神經系統(tǒng)的組織再生西北師范大學

1、n腦科學研究進展的三大里程碑：腦科學研究進展的三大里程碑： n1. 神經元學說神經元學說 n2. 神經元興奮過程中的離子通道理論神經元興奮過程中的離子通道理論 n3. 腦成像技術腦成像技術 n腦科學研究進展的十大進展：腦科學研究進展的十大進展： n1. 電生理學電生理學 n2. 神經遞質與受體神經遞質與受體 n3. 神經營養(yǎng)因子的發(fā)現神經營養(yǎng)因子的發(fā)現 n4. 信號轉導系統(tǒng)信號轉導系統(tǒng) n5. 神經系統(tǒng)發(fā)育基因調控神經系統(tǒng)發(fā)育基因調控 n6. 神經系統(tǒng)疾病基因的定位神經系統(tǒng)疾病基因的定位 n7. 視覺生理學視覺生理學 n8. 學習與記憶學習與記憶 n9. 腦超微結構的研究腦超微結構的研究 n1

2、0. 神經網絡理論神經網絡理論 第一節(jié)第一節(jié) 神經胚的發(fā)育神經胚的發(fā)育 第二節(jié)第二節(jié) 神經管的形成和分化神經管的形成和分化 第三節(jié)第三節(jié) 神經嵴及其衍生物神經嵴及其衍生物 第四節(jié)第四節(jié) 外胚層板外胚層板 第五節(jié)第五節(jié) 在神經系統(tǒng)發(fā)育中的細胞調亡在神經系統(tǒng)發(fā)育中的細胞調亡 n神經系統(tǒng)高度復雜的功能決定了神經系統(tǒng)高度復雜的功能決定了 其結構的復雜性和精確性。神經其結構的復雜性和精確性。神經 系統(tǒng)的發(fā)育經歷極其復雜的構筑系統(tǒng)的發(fā)育經歷極其復雜的構筑 過程。首先是神經細胞的發(fā)生和過程。首先是神經細胞的發(fā)生和 增殖；然后是神經細胞的遷移及增殖；然后是神經細胞的遷移及 其過程中神經細胞的決定和分化；其過程

3、中神經細胞的決定和分化； 最后神經系統(tǒng)功能的實現依賴于最后神經系統(tǒng)功能的實現依賴于 神經元之間和神經元與非神經元神經元之間和神經元與非神經元 之間形成精密的連接。另外，神之間形成精密的連接。另外，神 經系統(tǒng)也會受到外傷和疾病的損經系統(tǒng)也會受到外傷和疾病的損 傷，這些涉及神經系統(tǒng)的修復和傷，這些涉及神經系統(tǒng)的修復和 再生。再生。 第一節(jié)第一節(jié) 神經胚的發(fā)育神經胚的發(fā)育 :分裂經分裂經到到；原；原 腸形成的一個關鍵產物是由中胚層形成腸形成的一個關鍵產物是由中胚層形成；脊索；脊索 誘導上方覆蓋的外胚層誘導上方覆蓋的外胚層(50% 細胞細胞)增厚形成增厚形成 此后神經板兩側邊緣向上隆起形成此后神經板兩

4、側邊緣向上隆起形成，中間的，中間的 凹陷為凹陷為最后神經褶在背部中央愈合形成中最后神經褶在背部中央愈合形成中 空的空的l將來發(fā)育為將來發(fā)育為和和；位于；位于 脊索上方的預定神經外胚層形成神經管的過程脊索上方的預定神經外胚層形成神經管的過程 。 ：經歷上述變化的胚胎經歷上述變化的胚胎 。 l( (一一) )神經誘導的普遍性神經誘導的普遍性 l( (二二) )神經誘導的分子基礎神經誘導的分子基礎 由脊索中胚層釋放垂直到其上方外胚層的；由脊索中胚層釋放垂直到其上方外胚層的； 由胚孔背唇由前向后水平傳遞。由胚孔背唇由前向后水平傳遞。 nogginnoggin蛋白；蛋白； activinactivin蛋

5、白；蛋白； 蛋白激酶和蛋白激酶和cAMPcAMP； inhibininhibin和和follibtainfollibtain。 n 神經管形成機制：神經管形成機制：隨外胚層細隨外胚層細 胞內胞內微管由隨機排列到平行于微管由隨機排列到平行于 細胞長軸排列細胞長軸排列，外胚層細胞伸，外胚層細胞伸 長長(若用秋水仙素處理將阻斷神若用秋水仙素處理將阻斷神 經管形成經管形成)，預定神經外胚層細，預定神經外胚層細 胞形狀的第二個變化胞形狀的第二個變化是柱狀細是柱狀細 胞頂端收縮變?yōu)樾ㄐ渭毎敹耸湛s變?yōu)樾ㄐ渭毎?而周而周 n圍細胞不圍細胞不.預定神經外胚層細胞預定神經外胚層細胞 的變形是由于圍繞在的變形是

