创伤性脑损伤(Traumatic brain injury，TBI)是一类致残率和致死率最高的疾病，涉及到巨大的社会成本，已构成当前社会一种重大的公共卫生问题^{[1, 2]}。随着创伤急救体系的进展，TBI治疗的总体水平不断提高。然而，对于重型颅脑损伤的死亡率和致残率仍面临严峻的挑战。

细胞周期(Cell cycle)调控机制在有丝分裂细胞的发育、分化和增殖中是必须的过程。传统观念认为，一旦分化为成年人的神经元永久性地进入细胞有丝分裂后期(G0期)，细胞周期因子不再发挥重要的生理学特征。但最近的研究表明，在某些病理条件下，细胞周期激活(Cell Cycle Activation,CCA)机制影响中枢神经系统的正常功能，也参与了急性和慢性神经变形性疾病的病理生理过程，如脑缺血^[3]、脑和脊髓损伤^{[4, 5]}、阿尔兹海默病^[6]、帕金森病^[7]和肌萎缩侧索硬化^[8]等。TBI后，细胞周期的激活将导致迟发性神经元凋亡，炎性反应和反应性胶质增生。

细胞周期是高度精确的过程，控制和执行基因序列从1代细胞到次代细胞的复制和转录过程^[9]。细胞接收到有丝分裂信号，进入G1期，其中细胞对生长因子和其他环境信号进行应答，为S期DNA复制做准备。随后进入G2期和M期。当细胞接受到停止活性生长的信号，退出细胞周期，进入到静止期(G0期)成为静止细胞。在合适的条件下，绝大多数新分裂为G0期细胞能够重新开始细胞周期^[9]。细胞周期内源性调控主要是通过细胞周期蛋白(Cyclins)、细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)和细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKIs)的网络而实现的。

Cyclins是一种依赖于细胞周期时相而合成或分解的激活蛋白，并以时间依赖性模式调节激酶活性。有两种类型的周期蛋白：有丝分裂期周期蛋白(如CyclinA，CyclinB)和G1期周期蛋白(如CyclinC，CyclinD，CyclinE)。CDKs是一种小型的丝氨酸/苏氨酸激酶(30~35 kDa)，按照其发现的先后顺序分为CDK1-9。除了CDK3和CDK5外，其他的CDKs构成活性二聚体复合物，通过结合Cyclin调节亚基而激活^[10]。

典型的CDKs包括3个分裂间期激酶(CDK2，4和6)，和一个分裂期激酶(CDK1)，CDKs相互合作驱使细胞通过细胞周期^[10]。G1早期通过增加D型Cyclin蛋白家族成员(CyclinD1，D2和D3)的水平而激活CDK4和CDK6，用以Rb家族成员的磷酸化和失活，从Rb介导的抑制中释放转录因子的E2启动子结合因子(E2F)家族^{[10, 11]}。可以通过降低CyclinD或增加CyclinE1和CyclinE2的水平而使CDK2激活，调节G1/S期的转换。相反，CDK2同CyclinA相互作用导致底物的磷酸化而促进DNA的合成。CDK1被认为通过与CyclinA结合成复合物而被激活，控制S/G2期的转换。CyclinA被降解后，CDK1-CyclinB复合物从胞浆转运到胞核内，有助于促使细胞通过有丝分裂期。

CDK抑制剂是一种小型多肽，通过形成一种无活性复合物或作为CDKs的配体，来阻断Cyclin/CDK的活性。内源性和外源性CDK抑制剂能够阻断细胞周期的进展。内源性抑制因子包括2个亚类：①Ink4家族(包括p16^Ink4a，p15^Ink4b，p18^Ink4c，和p19^Ink4d)；②Cip/Kip 家族(包括p21^Cip1，p27^Kip1，p57^Kip2)，而P27是一种在神经元内高度表达的因子^{[5, 10, 12]}。在视网膜和其他组织中的研究提示，Ink4蛋白对CDK4和CDK6有特异性，能够阻止与CyclinD结合。然而，Cip/Kip分子能够广泛的，非特异性阻断CDKs的活性。上述抑制剂在细胞发育中表达上调，也对抗有丝分裂刺激物有应答，结合CDK/cyclin复合物，阻止其活性发挥^[12]。最常用的外源性抑制剂包括夫拉平度、Roscovitine和奥罗莫星。夫拉平度，是一种来源于印度植物rohitukin树皮的半合成的黄酮类物质，能够抑制所有的CDKs^[13]。Roscovitine，是一种嘌呤类似物，选择性抑制CDK2和CDK5的激活。奥罗莫星，也是一种嘌呤类似物，通过竞争性结合ATP结合位点来抑制CDK2 和 CDK5的活性^[5]。

