细胞核骨架是存在于真核细胞核内的以蛋白纤维为主的网架体系，是细胞骨架系统中的一个重要组成部分，因为它的基本形态与细胞质骨架很相似，又与细胞质骨架系统有一定联系，所以也称为核骨架。

对细胞核的研究，曾经主要集中在染色质、核仁和核膜，尤其注重对DNA、RNA、组蛋白和核酸酶的研究，核骨架曾长期被人们所忽视。直到20世纪70年代中期，R.Berezney和D.S.Coffey等（1974)才首次将核骨架作为细胞核内独立的结构体系进行研究。近年来，核骨架的研究取得很大进展，成为细胞生物学研究的一个新的生长点，它与DNA的复制、RNA的转录和加工、染色体的组装、病毒感染以及肿瘤的发生等一系列重要的细胞生命活动密切相关。

目前对核骨架的概念有两种理解，广义的细胞核骨架包括核基质、核纤层一核孔复合体体系、残存的核仁和染色体骨架；狭义的细胞核骨架仅指核内基质，即细胞核内除去核膜、核纤层、染色质、核仁和核孔复合体以外的以蛋白纤维成分为主的纤维网架体系。

（一）核基质

核基质又称核内骨架，是指细胞核内的纤维网络，充满整个细胞核空间，把染色质和核仁网络其中，与核纤层和核孔复合体相连接，并与胞质骨架系统有一定联系。

1．核基质的一般形态结构

要在电镜下观察到核基质，一般的方法为生化抽提技术加上整装样品电镜技术，方可清晰地显示核骨架一核纤层一中间纤维网架结构体系。

1991年，Coffey等人根据所得到的网络结构，提出了核基质的结构模型，认为由蛋白纤维构成的网架结构充满核内的整个空间，残存的核仁被包围在该网架中。核纤层由中间纤维蛋白构成，位于内层核膜下方，核基质的纤维网架与核纤层有着广泛的结构联系。核基质纤维粗细不均，直径可为3-30nm，推测其纤维单体的直径是3-4nm，较粗的纤维直径呈3nm的倍数，提示为单纤维的聚合体。

2．核基质的化学成分

由于提取方法和所用盐溶液的不同，在电泳上显示的核基质蛋白成分有相当的差异。核基质成分较为复杂，不像细胞质骨架和核纤层那样简单，不同类型细胞，其细胞周期不同阶段以及正常与癌变细胞的核基质成分都可能有所差别。已检测出的核基质成分有10多种，相对分子质量为40-60kD，多数是非组蛋白成分，其中相当一部分为含硫蛋白质。二硫键对核基质完整性起极为重要的作用，破坏二硫键可引起核基质的瓦解。

由于核基质蛋白成分常与一部分DNA和RNA有紧密的结合，与RNA的结合对于维持核骨架三维网络结构的完整性是必要的，与少量DNA的结合是一种功能性结合，所以有人认为核基质成分应该说是一类核蛋白。

常见的核基质蛋白有下列几种：

(1)核基质蛋白，相对分子质量大于50kD，主要定位于核基质，且呈现纤维颗粒样分布。很可能是核基质上DNA撵环的结合蛋白。

(2)Nuc2＋蛋白，Nuc2＋蛋白存在于核基质以及染色体支架中，相对分子质量为76kD,有一个结构域与富含AT的DNA序列有特异的亲和性。Nuc2＋蛋白能在体外自我组装，是一种具有聚合能力的酸性结合蛋白质。Nuc2＋蛋白可能在有丝分裂期染色体分离过程中起重要作用。

(3)核内肌动蛋白，有报道在间期细胞核内发现肌动蛋白，这些核基质中的肌动蛋白可能与mRNA前体的加工过程有关，如果向细胞核内注射抗肌动蛋白抗体及肌动蛋白结合蛋白，能抑制细胞核内的mRNA的转录。

(4)附着区结合蛋白，与骨架结合的DNA序列（简称MAR）往往是富含AT的DNA序列，长度300-1000bp。是一种MAR结合蛋白，相对分子质量为95kD，广泛存在于各种组织中，不具有组织特异性。通常特异性地与DNA撵环两端的序列结合，将其锚定在核基质上，以形成DNA檬环。

(5)DNA拓扑异构酶II，是间期的核基质和分裂期染色体骨架的重要成分之一。

3．核基质结合蛋白

近年陆续发现了一些核骨架结合蛋白，又称核基质结合蛋白，是一些与DNA和RNA代谢密切相关的酶类、细胞信号识别和细胞周期的调控因子以及病毒特异性的调控蛋白，紧密地结合在核基质结构上，协助核基质蛋白共同完成核基质网架的构建和生物学功能。

4．核基质的功能

一般认为，核基质为细胞核内组分布局提供了一个结构支架，细胞核内许多重要的生命活动与核基质有关。

(1)核基质与DNA复制原核细胞的DNA复制是结合在细胞膜上进行的。近年来研究表明真核细胞中DNA复制与核膜没有直接的关系，更无专一的结合位点，复制中的DNA均结合在核基质上，并且DNA复制所必需的DNA聚合酶和DNA拓扑异构酶II都可能在核基质上有特定的结合位点。DNA襻环的根部结合在基质纤维上，DNA以襻环的形式通过核基质结合序列与DNA拓扑异构酶Ⅱ的结合锚定到核基质上，调控DNA的复制。与DNA复制有关的酶及调控因子与DNA襻环共同锚定于核基质上形成DNA复制复合体，进行DNA复制合成。

