神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育分解課件

第八章神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育

神經(jīng)發(fā)育是神經(jīng)科學中一個非常重要的組成部分，它是一門探索單個細胞如何發(fā)育成一個能夠執(zhí)行各種高級功能的極其復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡，以及這個過程中存在什么奧秘、特征和調(diào)控機制，從而揭示大腦這一自然界中最神奇的產(chǎn)物是如何形成的學科。本章，我們將重點了解：神經(jīng)細胞以及神經(jīng)系統(tǒng)的產(chǎn)生、分化、成熟和功能化，以及控制這些發(fā)育過程的內(nèi)外因素與機制。第八章神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育神經(jīng)發(fā)育是神經(jīng)科腦（大腦、小腦、間腦、中腦、腦橋、延髓）中樞神經(jīng)系統(tǒng)脊髓（31個節(jié)段包括頸8、胸12、腰5、骶5、尾1）神經(jīng)系統(tǒng)腦神經(jīng)（12對）周圍神經(jīng)系統(tǒng)脊神經(jīng)（31對）

神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)腦傳入神經(jīng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)軀體神經(jīng)脊髓傳出神經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)腦神經(jīng)傳入神經(jīng)周圍神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)臟神經(jīng)（自主神經(jīng)）脊神經(jīng)傳出神經(jīng)植物神經(jīng)交感神經(jīng)

副交感神經(jīng)第八章_神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育分解課件第一節(jié)神經(jīng)管的形成從水螅簡單的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)神經(jīng)組織到布滿溝回的人類大腦，神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能存在著巨大差別，但是在發(fā)育的過程中，也有很多共同的特征。以脊椎動物為例，首先單細胞的受精細卵經(jīng)過不斷的分裂、增殖，形成由多細胞組成的圓形中空的囊胚（blastula）。囊胚進一步分化、發(fā)育成原腸胚（gastrula）。這時這個圓球拉長，外殼演變成3層，分別是外胚層（ectoderm）、中胚層（mesoderm）、和內(nèi)胚層（endoderm），而且在背部中線處，由中胚層細胞形成一個貫穿前后的柱狀關(guān)鍵結(jié)構(gòu)——脊索（notochord）。受精卵囊胚原腸胚分裂、增殖分化、發(fā)育第一節(jié)神經(jīng)管的形成從水螅簡單的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)神經(jīng)組織到布滿溝回的