在细胞周期的G1期，Rb及其相关蛋白(包括p107和p130)是CDK4/6 和 CDK2的原始底物。在静息期，Rb为非磷酸化状态，且通过抑制E2F转录因子来阻止细胞周期的行进^[14]。随着促有丝分裂的刺激，Rb通过活性的CDK4/6/cyclinD和CDK2/cyclinE复合物被磷酸化。pRb从转录因子复合物E2F/DP中释放，随后激活E2F靶点基因，转换进入S期^[12]。

创伤性脑损伤通过机械性和继发性损伤的应答反应，引起组织丧失和有关神经功能障碍。继发性损伤机制包括神经元和少突胶质细胞的凋亡，炎性反应，以及反应性星形细胞胶质化^{[15, 16]}。实验性证据支持CCA在每次创伤后事件中发挥了至关重要的作用，导致有丝分裂后细胞(成熟的少突胶质细胞和/或神经元)的凋亡，以及有丝分裂细胞(小胶质细胞和星形胶质细胞)的增殖^{[4, 17, 18, 23, 24, 26, 27]}。

有丝分裂后细胞，如神经元，被认为永久性进入G0期，一旦分化后不能再次进入细胞周期。然而，大量观察表明成人分化的有丝分裂后神经元能够重新进入(Re-Entry)细胞周期，而且一旦激活可导致凋亡而不是神经元的增殖^[17]。细胞周期再进入机制可能是神经元凋亡性细胞死亡的共同通路^[18]。一旦细胞周期被激活，转录因子E2F1表达增加，能够诱导神经元凋亡，其潜在的通路可能是p53依赖性或p53非依赖性的。在此情况下，多种线粒体依赖性通路可能被激活，包括caspase 和caspase依赖性信号级联反应^[18]。许多研究证实，细胞周期蛋白直接激活凋亡级联家族成员。在G1期中一些激活CDKs的关键分子靶点是Rb家族成员(Rb,p107 和p130)^[19]。在静止期神经元，Rb家族成员结合转录因子的E2F家族成员(E2F 1-5)，抑制E2F依赖性基因的表达，主要是通过直接阻止E2F激活结构域和/或通过招募染色质修饰蛋白到E2F结合点而实现。激活的CDKs使Rb蛋白家族磷酸化，导致Rb-E2F复合物的分离，使激活基因表达的E2Fs游离，E2F调节基因失抑制^[19]，导致促凋亡分子的转录增加，最终导致细胞死亡^[20]。

神经元中细胞周期蛋白的表达，除了导致神经元凋亡外，尚有增加突触可塑性以及DNA修复功能。Schmetsdorf等^[21]报道，在胞浆内神经元特异性蛋白表达参与了细胞周期，CDKs和cyclins在神经元内表达且定位于树突和细胞骨架。在分化的肌小管中CDK2对于AChRε的表达是必须的，促进了突触的成熟。同时，Schwartz等^[22]研究表明，不同浓度的神经毒性刺激可以诱导细胞周期蛋白的表达。低浓度的H₂O₂诱导G1期细胞周期蛋白的表达，表达的蛋白具有DNA修复功能。然而，高浓度的H₂O₂诱导细胞周期再进入，与DNA合成和凋亡有关。在神经元中DNA损害调节细胞死亡的进程，可能是通过共济失调毛细血管扩张突变(ATM)激活而实现的，涉及到细胞周期调节^[22]。因此，高度分化的神经元能够被诱导表达相当数量的细胞周期蛋白，启动DNA复制进程，最终导致细胞凋亡而非细胞分化增殖，或者说神经元凋亡是其企图进入细胞周期的计划流产所致。

TBI不但引起神经元和少突胶质细胞凋亡，而且诱导胶质细胞相关炎性反应和反应性胶质增生，后者的改变导致组织丧失和胶质疤痕形成。由此提示，TBI也导致星形胶质细胞和小胶质细胞中细胞周期激活。

