在每一个生命体中都存在着一个“生物钟”，它决定了细胞的生长、分裂、分化或死亡。这个所谓的生物钟就是细胞周期调控机制（cell cycle control)。正常机体的生物钟，在胚胎期的细胞周期保持快速地运行，成年细胞的细胞周期运行则放慢，而神经元的细胞周期几乎是不运行。细胞生长中的细胞周期发生异常，则会导致细胞死亡。当细胞周期的调控发生紊乱时会出现细胞的增殖与分化异常，可导致肿瘤的发生。了解和掌握细胞周期的规律与技术，对细胞培养也是十分重要的。

一、细胞周期

在细胞培养体系中，单个细胞表现有很强的独立性。一个有活力的细胞必须通过细胞周期进行倍增，繁殖成群体。群体细胞才是培养细胞存在的基本形式，而且在形态和功能上相互依存。细胞周期是细胞的增殖过程，先经过一个间期，主要是遗传物质DNA的复制合成过程；然后进入分裂（mitosis,M）期，主要完成细胞遗传物质的分配。M期之后是细胞的分裂后期，因刚分裂的子代细胞变化主要是与DNA的合成相关，如合成DNA聚合酶及mRNA等，故又称DNA合成前（presynthetic gapl period, G,）期。接着进入DNA合成（synthe-tise,S)期，此期可在显微镜下见到细胞核的某些变化，但最好是用放射性核素标记法检测DNA合成期的核苷酸掺入量。S期DNA最易受损，易受到致突变或致癌物质的损害作用。S期之后为G2期，也称分裂前期，此时DNA经复制而使含量加倍，RNA合成及染色质的螺旋化，然后进入下一次的分裂（M）期。综上，细胞周期是由间期和分裂期构成，并相互交替的进行性过程。间期是由G1期、S期和G2期组成，进入M期完成细胞的分裂增殖。表3-1为不同来源的细胞在各细胞周期阶段中的持续时间。

二、细胞培养的生长过程和生命期

1．细胞培养的生长过程细胞在体外培养需传代，传代培养是将细胞从一个培养瓶皿转种到另一瓶皿内生长。细胞从传代转种，直至下一次传代再培养的一段时间称一代（gen-eration)；单个细胞连续两次分裂的间隔时间称细胞一代时间（cell generation time)。一般细胞接种后，作为群体细胞要经过潜伏期、对数生长期和静止期等三个阶段，这是每一个细胞系所共有的特征。细胞接种后呈悬浮状态，贴壁细胞很快会贴附于培养瓶壁，各种细胞需经过潜伏期（G1期），以适应环境条件，也是培养细胞对在制备中引起损伤的修复过程。潜伏期长短不同，原代细胞需24～96小时，肿瘤细胞或无限传代细胞仅需2～24小时。细胞分裂象逐渐增多，标志着进入指数（或对数）生长期。在对数生长期进行计数的细胞增加一倍，如正值此期的细胞数由1×10⁶增加到2×10⁶个细胞所需要的时间称为群体倍增时间(population doubling time)，但此时间与细胞一代时间并非同义。对数生长期是细胞经潜伏期后出现的细胞数目指数增加的阶段，其分裂数量可作为判定细胞生长是否旺盛的一个重要指标，以细胞分裂指数（mitotic index, MI)来表示。MI是计数100个培养细胞中的有分裂象的细胞数，一般细胞的MI为0.2％～0.5%，无限传代细胞系或肿瘤细胞的MI可高达3％～5%。如接种细胞数量适宜，此期持续3～5天后，细胞数量增多，贴壁细胞可相互接触连成片，因正常细胞的分裂发生接触抑制而形成单层细胞，但肿瘤细胞没有接触抑制，可导致细胞形成多层重叠。悬浮细胞由于细胞密度增大，培养液中的营养成分大量消耗，代谢终末产物蓄积，细胞进入静止期，尽管代谢活动未停，但不再增殖。静止期的细胞应进行传代，否则随着培养环境的恶劣变化会发生细胞中毒，变性，重则死亡脱壁。

2．培养细胞的生命期体内组织细胞的生存期应与完整机体的出生、成长、衰老、死亡相一致，但离体培养的细胞，其生命期则有很大变化。培养细胞的生存过程一般要经历原代期、传代期和衰退期。从体内取出组织制备的细胞接种到培养瓶皿的第一次培养称原代培养，因细胞刚刚离体，与体内原组织很相似，具异质性，相互依存性强，但不同类型的细胞，其生长率不同，细胞克隆形成率较低。原代培养物所含细胞类型，在培养生长过程中呈动态变化，一直到不能继续生长为止。此时细胞必须传代培养，第一次传代后，原代培养物变成细胞系，每当传代后，增殖能力强的细胞群体占优势，不增殖或缓慢增殖的细胞群体逐渐减少，至死亡。这种现象在第一次传代后最为显著，经过这样的选择生长后，细胞类型数目减少。原代细胞一般只能传1～3代，相当于6～15个细胞周期，历时2～4周便衰老死亡。传代期在全生命期中持续时间最长，特点是细胞增殖旺盛，并能维持二倍体核型。如果呈二倍体核型并获得有限传代的细胞系称二倍体细胞系，这些细胞系往往来自间充质，即来自结缔组织的成纤维细胞或来自血管的成分，成为成纤维细胞的过度生长。二倍体成纤维细胞于体外可传30～50代，相当于150～300个细胞周期，可历时1年左右。当传代接近生存期限时，细胞增殖缓慢以致完全停止，进入衰退期，最后死亡。这种主动结束自身生命活动的生理过程叫程序性死亡（programmed cell death)，也称为凋亡（apoptosis)。

大多数细胞系是以不变的形式进行有限传代，当超过一定代数后，则趋向衰老以至于死亡。有些细胞系传代一定代数，此期可能发生自发或诱发转化，获得不死性而成为无限传代细胞系。转化细胞系通常有如下特点：①细胞形态学发生变化，如细胞体积变小，变圆，具有较高的核质比例；②生长倍率增加，倍增时间减少，从36～48小时减至12～36小时；③对血清的依赖性降低；④细胞黏附性减少，降低贴壁依赖性，增加克隆效率；⑤染色体异倍体（细胞之间的染色体变异）和非整倍体（与供体细胞核型不同）的细胞数增加；⑥细胞接种到动物体内，致癌率升高。

三、细胞周期分析

传统的细胞周期分析主要基于两种生物技术，一是细胞的同步化，二是S期或M期始末时间的观察。将两者结合起来，对同步化细胞进入S期或M期的时间计算，进行细胞周期分析。直至流式细胞术将细胞周期素（cyclins）和DNA双参数分析等新的细胞周期分析方法被发现，使细胞周期分析开始不再依赖细胞的同步化，不再是简单的分期了，而是包括细胞重要生命活动分析（如细胞增殖、凋亡等）、细胞周期检验点分析、细胞周期详尽分期的各期状态主要生物活性大分子的分析等，为细胞周期分析提供了坚实的基础和可行的技术。