周期蛋白

周期蛋白的发现始于1982年，Tim Hunt及其同事在海胆（Arbacia punctulata）卵的受精实验中观察到一种蛋白质在细胞分裂间期积累、在分裂期迅速降解，因其表达水平呈周期性波动而被命名为“周期蛋白”（Cyclin）。随后，在酵母遗传学研究中，Hartwell和Nurse等发现了cdc基因产物，并证实周期蛋白与CDK（Cyclin-dependent kinase，细胞周期蛋白依赖性激酶）结合形成复合物，共同调控细胞周期。这一系列工作奠定了细胞周期调控的分子基础，Hunt、Hartwell和Nurse也因此获得2001年诺贝尔生理学或医学奖。

周期蛋白B与CDK1形成活性复合物，推动进入分裂期；周期蛋白B被泛素化并降解后，CDK1保留但活性下降，细胞退出分裂期。

此后三十余年间，周期蛋白家族成员不断扩展，从最初的海胆周期蛋白到哺乳动物中已鉴定出数十种亚型（Cyclin A–Y），其功能从单纯的细胞周期调控延伸至转录调控、DNA损伤修复、代谢和发育等广泛领域。

周期蛋白的核心结构特征是约100个氨基酸的“周期蛋白盒”（cyclin box）结构域，该结构域形成典型的α螺旋束折叠，介导与CDK的结合。周期蛋白盒分为N端和C端两个子域，C端子域直接与CDK催化核心结合，N端子域则参与底物识别和特异性决定。多数周期蛋白还含有位于N端的破坏盒（destruction box，D-box），其序列（RXXLGXIG）被后期促进复合物/环体（APC/C）识别，介导泛素化依赖性降解。

根据功能与序列同源性，周期蛋白可分为三大类：细胞周期相关周期蛋白（Cyclin A、B、D、E等），主要调控细胞周期时相转换；转录相关周期蛋白（Cyclin C、H、K、T、L等），作为CDK的调节亚基参与RNA聚合酶II介导的转录磷酸化调控；非经典周期蛋白（如Cyclin F、G、J、Y等），功能较为多样，涉及蛋白降解、信号转导等。此外，按表达时序，细胞周期周期蛋白又可分为G1期周期蛋白（Cyclin D、E）和M期周期蛋白（Cyclin A、B）。

在哺乳动物细胞中，周期蛋白与CDK的组合决定了细胞周期各时相的推进。Cyclin D–CDK4/6复合物在生长因子刺激下于G1早期形成，磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白（Rb），解除Rb对E2F转录因子的抑制，启动G1/S转换所需基因的表达。Cyclin E–CDK2在G1晚期激活，进一步磷酸化Rb，并促进中心体复制和DNA复制许可。Cyclin A–CDK2在S期维持DNA复制，并防止复制起始的再激活；Cyclin A还与CDK1结合，参与G2/M转换。Cyclin B–CDK1（即MPF，成熟促进因子）在G2/M期达到峰值，磷酸化核纤层蛋白、凝缩蛋白等底物，驱动核膜破裂、染色体凝集和纺锤体组装。M期末，APC/C^Cdc20识别Cyclin B的D-box，介导其泛素化降解，CDK1活性骤降，细胞退出分裂期。

周期蛋白的周期性表达不仅依赖降解，还受到转录水平的精细调控。例如，CCND1（Cyclin D1）基因的转录受Wnt/β-catenin、Ras/MAPK等通路激活；CCNE1和CCNA2的启动子则受E2F的反馈调控，形成双稳态开关，确保时相转换的单向性。

周期蛋白的调控发生在多个层次：（1）转录调控：多种转录因子（E2F、c-Myc、NF-κB）和表观遗传修饰共同控制周期蛋白基因的表达；（2）翻译后修饰：磷酸化、乙酰化、泛素化等修饰影响周期蛋白的稳定性与亚细胞定位。例如，GSK-3β磷酸化Cyclin D1的Thr286，促进其核输出与降解；（3）泛素-蛋白酶体降解：SCF^FBXW7识别磷酸化的Cyclin E，APC/C识别Cyclin B的D-box，形成严格的时序性清除；（4）CDK抑制因子（CKI）：p21^Cip1、p27^Kip1、p57^Kip2等可结合并抑制Cyclin–CDK复合物，p16^INK4a则特异性抑制CDK4/6–Cyclin D复合物。

周期蛋白还参与细胞周期检查点的监控。DNA损伤时，ATM/ATR激酶激活Chk1/Chk2，通过磷酸化Cdc25磷酸酶和p53通路，抑制Cyclin B–CDK1的活性，导致G2/M阻滞；复制压力则通过ATR–Chk1–Wee1轴维持Cyclin E–CDK2的低活性状态，保障基因组稳定性。

周期蛋白的异常表达是肿瘤发生的标志性事件之一。CCND1基因扩增或易位（如套细胞淋巴瘤中的t(11;14)）导致Cyclin D1过表达，促进细胞异常增殖；CCNE1扩增见于卵巢癌、乳腺癌等，与耐药和不良预后相关；Cyclin B1高表达则与多种实体瘤的侵袭性相关。基于此，CDK4/6抑制剂（帕博西尼、瑞博西尼、阿贝西利）已获批用于HR阳性/HER2阴性晚期乳腺癌的治疗，成为周期蛋白靶向治疗的成功范例。此外，周期蛋白还参与发育异常、神经退行性疾病和病毒感染（如HIV利用Cyclin T1–CDK9复合物促进转录延伸）等过程。

近年来，单细胞测序和活细胞成像技术揭示了周期蛋白表达的细胞间异质性和动态波动，挑战了传统的“开关”模型。非经典周期蛋白在免疫调节、代谢重编程中的作用逐渐被认识，周期蛋白与相分离、细胞衰老的交叉研究也成为热点。未来，靶向周期蛋白降解（如PROTAC技术）和精准调控特定Cyclin–CDK组合的策略，有望为肿瘤和其他增殖性疾病提供新的治疗窗口。