小胶质细胞参与许多中枢神经系统内稳态功能，包括突触可塑性和学习。TBI后小胶质细胞在数小时内即可发生应答，并向病灶侧迁移。体内实验证实，在激光诱导的损伤后小胶质细胞快速增殖，网状的小胶质细胞向损伤区域迁移，在受损和健康组织间形成防御区域^{[23, 25]}。作为对细胞损伤的应答，小胶质细胞转换为水母样的吞噬细胞。水母样小胶质细胞具有高度游动性，常常嵌入受损的胶质界膜代替死亡的星形胶质细胞，共同构成吞噬细胞屏障，这一应答依赖于嘌呤受体信号(P2X₄，P2Y₆，P2Y₁₂)和连接蛋白半通道^[26]。一方面，小胶质细胞的激活产生各种促炎症分子和其他生物活性因子，诸如IL-1β，NO，补体，ROS等，提示诱导继发性损伤。另一方面，小胶质细胞相关因子如IL-10和TNF-b可能参与神经保护效应。小胶质细胞不但从受损脑组织内清除碎片，而且通过封闭死亡或受损星形细胞间的间隙而有助于维持胶质界膜的完整性。同样，TBI引起星形胶质细胞激活，从一个静止的形态转化为更活性状态，导致继发性损伤。损伤后反应性星形胶质细胞能够变得肥大，胞体的延伸和肿胀。在损伤后常常观察到胶质疤痕的形成，其中由大量星形胶质细胞构成，伴随着小胶质细胞、内皮细胞、成纤维细胞以及细胞外基质^[24]。星形细胞胶质化的另一个突出的方面是星形胶质细胞能够向病灶或受损区域组织迁移或增殖。星形细胞胶质化具有神经保护和神经退行性变的双重作用。

细胞周期抑制剂已经被广泛用于癌症治疗的研究中，主要在于其潜在的控制细胞周期的作用^[10]。最常用的外源性抑制剂包括夫拉平度、Roscovitine和奥罗莫星。细胞周期抑制剂作为癌症治疗药物已经用于人类临床试验，广泛应用于实体肿瘤和恶性血液系统肿瘤中。尽管目前尚无细胞周期抑制剂用于治疗CNS疾病的任何临床试验报道，但在许多啮齿类动物模型中已经证实外源性细胞周期抑制剂能够减轻神经元死亡，抑制胶质反应，和/或改善神经功能预后，起到神经创伤中的神经保护作用^{[4, 13, 23]}。

为进一步证实TBI后创伤性神经元细胞死亡中细胞周期激活的重要作用，在创伤后早期(30分钟内)经脑室内注入单剂量夫拉平度。研究证实，夫拉平度治疗后不但减少了Cyclin D1 和caspases-3阳性神经元的数量，而且小胶质细胞增殖/激活明显减弱，同时星形胶质细胞的增殖和胶质疤痕的形成也明显减少^[4]。Di Giovanni等^[4]认为，在TBI后用夫拉平度治疗可以出现神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞的三重效应，即病变体积的缩小，认知表现和运动功能的明显改善。TBI后采用Roscovitine治疗，能够明显减少病变体积，改善行为预后^[27]。治疗减弱了神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞中细胞周期激活，由此可导致神经元凋亡、胶质疤痕和小胶质细胞活化减少的效应。细胞周期抑制剂能够抑制caspase-3激活和神经元细胞死亡，减弱星形胶质细胞和小胶质细胞增殖，并降低神经毒性分子的释放^{[4, 27]}。考虑到他们的效应和长期治疗时间窗，细胞周期抑制剂似乎是临床创伤性脑损伤试验治疗有前景的候选者。

TBI后诱发继发性损伤，导致凋亡、神经炎症和神经功能障碍。一个重要的损伤机制是细胞周期激活，引起神经元凋亡和胶质细胞激活。细胞周期抑制剂的神经保护效应已经在多种试验性脑损伤动物模型中被证实。因此，抑制细胞周期的治疗可能具有明显的神经保护特征。目前，TBI后治疗手段非常有限，寻找新的治疗靶点显得尤为重要，细胞周期在TBI中的正确理解及其抑制剂的进一步研究将为TBI的药物治疗提供广阔的前景。