6、由于圍繞在細胞頂端細胞頂端 的一圈微絲收縮產生的一圈微絲收縮產生“口袋效口袋效 應應”的結果（若用細胞松弛素的結果（若用細胞松弛素 處理處理,細胞頂端不能收縮形成神細胞頂端不能收縮形成神 經褶經褶)(）。）。 如圖如圖神神 經板經板上皮細胞的皮質處于不上皮細胞的皮質處于不 斷運動中斷運動中, 從而攜帶一些粘從而攜帶一些粘 連分子從細胞底部向上流動，連分子從細胞底部向上流動， 并終止于細胞頂部并終止于細胞頂部(A)。如。如 果流動的速度在每個細胞中果流動的速度在每個細胞中 相等相等, 則上皮細胞彼此緊密則上皮細胞彼此緊密 相連相連, 不發(fā)生細胞變形。然不發(fā)生細胞變形。然 而如果這種流動而如果這種

7、流動“牽引牽引”的的 速度在鄰近細胞中不同速度在鄰近細胞中不同,流流 動較快的細胞將開始向基部動較快的細胞將開始向基部 方向爬行方向爬行,移到上皮細胞之移到上皮細胞之 外。因為細胞的頂部仍連在外。因為細胞的頂部仍連在 一起一起,基部的爬行與頂端連基部的爬行與頂端連 接和收縮結合起來產生一種接和收縮結合起來產生一種 運動運動,使這些細胞升到神經使這些細胞升到神經 板表面之上板表面之上,并向內卷曲形并向內卷曲形 成神經褶成神經褶(B) 。 n神經管細胞的增殖神經管細胞的增殖 ：隨著神經管的形成，隨著神經管的形成，由柱狀上皮演變而成的假復層由柱狀上皮演變而成的假復層上上 皮，也稱增殖上皮。皮，也稱增

8、殖上皮。 ：如圖，這個過程一直持續(xù)到細胞停止分如圖，這個過程一直持續(xù)到細胞停止分 裂開始遷移為止裂開始遷移為止,隨著發(fā)育進行細胞分裂速度逐漸減慢隨著發(fā)育進行細胞分裂速度逐漸減慢(用用3H-腺腺 苷酸標記的放射自顯影研究發(fā)現苷酸標記的放射自顯影研究發(fā)現)。 n神經管細胞的遷移神經管細胞的遷移 n輻射纖維輻射纖維：在神經系統(tǒng)的層狀結構中神經細胞沿著：在神經系統(tǒng)的層狀結構中神經細胞沿著 神經膠質細胞伸出的輻射狀排列的突起神經膠質細胞伸出的輻射狀排列的突起(見圖見圖)。 n神經細胞遷移前在神經管內壁附近聚集形成神經細胞遷移前在神經管內壁附近聚集形成外套層外套層， 此時增殖上皮稱為此時增殖上皮稱為室管膜

9、室管膜；由于停止有絲分裂后細；由于停止有絲分裂后細 胞不斷加入外套層增厚，在外套層與神經管外壁之胞不斷加入外套層增厚，在外套層與神經管外壁之 間為間為邊緣層邊緣層，起初它僅含有神經細胞基部的一些突，起初它僅含有神經細胞基部的一些突 起，后來外套層神經細胞突起及神經系統(tǒng)其它部分起，后來外套層神經細胞突起及神經系統(tǒng)其它部分 的突起也侵入此層；外套層的神經細胞分化產生的突起也侵入此層；外套層的神經細胞分化產生樹樹 突和軸突突和軸突，一些細胞又外遷形成一個中間層；當神一些細胞又外遷形成一個中間層；當神 經管分化為經管分化為脊髓脊髓時，因為外套層含有較多的細胞體，時，因為外套層含有較多的細胞體， 組織學

