期主要是受细胞周期蛋白依赖性激酶(Cyclin dependent kinase, CDKs)和细胞周期蛋白(Cyclins)的精确调控。CDKs是细胞周期调控中的重要调控因子，在细胞周期不同时相可分别被激活，在与Cyclin形成的异二聚体中，CDK作为催化亚基被激活，从而在不同CDK-Cyclin复合体中通过进一步激活下游底物，实现对细胞周期的调控^[4]。CDKs在细胞周期调控中磷酸化发挥重要作用，如CDK5介导的磷酸化参与调控ERK/MAPK级联的过度激活，由此导致神经元重新进入S期和发生凋亡^[5]。Cdc2，也称细胞周期蛋白依赖性激酶1(Cyclin dependent kinase1, CDK1)，是细胞周期中必不可少的细胞周期蛋白激酶^[6]，首先在裂体生殖酵母中被识别，是裂殖酵母Cdc2基因编码的蛋白，分子量34 kDa，所以又称为p34Cdc2蛋白，即细胞分裂期周期蛋白，活性由磷酸化(Cdc2 Thr161)和Cdc25磷酸酶的去磷酸化(Cdc2 Thr14和Tyr15)共同调节^[4]。此外，Cdc2与Cyclin B形成复合体也是Cdc2活化必不可少的，因为Cyclin B含有核定位信号，能促使Cdc2在细胞核中的定位^[6]。

1.2 核内复制

核内复制是一种特殊细胞周期，也是正常有丝分裂细胞周期的变异形式，细胞只进行DNA复制，而不发生胞质分裂，形成了拥有多线染色体的多倍体细胞，另有研究发现氧化应激也能促进核内复制的发生，植物和动物组织均存在核内复制^[7]。现有研究提示细胞分裂相关的CDK活性决定分裂程度和核内复制的发生^[8]。近来有学者提出，核内复制可能是神经变性疾病中神经元细胞周期的变异调控形式^{[9, 10]}。

2 G2/M期阻滞参与神经元变性

细胞周期的精确调控是细胞在生长发育、分化、增生及死亡中不可缺少的重要环节，近来研究发现异常的细胞周期调控与中枢神经系统疾病相关，如急性损伤和慢性神经变性疾病^{[11, 12]}。在对急性中枢神经系统损伤(脑外伤和中风)的研究中发现，急性中枢神经系统损伤的神经元会重新进入细胞周期而出现凋亡，并阻滞在G1/S期^{[13, 14]}，但在对慢性神经变性疾病如帕金森病(Parkinson’s disease, PD)和阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)中的研究中发现，神经元可经G1/S监测点进入S期，完成DNA复制，而阻滞在G2/M期，且在凋亡之前存在较长的G2/M期滞留^{[2, 15]}。

PD和AD是常见的神经变性疾病，病理特征是神经元变性死亡，但迄今发病机制仍不明确。在AD神经元细胞周期重启中，细胞周期通过G1/S期，完成了S期的DNA复制，进入G2期，着丝粒提前分裂，但未发现染色质凝聚和纺锤体形成，不能完成细胞分裂，而停止在G2/M期^[10]。另有研究也发现黑质多巴胺神经元完成DNA复制，细胞周期后期走向凋亡^[1]，提示细胞周期的G2/M期调控可能在多巴胺神经元变性死亡中发挥重要作用，具体调控尚需更多证据的支持。以上证据支持神经元细胞周期调控异常是AD和PD发病过程中的重要病理过程，且G2/M期调控可能发挥关键作用。

3 核内复制与神经元变性

随着研究的不断深入，可以发现AD神经元细胞周期重启后会完成S期的DNA复制，从而形成较多的4倍体细胞(DNA含量而不是染色体)，该状态可一直维持至细胞凋亡。进一步的研究发现，在AD患者的海马神经元和前脑神经元中，神经元完成DNA复制过程，发生着丝点的提前分裂^[16]，但不能完成细胞分裂。有研究表明^[17]，在对照组和AD患者额叶皮质中发现了多倍体细胞。Mosch等^[18]也发现在对照组和AD患者皮质中存在4倍体神经元，并应用3个独立方法进行DNA含量分析发现，对照组大约1%的皮质神经元存在4倍DNA含量，并且这些神经元缺少Cyclin B1的表达；而AD患者皮质中同样出现这些神经元且Cyclin B1表达阳性，这些神经元大约占总神经元的2%^[18]。此外，FISH分析显示，在AD患者脑部显示不仅有4倍体神经元的增多，还有染色体数目的增多，同时能观察到非整倍体的神经元存在^{[17, 18]}。而核内复制作为变化的细胞周期形式，只进行DNA复制而不发生分裂^{[7, 19]}，可能是神经元出现4倍体或多倍体的原因。另有研究发现，CDK抑制剂能阻止异常的神经元细胞周期G1/S期的转化，从而提示CDK活性可能影响神经元细胞周期及4倍体的形成^[20]。这些证据都提示，神经变性疾病中可能存在核内复制，且可能是细胞周期G2/M期停滞重要调控。

