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活性氧（ROS）与肿瘤的发生、发展密切相关。与正常细胞相比,肿瘤细胞内ROS水平较高,不同浓度ROS对肿瘤细胞具有不同作用。低浓度的ROS通过调节细胞内信号传导和稳态,发挥重要的生理功能;高浓度的ROS会导致氧化压力,造成细胞衰老、细胞死亡以及基因组不稳定性等后果。近年来,越来越多地通过增加ROS水平而导致细胞发生氧化压力的抗癌治疗被应用于临床。而一些抗癌治疗诱导的细胞氧化压力依赖细胞周期阻滞。线粒体是细胞内ROS的主要来源,也是细胞的“能量工厂”。线粒体稳态依赖线粒体生物发生、融合、裂变和自噬等动态过程,以响应细胞功能的变化。线粒体稳态失衡导致细胞氧化压力、能量代谢紊乱并与许多疾病密切相关。然而,细胞周期阻滞与氧化压力之间的相互关系是否涉及线粒体稳态尚不明确。本研究以诱导细胞周期阻滞的抗微管化疗药物TH287、紫杉醇为材料,探究了TH287和紫杉醇诱导的细胞M期阻滞与氧化压力和线粒体稳态之间的关系。本论文研究发现,TH287或紫杉醇处理纤维肉瘤细胞（HT1080细胞）和成骨肉瘤细胞（U2OS细胞）可以显著诱导M期阻滞。同时还发现TH287或紫杉醇可以显著升高总ROS以及线粒体ROS水平。透射电子显微镜结果发现,TH287明显导致线粒体总量增多,但线粒体空泡化明显。TH287还可导致线粒体膜电位降低,线粒体蛋白发生SUMO化和乙酰化修饰,细胞糖酵解水平升高,这些结果均表明TH287导致线粒体功能障碍。本研究进而探讨了 M期阻滞与线粒体功能障碍发生之间的关系。使用CHK1抑制剂7-羟基星形孢菌素（UCN-01）部分解除了 TH287或紫杉醇诱导的M期阻滞,UCN-01也减弱了 TH287或紫杉醇导致的线粒体总量增加以及ROS水平升高。进一步实验发现UCN-01可以部分恢复TH287导致的线粒体膜电位降低,明显减少线粒体蛋白质的SUMO化和乙酰化水平,降低细胞糖酵解水平。此外,敲低CHK1可得到类似的结果。上述结果显示CHK1功能抑制可以使细胞避开M期阻滞,并降低功能异常的线粒体堆积以及随之产生的氧化压力。因此,线粒体稳态失衡可能介导抗微管化疗药物引起的氧化压力升高。通过预先清除线粒体和敲低PGC-1α阻断线粒体生物发生,探究了减少线粒体含量对抗微管药物细胞增殖抑制效应的影响。羰基氰化物间氯苯腙（CCCP）是一种氧化磷酸化解偶联剂,可导致线粒体膜电位去极化发生线粒体自噬,从而诱导线粒体的清除。CCCP预处理后,TH287不再诱导细胞M期阻滞,同时伴随ROS水平下降。同样CCCP预处理也可以减少紫杉醇导致的线粒体堆积以及降低线粒体ROS水平。过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α（PGC-1α）参与线粒体生物发生,呼吸能力和能量代谢调控,参与细胞周期进程,并与肿瘤发生相关。实验发现通过敲低PGC1-α阻断线粒体生物发生会导致细胞周期进程减慢,从而解除了 TH287或紫杉醇诱导的细胞M期阻滞。这些结果表明,切断线粒体的供应可以帮助细胞逃避M期阻滞及其偶连的线粒体稳态失衡和ROS压力。在时间顺序上,实验发现细胞M期阻滞发生在线粒体ROS以及线粒体总量的增加之前,且已经发生线粒体堆积以及氧化压力的细胞,不能被UCN-01逆转。进一步实验发现CHK1功能抑制、预先清除线粒体以及阻断线粒体生物发生均可以减慢细胞周期进程。另外,UCN-01可以显著减轻DNA氧化损伤并且增加癌细胞的存活和增殖。抗氧化剂NAC和线粒体靶向抗氧化剂MitoQ可以明显减少DNA氧化损伤,且MitoQ可以部分挽救TH287处理导致的癌细胞增殖减少。更为重要的是,使用CCCP预处理以及敲低PGC-1α同样也减少了 TH287和紫杉醇导致的DNA氧化损伤。综上,这些结果表明TH287或者紫杉醇诱导M阻滞偶连的功能异常的线粒体堆积,并由此产生氧化压力,导致DNA氧化损伤,最终影响细胞存活和增殖。而UCN-01、CCCP及敲低PGC-1α降低线粒体总量可减缓细胞周期进程,帮助癌细胞抵抗这些微管药物。本论文进而检测了体内TH287的抗肿瘤作用是否依赖M期阻滞偶连的线粒体堆积。TH287可以明显抑制移植瘤的生长,而TH287和UCN-01联合处理抗肿瘤的作用显著减弱。实验发现TH287处理显著增加γH2AX以及线粒体的堆积,而在TH287和UCN-01联合处理组,线粒体堆积显著减少。综上所述,本论文研究表明TH287和紫杉醇两种微管药物均能够诱导人纤维肉瘤细胞和成骨肉瘤细胞阻滞于有丝分裂的分裂期,进而发生线粒体堆积和氧化压力,最终造成DNA氧化损伤,抑制细胞增殖。尽管M期阻滞导致线粒体总量增加,但其线粒体存在功能障碍。通过CHK1功能抑制、CCCP预先清除线粒体以及敲低PGC-1α阻断线粒体生物发生均减缓了细胞周期进程,使细胞逃避了M期阻滞,维持了线粒体氧化还原稳态,减少了氧化DNA损伤,促进了细胞存活。总之,这些结果表明了 M期阻滞和线粒体稳态失衡之间的因果关系,线粒体稳态失衡以及随之产生的氧化压力介导微管药物抗肿瘤作用的重要机制。