Cyclin和CDK的基本概念
Cyclin（细胞周期蛋白）是一类特定的调控蛋白，其合成和降解呈周期性。Cyclin的表达在细胞周期的不同阶段有选择性地被激活或抑制，以推动或阻止细胞周期的特定阶段进展。正因为这种周期性的变化，得名为“Cyclin”。
CDK（细胞周期蛋白依赖性激酶）是需要与Cyclin结合才能发挥作用的酶类。CDK本身是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，其主要功能是通过磷酸化靶蛋白上的丝氨酸或苏氨酸残基来调节细胞周期。这种磷酸化作用可以激活或抑制特定蛋白质，最终影响细胞周期的进展。
Cyclin和CDK在细胞周期各阶段的作用
G1期：Cyclin D和CDK4/6复合物
Cyclin D和CDK4/6复合物主要在G1期起作用。Cyclin D的合成是对生长因子信号的直接响应。生长因子信号通过MAPK/ERK通路（如RAS-RAF-MEK-ERK信号级联）激活，从而上调Cyclin D的表达。
限制点（Restriction Point）：Cyclin D/CDK4/6复合物帮助细胞通过G1期限制点，这是细胞周期中的一个关键检查点。该点之前的细胞可以在有利条件下继续分裂，但一旦通过限制点，细胞将不再依赖外部信号，必须完成整个细胞周期。
Rb-E2F调控轴：Cyclin D/CDK4/6复合物通过磷酸化Rb（视网膜母细胞瘤蛋白）来释放E2F转录因子。E2F是一种关键的转录因子，能启动S期所需基因的表达，推动细胞进入DNA复制的S期。未被磷酸化的Rb会与E2F结合并抑制其活性。Cyclin D/CDK4/6复合物通过磷酸化Rb，使其与E2F分离，激活S期基因。
S期：Cyclin E/CDK2和Cyclin A/CDK2复合物
Cyclin E/CDK2复合物：在G1期后期和S期的早期，Cyclin E/CDK2复合物激活DNA复制起始。它通过磷酸化并激活CDC6和MCM解旋酶，使复制起始复合物在DNA复制起始位点上组装。这一过程称为“复制许可”，确保每个DNA分子只复制一次。
Cyclin A/CDK2复合物：在S期的后期，Cyclin A/CDK2复合物继续支持DNA复制并阻止DNA的重复复制。它通过持续磷酸化复制起始复合物的组分，防止这些组分在S期之后重新结合，确保DNA在细胞周期中不会被重复复制。
G2/M期过渡：Cyclin B和CDK1复合物
活性位点与抑制位点：Cyclin B/CDK1复合物有多个关键位点，包括抑制位点（苏氨酸14和15）和活性位点（苏氨酸161）。当抑制位点被磷酸化时，Cyclin B/CDK1复合物失去活性，而当活性位点被磷酸化且抑制位点被去磷酸化时，复合物变得活跃。 功能：活化的Cyclin B/CDK1复合物启动M期的一系列关键事件，包括核膜破裂（磷酸化核纤层蛋白）、染色体凝缩（通过磷酸化凝缩蛋白）和纺锤体形成。通过这些作用，它确保了染色体能够被准确分配到两个子细胞中。
细胞周期的关键调控蛋白
Rb（视网膜母细胞瘤蛋白）
Rb蛋白是一个重要的抑癌基因产物，主要通过与E2F转录因子结合来抑制细胞进入S期。未被磷酸化的Rb能够结合E2F，抑制其转录活性，阻止S期基因的表达。 Cyclin D/CDK4/6通过磷酸化Rb蛋白，使Rb释放E2F，从而解除对S期基因的抑制。这一过程被认为是细胞从G1期进入S期的关键步骤。
p53（肿瘤抑制蛋白）
p53蛋白被称为“基因组守护者”，在细胞周期停滞和DNA损伤修复中扮演关键角色。当细胞受到DNA损伤时，ATM和ATR蛋白会感知损伤并激活p53。 p53激活p21：p53可以诱导p21表达，后者是一种CDK抑制剂。p21通过抑制Cyclin/CDK复合物的活性，暂停细胞周期，为DNA修复提供时间。 DNA损伤的双重应答：如果DNA损伤可修复，细胞周期会重新启动，细胞可以继续增殖；但如果损伤不可修复，p53会触发细胞凋亡，防止有缺陷的细胞增殖并可能引发癌症。
Cyclin和CDK的降解与细胞周期控制
Cyclin降解：细胞周期蛋白的降解是细胞周期调控的关键机制。例如，在M期结束时，Cyclin B被泛素标记，通过蛋白酶体途径降解，确保Cyclin B/CDK1复合物失活，使细胞能够顺利从M期过渡到G1期。
细胞周期调控的重要性