4 G2/M期关键分子Cdc2/Cyclin B与神经元变性死亡 4.1 Cdc2参与神经元细胞周期调控

尽管有证据显示成熟神经元停止在G0期，在各种基因突变体或环境因素或炎性因子的作用下，促使神经元进入细胞周期，引起细胞周期蛋白依赖性激酶4/细胞周期蛋白D(CDK4/Cyclin D)表达升高，继而激活激酶复合体，转而激活成视网膜细胞瘤蛋白(pRb)和E2F1信号通路引起细胞凋亡^[1]。但另有研究却发现，变性的神经元细胞可经过G1/S检测点进入S期，完成DNA的复制并进入G2期，通常情况有丝分裂细胞G2/M期转化的调控因子可促进细胞周期通过G2/M期，完成细胞分裂这一过程。但变性的神经元不但不能完成细胞分裂，反而导致细胞分裂激酶Cdc2和Cyclin B1的表达升高，并激活活性复合体，促使其错误定位于细胞浆中，引起下游活性分子的磷酸化反应，持续参与神经元的周期活动，形成恶性循环，最终导致神经元的变性死亡^[15]。Cdc2/CDK1的调节因子，如Cdc25A和Cdc25B也被激活，但Cdc25A和Cdc25B在正常大脑中也有表达，且并未参与正常细胞周期调控，因此目前对其在正常情况下的作用还不是十分明确^[10]。

近期研究发现，Cdc2不仅能调控细胞周期还能介导细胞凋亡过程，在AD变性神经元中发现有Cdc2-Cyclin B复合体的形成，且表达上调参与神经元凋亡过程^[21]。活性Cdc2和cyclin B与AD特异性有丝分裂磷酸表位共定位，表明Cdc2的磷酸化引起神经原纤维缠结(NFT)形成的神经元tau蛋白^[22]。Cdc2在AD神经元中高表达，并且定位于神经胶质和神经原纤维缠结中，从而认为Cdc2亚细胞定位与其功能密切相关。当定位于细胞核中时能促进细胞分裂，而定位于胞浆中引起凋亡过程^[23]。有研究在鱼藤酮诱导的PD细胞模型中也发现，Cdc2定位细胞浆中促进细胞凋亡，并且Cdc2活性还能影响半胱氨酸天冬氨酸酶-3(caspase-3)的活性^[24]，而caspase-3是细胞凋亡的主要执行因子。因此，Cdc2在神经元变性凋亡中发挥重要的调控作用，是连接细胞周期和细胞凋亡的关键纽带，值得深入探讨。

4.2 Cyclin B参与神经元变性过程

Cyclin B在整个细胞周期中主要存在胞浆中，在G2期才开始进入细胞核并在G2/M期发挥作用。其受到后期促进复合物/细胞周期蛋白(APC/C)的调控，APC/C是一种关键的E3泛素连接酶复合物，其在调节正常细胞周期转化中起作用。正常情况下，Cyclin B在细胞周期G2/M期中发挥作用，而在M期后，Cyclin B会被APC/C降解，使细胞进入有丝分裂G1期，在G1期，细胞合成mRNA和蛋白质，准备进行有丝分裂，开启新的细胞分裂^[25]。细胞周期主要是受CDKs和Cyclins的精确调控，而CDKs的错误表达不仅抑制神经元活性而且促神经元凋亡，且细胞周期蛋白可诱导终末分化的神经元再次进入S期，不能促进神经元增殖，却加速了神经元凋亡^[26]。另有研究表明，在AD、PD患者血液中检测到Cyclin B表达较正常对照组明显升高^{[27, 28]}。在AD患者中，Cyclin B还参与了CDC2的激活，促进G2/M期转化并加速神经元凋亡。此外，有研究还发现，神经元中谷氨酸和NMDA的含量增加可促进Cyclin B聚集，促进细胞凋亡^[29]。

5 小结

综上所述，神经元变性死亡中神经元重新进入细胞周期，且停滞在G2/M期，而核内复制促使神经元细胞周期维持较长的G2期，引起基因组不稳；且G2/M期关键调控分子Cdc2定位于细胞浆中，或Cyclin B异常表达升高，不能完成G2/M期转化却异位调节下游分子引起代谢等改变，产生恶性循环，最终引起神经元变性死亡。