10、染色較深，稱為灰質，而邊緣層含有樹突和組織學染色較深，稱為灰質，而邊緣層含有樹突和 軸突，不易著色軸突，不易著色, 稱為稱為白質白質。 n神經管形成模式神經管形成模式(圖圖)： n 產生神經管所需的所有力量來自神經管上皮細胞本身產生神經管所需的所有力量來自神經管上皮細胞本身; n 神經胚形成起源于神經上皮細胞形狀的變化神經胚形成起源于神經上皮細胞形狀的變化; n 引起細胞形狀變化的力量來自細胞骨架成分引起細胞形狀變化的力量來自細胞骨架成分; n 另外兩個因素另外兩個因素, 即集中的伸展和細胞分裂。即集中的伸展和細胞分裂。 n神經細胞的分化神經細胞的分化 n 當神經元開始遷移時，它們喪失細胞分裂

11、的能力，當神經元開始遷移時，它們喪失細胞分裂的能力， 而神經膠質細胞終身保留細胞分裂能力而神經膠質細胞終身保留細胞分裂能力。 n 例如：運用一種神經膠質細胞特異的標記物例如：運用一種神經膠質細胞特異的標記物神神 經膠質原纖維酸性蛋白經膠質原纖維酸性蛋白(GFAP)抗體進行免疫細胞抗體進行免疫細胞 化學研究表明，在室管膜中的某些細胞表達化學研究表明，在室管膜中的某些細胞表達GFAP， 而另外的細胞不表達，推測前者為神經膠質細胞。而另外的細胞不表達，推測前者為神經膠質細胞。 這一結果提示：在室管膜中的神經膠質細胞在神經這一結果提示：在室管膜中的神經膠質細胞在神經 元遷移前就已決定了。元遷移前就已決

12、定了。 n 在大體解剖水平神經管及其腔產生膨大和收縮在大體解剖水平神經管及其腔產生膨大和收縮 形成腦和脊髓的室形成腦和脊髓的室; n 在組織水平神經管壁內的細胞群以不同方式在組織水平神經管壁內的細胞群以不同方式 重排形成腦和脊髓不同的功能區(qū)重排形成腦和脊髓不同的功能區(qū); n 在細胞水平神經上皮細胞分化為體內不同類在細胞水平神經上皮細胞分化為體內不同類 型的神經元和神經膠質細胞。型的神經元和神經膠質細胞。 n最早完成分裂向外遷移的成最早完成分裂向外遷移的成 神經細胞到達邊緣層下面形神經細胞到達邊緣層下面形 成成皮層板皮層板, 將來發(fā)育為將來發(fā)育為新皮新皮 層層。該層最后分化為含細胞該層最后分化為

13、含細胞 體的體的6層層, 由外向內分別由外向內分別 是是:分子層分子層, 外顆粒層外顆粒層, 錐體細胞層錐體細胞層, 內顆粒層內顆粒層, 神經節(jié)細胞層和神經節(jié)細胞層和多形細多形細 胞層。用放射自顯影研究發(fā)胞層。用放射自顯影研究發(fā) 現現, 除分子層是由最早到達除分子層是由最早到達 皮層板的皮層板的Cajal-Retzius細細 胞形成外胞形成外, 其余其余5層組織發(fā)生層組織發(fā)生 的特點是的特點是神經元遷移由內至神經元遷移由內至 外的裝配模式外的裝配模式, 即最早即最早(妊娠妊娠 16天天)停止分裂開始遷移的停止分裂開始遷移的 細胞形成較深皮層細胞形成較深皮層(),晚期晚期 停止分裂的細胞逐漸向外

14、遷停止分裂的細胞逐漸向外遷 移移, 依次形成依次形成(17), (18), (19), (21)。 神經嵴神經嵴與神經嵴細胞的與神經嵴細胞的衍生物衍生物 神經嵴細胞的神經嵴細胞的遷移遷移 影響神經嵴細胞多能性的影響神經嵴細胞多能性的因素因素 神經嵴細胞遷移的神經嵴細胞遷移的機制機制 l神經嵴神經嵴 l神經嵴細胞神經嵴細胞 l神經嵴細胞的衍生物神經嵴細胞的衍生物( () ) l在神經管的迷走區(qū)軀干部之間異位的移植實在神經管的迷走區(qū)軀干部之間異位的移植實 驗驗( () ) 神經嵴神經嵴：位于神經管：位于神經管 背部兩側的具有可塑背部兩側的具有可塑 性的細胞群。性的細胞群。 ：是具有多是具有多 潛能