近年来证实，真核细胞中的DNA聚合酶结合于核基质上，通过结合于核基质上而被激活。所以可以认为，在真核细胞中核基质是DNA复制的空间支架。

(2)核基质与基因表达在细胞核这样的小小的空间内容纳基因要有序表达，必须在时空上进行有序的调节，在一定时间内只有极少数基因活跃表达，其他基因暂时处于关闭状态。在鸟类和哺乳动物细胞中，具有转录活性的基因是结合在核基质上的，基因只有结合在核基质上才能进行转录。具有转录活性的基因两端存在MAR序列，可以经DNA拓扑异构酶II结合到核基质上，并且MAR序列的存在可增加基因的转录活性。核基质是DNA的转录位点，RNA的合成是在核基质上进行，RNA聚合酶在核基质上具有结合位点。另外，mRNA的剪切加工与运输也是在核基质上进行，mRNA前体（hnRNA）与核基质的相结合，hnRNA上的特异性片段polyA可能是hnRNA在核基质上的附着点。

(3)核基质和细胞癌变有些癌细胞如肝细胞的核基质结构很不规则，而且其蛋白组成与正常细胞核基质有显著不同。肿瘤细胞核常呈异常的形态结构，与核基质结构及其蛋白组成的异常密切相关。有实验证明，癌基因是结合在核基质上才能转录。一些致癌物、促癌剂能紧密与核基质结合，并通过核基质发挥其致癌、促癌作用。某些抑制癌细胞增殖的药物可能是通过干扰核基质的DNA拓扑异构酶II起作用的。

（二）核纤层

核纤层是位于细胞核内层核膜下与染色质之间的纤维蛋白片层或纤维网络，由核纤层蛋白多肽组成。核纤层与中间纤维、核基质相互连接，形成贯穿于细胞核与细胞质的骨架纤维结构体系。间期细胞核中，核纤层与核膜在结构上有密切联系，与核孔位置的维持、核膜形态的维持以及为染色体提供结构支架有关。

1．核纤层形态结构

在某些真核细胞中，核纤层厚度为20-100nm，核纤层纤维的直径为一般为l0nm左右，排列整齐，呈正交状编织成网络，分布于内层核膜与染色质之间。核纤层整体结构呈一球形或笼形网络，切面观呈片层结构。在分裂期细胞，核纤层解体，以蛋白单体形式存在与细胞中。

2．核纤层的化学成分

核纤层在真核细胞中普遍存在，由一类核纤层蛋白组成，相对分子质量在60-80kD之间。在哺乳动物和鸟类细胞中，存在3种核纤层蛋白，即核纤层蛋白A、核纤层蛋白B、核纤层蛋白C。在两栖类中有4种，即核纤层蛋白Ⅰ、II、Ⅲ、Ⅳ。果蝇中发现两种核纤层蛋白。

核纤层蛋白是中间纤维蛋白家属成员，核纤层蛋白A和核纤层蛋白C两种多肽的氨基酸顺序中有一段长度为350个氨基酸残基的序列与中间纤维蛋白高度保守的a螺旋区有28％的同源性；而核纤层蛋白与波形蛋白之间，在同源岛区域有10％的氨基酸相同，核纤层蛋白被确定为第V型中间纤维蛋白。

3．核纤层的装配

哺乳动物核纤层蛋白能装配成杆状二聚体。二聚体由约50nm长的杆部和两个球状头部组成。球状头部由蛋白质C-末端区域构成，杆部由高度保守的a螺旋区构成。体外重组实验表明，核纤层蛋白A和核纤层蛋白C能在体外自我装配，首先形成二聚体，二聚体首位相连形成多聚体，多聚体横向联合形成核纤层纤维，最后形成具有周期性结构的核纤层纤维网络。

核纤层蛋白的正确装配依赖核定位信号（简称NLS)序列、C-末端的CaaX结构域和a螺旋区。核纤层蛋白在形成二聚体时依赖于a螺旋区形成的超螺旋，在NLS序列引导下被运入细胞核，并被装配到核纤层中。C-末端的CaaX结构域保证了核纤层只在核膜下进行装配而在细胞质中大量堆积。

4．核纤层的功能

核纤层与核膜、染色质、核孔复合体及核基质在结构上有密切联系，一般认为核纤层在细胞核中起支架作用。不仅为核膜及染色质提供了结构支架，还在DNA复制、mRNA分选以及细胞有丝分裂过程中核膜的崩解和重新形成中发挥重要作用。

（三）染色体支架

染色体支架是指染色体中由非组蛋白构成的结构支架，功能不仅上是染色体高级结构的结构骨架，还与DNA的复制、RNA的转录与加工、染色体的构建密切相关。

染色体支架含大约30种非组蛋白，支架中不含组蛋白。近年来对染色体支架的成分进行了进一步的纯化分析，在染色体支架的非组蛋白中主要有两种蛋白：SCⅠ和SCⅡ，构成支架蛋白的40％以上。SCI就是DNA拓扑异构酶Ⅱ,DNA拓扑酶II是一种主要的染色体支架结构蛋白。着丝粒蛋白CENP-B和CENP-C也位于染色体支架上。

染色体支架中的蛋白质能识别特定的碱基序列，并与碱基形成氢键，从而与一段较短的特异性DNA序列结合，因此被称为序列特异性DNA结合蛋白。这些蛋白质具有许多功能，如参与染色体的构建，与组蛋白相互作用使DNA分子形成在复制和转录功能上相对独立的结构域；以复合物的形式结合在特异DNA序列上，启动和推进基因的复制；以竞争性或协同性结合方式作用于特异DNA系列上，调控有关基因的转录等。