神經(jīng)系統(tǒng)最早起源于原腸胚背部外胚層細胞組織的神經(jīng)胚化（neurulation）以兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類為例，首先脊索上方的外胚層增厚。由于從前到后中線兩側(cè)的細胞增殖較快，使得神經(jīng)外胚層形成板狀形態(tài)，稱之為神經(jīng)板（neuralplate）。隨后神經(jīng)板兩側(cè)繼續(xù)上隆，形成神經(jīng)褶（neuralfold）。而中央部分在兩側(cè)組織的擠壓下，下凹形成溝狀，稱之為神經(jīng)溝（neuralgroove）。隨后溝兩側(cè)上部進一步靠攏并愈合在一起，形成一個中空的管狀形態(tài)。與此同時，管的頂部細胞離外胚層，而兩側(cè)的外胚層細胞則又重新融合在一起形成完整的個胚層。陷進外胚層和脊索中間的管道則稱為神經(jīng)管（neuraltube）。這時的胚胎稱為神經(jīng)胚，神經(jīng)系統(tǒng)由此誕生。神經(jīng)系統(tǒng)最早起源于原腸胚背部外胚層第八章_神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育分解課件第二節(jié)神經(jīng)管的分化神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的第二步是神經(jīng)管的繼續(xù)分化。在解剖水平上，它的內(nèi)腔各部位或膨脹、或壓縮，最終形成大腦（brain）、脊髓（spinalcord）和各個腔室；在組織水平上，神經(jīng)管管壁的細胞經(jīng)過不斷的重組、遷移發(fā)育成大腦和脊髓各個不同的部位的組織；在細胞水平上，神經(jīng)上皮細胞自身分化成種類繁多的神經(jīng)細胞和神經(jīng)膠質(zhì)細胞。在這段發(fā)育過程中，細胞的增殖非常快，神經(jīng)管的形狀發(fā)生了急劇的變化。一、三腦泡階段二、五腦泡階段三、成熟階段第二節(jié)神經(jīng)管的分化神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的第二步是神經(jīng)管的繼續(xù)分化。在發(fā)育過程中這些腦泡膨脹得非?？欤u胚胎腦的體積在3天到5天內(nèi)增長了30倍。什么是這些快速增長的動力呢？現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這不是由于組織增長的快，而是由于腦腔室的體積快速變大所致的。由于腦室里液體存在一個正壓，它迫使神經(jīng)管壁快速向外擴增，從而為腦組織的成型曲折提供外部驅(qū)動力。因此神經(jīng)管的關(guān)閉極其重要，事實上很多神經(jīng)系統(tǒng)在發(fā)育中出現(xiàn)問題就是由于神經(jīng)管不能關(guān)閉所造成的。為什么大腦會出現(xiàn)在神經(jīng)管的頭端，而脊髓出現(xiàn)其后呢？這種多頭到尾出現(xiàn)不同的結(jié)構(gòu)模式的由什么樣的機制調(diào)控呢？大量的工作表明這是由于：①粗糙的、節(jié)段性的體節(jié)形成與細胞內(nèi)Hox基因（Homeoboxgene）這樣的同源盒基因簇表達有關(guān)，這些Hox蛋白是所有其他轉(zhuǎn)錄因子的總操縱者。它們在不同的體節(jié)處有不同的表達組合，從而可控制下游基因根據(jù)體節(jié)的需要表達相對應的蛋白。②細節(jié)處則取決于環(huán)境中各種長程可溶性誘導分子和相鄰細胞膜上的信號蛋白對神經(jīng)細胞的共同作用在發(fā)育過程中這些腦泡膨脹得非?？?，雞胚胎腦的體積在3天到5天四、身體頭尾軸的形成和調(diào)控機制身體頭尾軸（anterior-posterior）的形成指身體從頭到尾的體軸及其相關(guān)特征的形成。五、身體背腹軸的生成起因身體背腹軸（dorsal-ventralaxis）指身體從背到腹部的體軸。以脊髓為例，背部主要是接受外界感覺神經(jīng)元的輸入，腹部則是運動神經(jīng)元所在的地方，而中部是由負責聯(lián)絡兩者的中間神經(jīng)元占主導。那么沿著脊髓從背部到腹部，這種極性分布是由什么排的？現(xiàn)在知道，這是由兩套信號分子所調(diào)控的。腹部神經(jīng)元是由神經(jīng)管下方脊索釋放出來信號分子Shh（Sonichedgehog）所誘導產(chǎn)生的。Shh首先透導神經(jīng)管底部中間連接處的組織形成底板（floorplate），然后底板細胞再進一步分泌Shh，這會使得Shh的濃度從腹到背呈剃度分布。正是這些不同濃度水平的Shh蛋白造成神經(jīng)管的神經(jīng)表皮細胞從腹部向上依次分化成運動神經(jīng)元（motorneuron,MN）、腹部中間神經(jīng)元（V1和V2ventralinterneuron）。四、身體頭尾軸的形成和調(diào)控機制第三節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織構(gòu)型的建立在經(jīng)歷了兩個階段以后，中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育進一步細化，其特點是出現(xiàn)具有各種功能的組織結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元要么被安排形成大腦皮層的不同亞層，要么集合在一起形成神經(jīng)核團（nuclei）。那么，從最初單一細胞層的神經(jīng)管上皮，發(fā)育成不同層次、不同功能的神經(jīng)組織這樣一個命運變化的過程具有什么樣的特征和調(diào)控機制呢？一、神經(jīng)細胞的遷移神經(jīng)管最初是單一細胞層，由神經(jīng)上皮細胞迅速分裂成的神經(jīng)干細胞（neuralstemcell）組成。不過由于這些細胞的核位于細胞內(nèi)不同高度上，所以神經(jīng)管這時看起來好像已有很多層。細胞核在細胞內(nèi)不是靜止不動的，它們沿著細胞長軸不斷地上下移動。細胞處于DNA合成期（S期，synthesisphase）時，細胞核位于神經(jīng)管剖面的外端。隨著細胞繼續(xù)進行有絲分裂，細胞核由外向內(nèi)側(cè)面（luminalsurface），即由上向下移動。當處于有絲分裂期（M期，mitosisphase）時，細胞核移動到神經(jīng)管的內(nèi)壁一側(cè)。