生物體產(chǎn)生新細胞的主要機制是通過細胞分裂。在此過程中，單個“父”細胞將分裂并產(chǎn)生相同的“子”細胞。以這種方式，親本細胞將其遺傳物質(zhì)傳遞給其每個子細胞。然而，首先，細胞必須復(fù)制它們的DNA。有絲分裂是細胞分離其重復(fù)DNA的過程，最終將其細胞核分成兩部分。

細胞分裂是生物體中的普遍過程。1855年，魯?shù)婪?middot;魏爾嘯，德國研究員，在關(guān)于眾生的基本觀察：每一個細胞都來自另一個細胞起源，或“ OMNIS cellulaècellula ， ”在原來的拉丁語，作為作者邁倫舒爾茨講述了在2008年的文章期刊新發(fā)傳染病。

細胞分裂的機制在原核生物和真核生物之間不同。原核生物是單細胞生物，如細菌和古細菌。它們具有簡單的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有自由漂浮的DNA。他們使用細胞分裂作為無性繁殖的方法，其中父母和后代的遺傳構(gòu)成是相同的。原核生物中無性繁殖的一種常見機制是二元裂變。在此過程中，親本細胞復(fù)制其DNA并增加其細胞內(nèi)容物的體積。最終，裂縫出現(xiàn)在細胞的中心，導(dǎo)致形成兩個相同的子細胞。

另一方面，真核生物的細胞具有組織的中央隔室，稱為細胞核，以及其他結(jié)構(gòu)，例如線粒體和葉綠體。大多數(shù)真核細胞通過增加細胞體積并通過稱為細胞周期的一系列確定的相復(fù)制DNA來分裂并產(chǎn)生相同的自身拷貝。由于它們的DNA包含在細胞核內(nèi)，它們也會經(jīng)歷核分裂。“有絲分裂被定義為真核細胞核的分裂，” 約翰霍普金斯大學生物學教授M. Andrew Hoyt說，“[雖然]許多人用它來反映用于細胞復(fù)制的整個細胞周期。”

與原核生物一樣，單細胞真核生物，如變形蟲和酵母，也使用細胞分裂作為無性繁殖的方法。對于復(fù)雜的多細胞真核生物如植物和動物，細胞分裂對于生長和受損組織的修復(fù)是必需的。真核細胞也可以經(jīng)歷稱為減數(shù)分裂的特殊形式的細胞分裂，這是產(chǎn)生精子細胞，卵細胞和孢子等生殖細胞所必需的。

真核細胞周期

真核細胞周期是一系列明確定義且精心定時的事件，允許細胞生長和分裂。根據(jù)Geoffery Cooper，“ The Cell：A Molecular Approach，2nd Ed。 ”(Sinauer Associates，2000)的作者，大多數(shù)真核細胞周期分為四個階段：

G1期(第一個間隙期)：在此階段，細胞用于有絲分裂，生長和進行各種代謝活動。

S期(合成期)：在此階段，細胞復(fù)制其DNA。真核生物DNA在球形組蛋白周圍盤繞，形成稱為染色體的棒狀結(jié)構(gòu)。在S期期間，每個染色體產(chǎn)生其拷貝或姐妹染色單體。兩個姐妹染色單體在稱為著絲點的點融合在一起，復(fù)合體類似于字母“X”的形狀。

G2期(第二個間隙期)：在此階段，細胞繼續(xù)生長并產(chǎn)生有絲分裂所必需的蛋白質(zhì)。

(G1，S和G2階段統(tǒng)稱為“間期”。)

M期(有絲分裂)：有絲分裂涉及姐妹染色單體的分離。被稱為有絲分裂紡錘體的蛋白質(zhì)細絲結(jié)構(gòu)鉤在著絲粒上并開始收縮。這將姐妹染色單體拉開，慢慢地將它們移動到細胞的相反兩極。在有絲分裂結(jié)束時，細胞的每個極都有一套完整的染色體。核膜改造，細胞分裂成兩半，產(chǎn)生兩個相同的子細胞。

染色體在有絲分裂期間變得高度壓實，并且在顯微鏡下可以清楚地看作致密結(jié)構(gòu)。

只有當它們注定要分裂時，產(chǎn)生的子細胞才能重新進入G1期。并非所有細胞都需要連續(xù)分裂。例如，人類神經(jīng)細胞在成人中停止分裂。肝臟和腎臟等內(nèi)臟器官的細胞只在需要時分裂：取代死亡或受傷的細胞。這種類型的細胞進入G0期(靜止期)。Cooper表示，當它們接收到必要的分子信號時，它們?nèi)匀痪哂写x活性，只能進入細胞周期的G1期。