15、的細胞，它能產生潛能的細胞，它能產生 各種不同類型的細胞，各種不同類型的細胞， 包括神經元、神經膠質包括神經元、神經膠質 細胞和一些非神經細胞細胞和一些非神經細胞 神經嵴細胞的遷移神經嵴細胞的遷移 l軀干部神經嵴細胞的遷移途徑軀干部神經嵴細胞的遷移途徑( (見圖見圖) ) l頭部神經嵴細胞遷移的途徑頭部神經嵴細胞遷移的途徑 (腹側途徑腹側途徑) n哺乳動物頭部神經嵴細胞的遷移路線哺乳動物頭部神經嵴細胞的遷移路線 n小鼠頭部的神經嵴細胞從小鼠頭部的神經嵴細胞從r4r6菱腦節(jié)的遷菱腦節(jié)的遷 移路線。其中大部分細胞遷入咽弓，小部分移路線。其中大部分細胞遷入咽弓，小部分 遷移形成腦神經節(jié)。遷移形成腦神

16、經節(jié)。 第四節(jié)第四節(jié) 外胚層板外胚層板 。 第五節(jié)第五節(jié) 在神經系統(tǒng)發(fā)育在神經系統(tǒng)發(fā)育 中的細胞凋亡中的細胞凋亡 一一. .靶組織靶組織(target tissue)(target tissue) HamburgerHamburger等等(1938-1980)(1938-1980)在發(fā)育的雞胚中進行的精在發(fā)育的雞胚中進行的精 細的定量研究發(fā)現：細的定量研究發(fā)現： ； 。 。 () ： () 二二. .神經生長因子和神經營養(yǎng)因子神經生長因子和神經營養(yǎng)因子 ( () )： 。 三三. .傳入神經的調節(jié)傳入神經的調節(jié) ( () )。 四四. .功能活動的影響功能活動的影響 在神經系統(tǒng)正常發(fā)育期間，細

17、胞凋亡可能受神經功在神經系統(tǒng)正常發(fā)育期間，細胞凋亡可能受神經功 能活動的影響。能活動的影響。 例如：在雞胚脊髓的側運動柱中，當神經肌例如：在雞胚脊髓的側運動柱中，當神經肌 肉連接的傳遞活動被箭毒長期阻斷后，神經細胞的肉連接的傳遞活動被箭毒長期阻斷后，神經細胞的 凋亡被推遲。當神經活動恢復后，神經細胞的凋亡凋亡被推遲。當神經活動恢復后，神經細胞的凋亡 又重新開始又重新開始( () )。 結束放映結束放映 n神經系統(tǒng)高度復雜的功能決定了神經系統(tǒng)高度復雜的功能決定了 其結構的復雜性和精確性。神經其結構的復雜性和精確性。神經 系統(tǒng)的發(fā)育經歷極其復雜的構筑系統(tǒng)的發(fā)育經歷極其復雜的構筑 過程。首先是神經細

18、胞的發(fā)生和過程。首先是神經細胞的發(fā)生和 增殖；然后是神經細胞的遷移及增殖；然后是神經細胞的遷移及 其過程中神經細胞的決定和分化；其過程中神經細胞的決定和分化； 最后神經系統(tǒng)功能的實現依賴于最后神經系統(tǒng)功能的實現依賴于 神經元之間和神經元與非神經元神經元之間和神經元與非神經元 之間形成精密的連接。另外，神之間形成精密的連接。另外，神 經系統(tǒng)也會受到外傷和疾病的損經系統(tǒng)也會受到外傷和疾病的損 傷，這些涉及神經系統(tǒng)的修復和傷，這些涉及神經系統(tǒng)的修復和 再生。再生。 n神經管細胞的遷移神經管細胞的遷移 n輻射纖維輻射纖維：在神經系統(tǒng)的層狀結構中神經細胞沿著：在神經系統(tǒng)的層狀結構中神經細胞沿著 神經膠質細胞伸出的輻射狀排列的突起神經膠質細胞伸出的輻射狀排列的突起(見圖見圖)。 n神經細胞遷移前在神經管內壁附近聚集形成神經細胞遷移前在神經管內壁附近聚集形成外套層外套層， 此時增殖上皮稱為此時增殖上皮稱為室管膜室管膜；由于停止有絲分裂后細；由于停止有絲分裂后細 胞不斷加入外套層增厚，在外套層與神經管外壁之胞不斷加入外套層增厚，在外套層與神經管外壁之 間為間為邊緣層邊緣層，起初它僅含有神經細胞基部的一些突，起初它僅含有神經細胞基部的一些突 起，后來外套層神經細胞突起及神經系統(tǒng)其它部分起，后來外套層神經細胞突起及神經系統(tǒng)其它部分 的突起也侵入此層；外套層的神經細胞分化產生的突