第三節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織構(gòu)型的建立在經(jīng)歷了兩個階段以后，中二、脊髓和延髓的組織生成隨著神經(jīng)管內(nèi)壁附近的細胞持續(xù)分裂，那些遷移中的細胞在原來神經(jīng)管周圍形成了第二層細胞層。并且由于不斷地有新細胞從原始神經(jīng)上皮中遷移過來，這層變得越來越厚。這們稱這一新的細胞層為外套層（mantlezone）。而原來的原始上皮（germinalepithelium）組織則被稱為腹腔層（VZ），后稱之為室管層（ependyma），這個區(qū)域也是未來神經(jīng)干細胞的主要來源處。外套層的細胞分化成神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。神經(jīng)元一方相互之間構(gòu)成各種聯(lián)系；另一方面它們的軸突（axon）投射到表層，形成缺乏細胞胞體的邊緣層（marginalzone）。最后邊緣層內(nèi)的軸突被膠質(zhì)細胞包裹，形成髓鞘。由于它們看起來是白色，所以稱之為白質(zhì)（whitematter）。而外套層的神經(jīng)胞體看起來是灰色，所以相對稱為灰質(zhì)（graymatter）.二、脊髓和延髓的組織生成三、小腦的組織生成小腦（cerebellum）與脊髓不同是的，在完成3層結(jié)構(gòu)后，神經(jīng)元的遷移并沒有停止。其中一部分神經(jīng)前體細胞（neuronalprecursor）進入邊緣層集合在一起形成神經(jīng)核團，功能上起到在小腦外表層和大腦其他部分之間傳遞信息的作用。另一部分來自原始神經(jīng)上皮的神經(jīng)前體細胞，也稱為成神經(jīng)細胞（neuroblasts），則遷移到小腦的外表層，形成外顆粒層（externalgranulelayer）。這層外端的成神經(jīng)細胞繼續(xù)分化。而內(nèi)端那些已停止有絲分裂的成神經(jīng)細胞則成為小腦皮層顆粒神經(jīng)元（granuleneurons）的前體。這些顆粒神經(jīng)元沒有停止在原處，它們又遷移返回到正在發(fā)育的白質(zhì)中，形成內(nèi)顆粒層（internalgranulelayer）。同時浦肯野細胞分泌Shh，這會有益于外顆粒層中顆粒神經(jīng)元前體細胞的分化。三、小腦的組織生成四、大腦的組織生成大腦（cerebrum）組織有兩個特征：①垂直方向上分層。②水平方向上分區(qū)。垂直方向上，從外套層出發(fā)的成神經(jīng)細胞沿著膠質(zhì)細胞的長突起（glialprocess），穿過白質(zhì)到達腦的外表層，在那里形成第二區(qū)（secondzone）.這一層新的灰質(zhì)稱為新皮層（neocortex），它最終又分成6層，依次為Ⅰ分子層、Ⅱ外顆粒層、Ⅲ錐體細胞層、Ⅳ內(nèi)顆粒層、Ⅴ神經(jīng)節(jié)細胞層及Ⅵ多形細胞層。水平方向上，大腦皮層根據(jù)細胞的組織形態(tài)和功能又分成不同的40個區(qū)。它們的輸出、輸入有著各自的特點，如視皮層的第Ⅵ亞層輸出到丘腦的外膝體核（lateralgeniculatenucleus），聽皮層（auditorycortex）的第Ⅵ亞層則輸出支丘腦的內(nèi)膝體核（medialgeniculatenucleus）.四、大腦的組織生成五、成年神經(jīng)干細胞五、成年神經(jīng)干細胞第四節(jié)軸突的生長一、生長錐神經(jīng)軸突生長的執(zhí)行機構(gòu)是生長錐（growthcone）,它位于軸突的尖端，呈扁平掌形結(jié)構(gòu)。二、胞外網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的黏接作用三、細胞表面的黏接和簇生作用四、向化性反應第四節(jié)軸突的生長一、生長錐二、胞外網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的黏接作用三、細五、目的地的選擇視網(wǎng)膜到視頂蓋投射有著嚴格的點對點拓撲關(guān)系，如蟾蜍視網(wǎng)膜鼻側(cè)（nasal）神經(jīng)節(jié)細胞到視頂蓋的后端（caudal）,顳側(cè)（temporal）到前端（rostral），膜部（ventral）到內(nèi)側(cè)（middle），背部（dorsal）到外側(cè)（lateral）。那么，那么神經(jīng)纖維怎么才能形成遠程精確投射，又由什么樣的機制來決定呢？Bonhoeffer和同事們（Walter等，1987；BaierandBonhoeffer，1992）設計了一系列非常巧妙的試驗：他們將雞視頂蓋的前端和后端分別取出，打碎勻槳，相間鋪成星條旗結(jié)構(gòu)一樣的細胞培養(yǎng)基底層，然后在一端分別種植鋪上來自視網(wǎng)膜鼻側(cè)或者顳側(cè)的細胞，讓它們的軸突在上面延伸生長。結(jié)果發(fā)現(xiàn)來自鼻側(cè)的視網(wǎng)膜節(jié)細胞軸突，可以在兩種基底上同樣生長；而來自顳側(cè)視網(wǎng)膜節(jié)細胞的軸突卻都集中在含有頂蓋前端組織的基底膜上延伸生長。這揭示：①來自顳側(cè)的視網(wǎng)膜節(jié)細胞的軸突不能存在于頂蓋后端。②這個現(xiàn)象是由頂蓋后端組織對顳側(cè)節(jié)細胞軸突的排斥所造成的。五、目的地的選擇視網(wǎng)膜到視頂蓋投射有著嚴格的點對點拓撲關(guān)系，六、生長錐的崩塌神經(jīng)纖維到達終點后必須停止生長，生長錐也必須崩塌（collapse）。這個過程由組織中抑制分子semaphorin和生長錐膜上的它們受體分子neuropilin和plexin相互作用來完成。六、生長錐的崩塌神經(jīng)纖維到達終點后必須停止生長，生長錐也必須第五節(jié)突觸的形成和再生突觸的形成經(jīng)歷3個階段：首先發(fā)育中的軸突有選擇地與靶細胞形成聯(lián)系，接著國軸突的生長錐分化成神經(jīng)末梢，最后靶細胞將必要的構(gòu)件安排到突觸后膜上。這每一步都依賴細胞間的相互作用，依賴胞內(nèi)相關(guān)蛋白在突觸后的遷移、固定或消失，因此本章節(jié)將主要聚焦于突觸前后各種黏接分子、骨架蛋白在這個過程中的調(diào)控機制。一、神經(jīng)肌肉接頭

二、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的突觸在結(jié)構(gòu)上與神經(jīng)肌肉連接很相