根據(jù)芝加哥伊利諾伊大學的課程資料， 有絲分裂分為四個階段。特征階段也見于減數(shù)分裂的后半部分。

前期：復(fù)制的染色體被壓縮，可以很容易地顯示為姐妹染色單體。有絲分裂紡錘體是一種蛋白質(zhì)細絲網(wǎng)絡(luò)，從稱為中心粒的結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)，位于細胞的任一端。有絲分裂紡錘體是柔性的并且由微管制成，微管又由蛋白質(zhì)亞基微管蛋白制成。

中期：核膜溶解，有絲分裂紡錘體鎖定著絲粒上的姐妹染色單體。有絲分裂紡錘體現(xiàn)在可以在細胞中移動染色體?；粢撂卣f：“你可以對一座正在舉起摩天大樓的梁進行類比。” “除了大梁可以非常迅速地組裝和拆卸。它們是極其動態(tài)的結(jié)構(gòu)元素。” 到中期結(jié)束時，所有染色體都在細胞中間排列。

后期：有絲分裂紡錘體收縮并將姐妹染色單體拉開。它們開始移動到細胞的兩端。

端粒：染色體到達細胞的任一端。核膜再次形成，細胞體分裂成兩個(胞質(zhì)分裂)。

在有絲分裂結(jié)束時，一個細胞產(chǎn)生兩個遺傳上相同的子細胞。

細胞周期調(diào)節(jié)和癌癥

細胞周期的各種事件受到嚴格監(jiān)管。如果在任何一個階段發(fā)生錯誤，細胞可以阻止細胞分裂進展。Cooper表示，這種調(diào)節(jié)機制被稱為細胞周期檢查點。G1，G2和M階段有三個檢查點。受損的DNA會阻止G1期的細胞周期進展，確保不會復(fù)制異常細胞。G2檢查點響應(yīng)錯誤復(fù)制或損壞的DNA。它可以防止細胞進入M期，直到DNA被正確復(fù)制，或者直到損壞被修復(fù)。M期檢查點可以在中期停止細胞周期。它確保所有姐妹染色單體正確地連接到有絲分裂紡錘體，并且姐妹染色單體向細胞的相對端移動。

Hoyt說：“如果出現(xiàn)問題并且沒有得到糾正，你最終會得到一些能夠獲得額外染色體的細胞，而另一些細胞則有缺陷。” “通常這些細胞的基因型[DNA序列]不會支持細胞的生命，而細胞會死亡。這通常是一件好事。”

有時，異常細胞不僅可以存活，還可以繁殖。大多數(shù)情況下，這些細胞與癌癥有關(guān)。“它[細胞]可能有一個額外的染色體副本，其上有一個致癌基因。當它不應(yīng)該向前推進時，它將開始向前推進細胞周期，”Hoyt說。“這是癌癥進展的第一步。” 已知癌細胞經(jīng)歷猖獗和不受管制的細胞分裂。

細胞周期與癌癥之間的關(guān)系導(dǎo)致了一類癌癥藥物的開發(fā)，這些藥物在有絲分裂期間特異性靶向癌細胞。根據(jù)2012年發(fā)表在“ 細胞死亡與疾病 ” 雜志上的一篇文章，“這種策略包括細胞在有絲分裂中的長期停滯，最終導(dǎo)致有絲分裂細胞死亡。”

例如，微管毒物通過靶向微管(有絲分裂紡錘體的主要成分)來阻止有絲分裂。破壞這些薄的，空心的，微觀的蛋白質(zhì)細絲最終會阻止姐妹染色單體被拉開。微管毒物的實例是藥物紫杉醇(紫杉醇)和長春花生物堿，其用于治療一系列癌癥，包括某些卵巢癌和乳腺癌。

然而，微管毒物并非沒有限制。根據(jù)發(fā)表在EMBO報告雜志上的2018年評論文章，這些藥物有時會對腦細胞產(chǎn)生毒性，或者癌細胞會變得耐藥，避免被殺死。為了尋找替代解決方案，研究人員正在尋求開發(fā)針對有絲分裂其他方面的藥物。2016年，美國食品和藥物管理局(FDA)批準將新藥Palbociclib與現(xiàn)有的抗癌藥物聯(lián)合使用，以治療某些乳腺癌。根據(jù)2017年發(fā)表在Nature Reviews Cancer雜志上的一篇評論文章，Palbociclib的工作原理是將癌細胞冷凍保持在G1期。

據(jù)EMBO報告，迄今為止在臨床試驗中測試的化合物取得了一些成功，但效果不如微管毒藥。然而，靶向有絲分裂治療癌癥仍然是一個活躍的研究領(lǐng)域。