细胞周期是一系列严格调控的事件序列，导致细胞内容物复制并分裂为两个子细胞。其正常调控对发育、组织稳态和预防癌症至关重要。

细胞周期的时相

间期包括三个时相：G₁期（第一间隙期）、S期（合成期）和G₂期（第二间隙期），细胞大部分时间处于间期，为分裂做准备。在G₁期，细胞生长、合成RNA和蛋白质并监测环境条件；生长因子信号促进通过此阶段的进程。S期涉及DNA复制，每条染色体产生两条相同的姐妹染色单体，每个着丝粒被复制，合成组蛋白以包装新复制的DNA。在G₂期，持续生长和准备有丝分裂，同时检查DNA复制是否完整准确。M期（有丝分裂）包括染色体分离和细胞分裂，包括前期、前中期、中期、后期、末期和胞质分裂。G₀期是不活跃循环的细胞（如成熟神经元、肝细胞）进入的静息状态，但这些细胞在适当刺激后可重新进入G₁期。

细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖性激酶

CDK（CDK1、CDK2、CDK4、CDK6）是丝氨酸/苏氨酸激酶，当与细胞周期蛋白调控亚基结合时驱动细胞周期进展。细胞周期蛋白D（D1、D2、D3）响应生长因子而合成，与CDK4/6形成复合物，通过磷酸化Rb驱动G₁期进展。细胞周期蛋白E在G₁/S转换期达到峰值；细胞周期蛋白E-CDK2完成Rb磷酸化并促进S期进入。细胞周期蛋白A在S期激活CDK2（DNA复制），在G₂期激活CDK1（有丝分裂准备）。细胞周期蛋白B与CDK1结合形成成熟促进因子（MPF），驱动进入有丝分裂，并在后期起始时被APC/C降解。

细胞周期检查点

G₁检查点（哺乳动物的限制点）评估生长因子、营养可用性和DNA完整性；通过后细胞即承诺分裂，p53-Rb通路在此处至关重要。G₂/M检查点确保DNA复制完成并在进入有丝分裂前检查DNA损伤，ATM/ATR-Chk1/Chk2信号在检测到损伤时延迟细胞周期。纺锤体组装检查点（SAC）监测中期微管与动粒的正确附着，防止在所有染色体正确连接前进入后期。

视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）与E2F

Rb是一种肿瘤抑制因子，控制G₁/S转换。低磷酸化的Rb结合E2F转录因子，抑制S期基因表达。细胞周期蛋白D-CDK4/6启动Rb磷酸化，细胞周期蛋白E-CDK2过度磷酸化Rb，释放E2F。游离的E2F激活DNA复制相关基因，包括DNA聚合酶、PCNA和胸苷激酶。Rb功能丧失（通过突变或HPV E7癌蛋白）导致组成性E2F活性和不受控制的增殖，导致癌症。

p53肿瘤抑制因子

p53是基因组的守护者，由DNA损伤、癌基因活化和缺氧激活，是人类癌症中最常突变的基因。p53激活p21（CDK抑制剂）的转录，p21抑制细胞周期蛋白-CDK复合物，引起G₁期阻滞。p53的其他靶点包括GADD45（DNA修复）、PUMA和Bax（凋亡）以及Sestrins（抗氧化防御）。在严重或不可修复的损伤情况下，p53通过线粒体途径（Bax/Bak激活、细胞色素c释放、半胱天冬酶级联）诱导凋亡。

有丝分裂

前期，染色质凝缩为可见染色体，有丝分裂纺锤体开始形成，中心体向两极迁移。前中期，核膜破裂（CDK1磷酸化核纤层），微管穿入核区并附着于着丝粒上的动粒。中期，染色体排列在中期板（赤道板）上，双向定向确保每条姐妹染色单体附着到相对的两极。后期，分离酶切割黏连蛋白，使姐妹染色单体分离（后期A）并纺锤体伸长（后期B），染色体向相反两极移动。末期，染色体解凝缩，核膜在每个子核周围重新形成，纺锤体解体。胞质分裂随之发生，收缩环（肌动蛋白和肌球蛋白II纤维）在卵裂沟处收缩，分割细胞质，脱落完成分离。

减数分裂

减数分裂I涉及同源染色体分离（减数分裂），前期I包括联会（同源染色体配对）和交叉（通过Holliday连接的遗传重组）。减数分裂II涉及姐妹染色单体分离（均等分裂），类似于有丝分裂，产生四个单倍体配子。减数分裂错误如不分离导致非整倍体（唐氏综合征的21三体，特纳综合征的X单体），发生率随母亲年龄增加而增加。

癌症中的细胞周期失调

细胞周期蛋白的致癌突变——如乳腺癌中细胞周期蛋白D1过表达和卵巢癌中细胞周期蛋白E扩增——驱动不受控制的增殖。CDK4/6抑制剂（帕博西尼、瑞博西尼、阿贝西尼）对激素受体阳性乳腺癌有效。检查点功能丧失（p53突变、Rb缺失）允许在存在DNA损伤的情况下继续增殖，使额外突变得以累积。癌症中端粒酶再激活可防止复制性衰老，允许无限的增殖潜力。