单次复制：Cyclin E/CDK2和Cyclin A/CDK2在S期对DNA复制的调控确保了基因组的稳定性，使DNA只复制一次，防止基因组倍增。
Cyclin和CDK在肿瘤发生中的机制研究
Cyclin和CDK的失调与癌症
细胞周期失控：在正常细胞中，Cyclin和CDK的表达和活性受到严格的时间和空间调控，以确保细胞周期的顺利推进。而在癌细胞中，Cyclin或CDK的过度表达或失活可能导致细胞周期失控，细胞得以在无外部信号或恶劣环境下不断增殖。
Cyclin D1的过表达：Cyclin D1是许多癌症（如乳腺癌、肝癌和肺癌）中的常见致癌基因。Cyclin D1的过度表达可使细胞过早地通过G1期限制点，导致不正常的细胞周期推进和过度增殖。研究表明，Cyclin D1的过表达与多个癌症的预后差和侵袭性增强相关。
CDK4/6的异常活性：CDK4/6是Cyclin D的关键结合伙伴，其活性在许多肿瘤中被异常激活。CDK4/6活性的增加可以推动G1期到S期的转变，即使在缺乏生长因子信号的情况下也能驱动细胞分裂。因此，CDK4/6的异常活性成为癌细胞过度增殖的主要推动力。
抑癌基因的失活与癌症
Rb蛋白的失活：Rb蛋白是细胞周期的关键抑制因子，其通过与E2F结合抑制S期基因表达。然而，在许多癌症中，Rb基因发生突变或功能丧失，导致E2F活性不受限制，细胞进入S期的抑制失效，最终导致细胞周期失控和肿瘤形成。
p53的突变：p53是细胞周期检查点的主要调控者，正常情况下通过诱导p21等CDK抑制剂来阻止DNA损伤细胞进入分裂。约50%的癌症中存在p53的突变或功能丧失，这使得癌细胞无法暂停细胞周期进行修复或凋亡，带有突变的DNA继续复制，导致基因组不稳定和肿瘤进展。
Cyclin-CDK通路作为靶向抗癌药物的开发方向
CDK4/6抑制剂
药物作用机制：CDK4/6抑制剂是一类专门抑制CDK4/6活性的药物，通过阻断Cyclin D与CDK4/6的结合，抑制G1期到S期的转变。这可以有效阻止癌细胞增殖，尤其是在依赖于CDK4/6活性的癌症中。
临床应用：目前已有几种CDK4/6抑制剂获批用于乳腺癌的治疗，例如Palbociclib（帕博昔利）、Ribociclib（瑞博西利）和Abemaciclib（阿贝西利）。这些药物被用于治疗HR阳性、HER2阴性的转移性乳腺癌，显著延长了患者的无进展生存期。
耐药性问题：尽管CDK4/6抑制剂在治疗乳腺癌等肿瘤中效果显著，但耐药性也是一个问题。一些肿瘤细胞通过过表达Cyclin E、下调Rb蛋白或激活替代增殖途径（如MAPK/ERK通路）来逃避CDK4/6抑制剂的抑制作用。因此，开发联合治疗方案成为解决耐药性的关键策略。
其他CDK抑制剂
广谱CDK抑制剂：除了CDK4/6外，其他CDK（如CDK1、CDK2、CDK7、CDK9）也参与了细胞周期和转录调控。这些CDK的异常活性在一些癌症中发挥关键作用，因此广谱的CDK抑制剂（如Flavopiridol和Dinaciclib）被开发用于治疗多种癌症，包括白血病和多发性骨髓瘤。
CDK7和CDK9抑制剂：CDK7和CDK9在转录调控中起重要作用，通过抑制它们的活性，可以阻断癌细胞中大量转录需求的表达。这种机制在一些高度转录依赖性的肿瘤（如一些类型的乳腺癌和肺癌）中表现出显著疗效。
小分子抑制剂的组合疗法
联合疗法的优势：由于肿瘤细胞可以通过多种机制来逃避单一药物的抑制作用，CDK抑制剂通常与其他靶向药物或化疗药物联合使用。例如，CDK4/6抑制剂与PI3K/AKT/mTOR通路抑制剂或ER（雌激素受体）拮抗剂联合使用，可以增强疗效并克服部分耐药性。
靶向CDK和免疫疗法结合：CDK抑制剂与免疫检查点抑制剂（如PD-1或CTLA-4抑制剂）的联合疗法也是一种新兴的抗癌策略。CDK抑制剂可以在细胞周期暂停时激活癌细胞的抗原表达，从而增强免疫系统对肿瘤的识别和攻击。
Cyclin和CDK在肿瘤标志物及诊断中的潜力
Urist, M. J., et al. (2002). p16INK4a and p14ARF tumor suppressor genes in melanoma. Journal of the National Cancer Institute, 94(9), 669-681.
