综述：ROS与细胞周期：在氧化还原控制的舒适区内外循环

《Current Opinion in Cell Biology》：ROS and the cell cycle: Cycling in and out of the comfort zone of redox control

本综述系统阐述了活性氧（ROS）与细胞周期调控的双向互作机制，指出生理水平ROS通过氧化关键细胞周期蛋白（如Cyclin D1、CDK2）、检查点蛋白（如p53、p21CIP1/WAF1）及APC/C复合物等靶点 cysteine 残基精确调控周期进程，而过度ROS则通过破坏DNA复制、激活检查点通路诱发周期阻滞。文章进一步探讨了该机制在癌症治疗中通过化疗/放疗诱导ROS协同增强疗效的转化价值，为靶向氧化还原-细胞周期轴的新型疗法提供理论依据。

　　

ROS在正常与扰动细胞周期中的水平变化

细胞周期进程伴随活性氧（ROS）的动态波动。从G₁期到S期、G₂期直至有丝分裂期，蛋白质氧化水平和ROS浓度呈逐步累积趋势。研究通过细胞周期同步化技术结合氧化还原敏感荧光探针证实了这一规律，但需注意同步化方法可能意外诱导氧化应激。最新策略采用异步培养体系中同步标记ROS与周期标志物，但G₂期与M期细胞的区分仍需有丝分裂标志物辅助。值得注意的是，多数研究未考虑细胞周期中体积增加的影响，可能高估ROS的实际积累量。

当细胞周期进程受阻时，ROS水平会进一步升高。CDK4/6抑制剂诱导的G₁-S阻滞与衰老、羟基脲等DNA复制抑制剂、DNA损伤剂以及有丝分裂阻滞剂均可促进ROS积累，导致蛋白质cysteine残基和DNA鸟嘌呤氧化。需注意部分ROS升高可能是周期扰动剂的副作用所致。

ROS对细胞周期引擎的调控机制

G₁期进程调控

低浓度ROS通过激活NADPH氧化酶产生H₂O₂，增强RAS-RAF-ERK信号并抑制PTB1等磷酸酶，促进Cyclin D1积累及pRb磷酸化，驱动细胞周期进入。抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）可抑制血清刺激后的Cyclin D1累积。生理ROS水平对G₁-S转换至关重要，其通过抑制APC/C^CDH1介导的Cyclin A和Geminin降解确保周期推进。而过量ROS（如100 μM H₂O₂）则通过耗竭Cyclin A、诱导p21^CIP1/WAF1及增强PP2A介导的pRb去磷酸化阻滞G₁-S转换。

p53通路的双向调节

ROS通过DNA损伤及直接氧化ATM、JNK等上游激酶激活p53，其DNA结合域内cysteine氧化可改变下游靶基因选择谱。反之，p53既可转录调控GPX1等抗氧化酶维持ROS稳态，亦能易位至线粒体抑制SOD2加剧ROS积累，形成反馈循环。

CDK抑制剂的氧化修饰

p21^CIP1/WAF1的C18氧化形成分子内二硫键会削弱其S期阻滞能力，保守的C41氧化则降低其对Cyclin A-CDK2的抑制并促进G₂期降解。p16^INK4A通过单cysteine氧化介导瞬时二聚化，减弱CDK4/6抑制功能。Cyclin D1与CDK4间亦可形成二硫键抑制激酶活性。

S期与G₂/M期调控节点

S期进入时CDK2^C177氧化为磺酸阻碍KAP结合，维持CDK2^T160磷酸化激活。过量ROS则通过8-氧代鸟嘌呤阻碍DNA链延伸、PRDX2-TIMELESS通路减缓复制叉进程、R-loop形成及DNA聚合酶铁硫中心氧化等多途径阻滞S期。G₂/M期Cyclin B1-CDK1通过磷酸化电子传递链复合物I促进ATP及ROS生成，而过度ROS通过氧化CDC25C cysteine残基促进其降解，并复杂调控AURKA（C290二硫加合物可激活其自磷酸化）。PRDX1在中心体被CDK磷酸化失活后，通过氧化抑制CDC14B维持APC/C^CDC20活性。APC11 cysteine氧化会破坏其与UBC4互作，阻碍Cyclin B1泛素化降解。

癌症治疗中ROS与细胞周期的协同整合

化疗药物（铂类、蒽环类、抗代谢物）及放疗通过诱导DNA损伤和氧化应激杀伤肿瘤。放疗中的再氧合过程通过提升ROS增强疗效。ROS可直接氧化ATM形成二硫键激活其激酶活性，触发不同于DNA损伤反应的底物磷酸化谱，调控抗氧化反应与线粒体自噬。NRF2缺失导致氧化应激与DNA损伤并存，其与ATR互作激活G₂检查点，而CHK2磷酸化NRF2增强抗氧化转录。

抗微管药物诱导有丝分裂阻滞后，ROS积累加剧生物分子损伤，线粒体动力蛋白DRP1缺失可增强分裂期死亡并抑制分裂滑移。MPS1、PLK1等纺锤体检查点蛋白的线粒体易位提示氧化还原状态与有丝分裂命运存在深层关联。

结论与展望

细胞周期进程中ROS的时空动态变化需结合细胞质量变化进行精准量化。未来需聚焦细胞周期组分所在亚细胞区室内ROS波动特征，明确转化细胞中ROS积累模式的异质性。通过高通量半胱氨酸氧化标记技术系统鉴定细胞周期调控因子的氧化敏感位点，将为开发靶向cysteine的小分子抑制剂提供新机遇。在治疗层面，通过调控特定周期阻滞阶段的ROS水平（如增强抗有丝分裂药物诱导的死亡命运），或利用氧化修饰状态提高ATM、AURKA、CDK4/6等靶点对抑制剂的敏感性，有望优化癌症治疗策略。