第七章三胚層與器官發(fā)生

KarlErnstvonBaer(1792-1876)當(dāng)前1頁，總共53頁。VonBaer法則脊椎動物早期胚胎先形成亞門共有特征，隨著發(fā)育進(jìn)行，胚胎逐漸出現(xiàn)綱、目和科的特征，最終出現(xiàn)種的特征當(dāng)前2頁，總共53頁。馮·貝爾法則（vonBaer’slaws)在胚胎中，動物的一般特征比特化特征出現(xiàn)早。一般特征發(fā)育成較特化特征，而較特化最后發(fā)育成完全特化的特征。給定物種的每個胚胎，并不經(jīng)歷其他動物的成年期特征，而是逐漸遠(yuǎn)離這些動物的成年期特征。高等動物的早期胚胎從來都不像低等動物的成體，而只與其早期胚胎相似。當(dāng)前3頁，總共53頁。VonBaer還認(rèn)識到，所有脊椎動物的發(fā)育都存在一個共同的模式：三胚層形成動物不同的器官。當(dāng)前4頁，總共53頁。?？藸枺℉aeckel）的生物發(fā)生律個體發(fā)育快速重演它的系統(tǒng)(種族)發(fā)育過程。提出“囊胚蟲”、“原腸蟲”，但并不存在。有人認(rèn)為?？藸栠^于狂熱，把個體發(fā)育與物種進(jìn)化混淆起來。但?？藸柕纳锇l(fā)生律大體上還是反映了生物發(fā)生的規(guī)律。當(dāng)前5頁，總共53頁。神經(jīng)管(neuraltube)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基，其形成稱為神經(jīng)胚形成（neurulation）。其方式分初級神經(jīng)胚形成（primaryneurulation）和次級神經(jīng)胚形成（secondaryneurulation）兩種。神經(jīng)胚（neurula):正在進(jìn)行神經(jīng)管形成的胚胎。神經(jīng)胚是脊椎動物特有的胚胎發(fā)育階段。

一、外胚層與中樞神經(jīng)系統(tǒng)當(dāng)前6頁，總共53頁。外胚層細(xì)胞的命運(yùn)：背部中線區(qū)的細(xì)胞將形成腦和脊髓；中線區(qū)外側(cè)的細(xì)胞將生成皮膚；上述二者相交處的細(xì)胞為神經(jīng)嵴細(xì)胞(neuralcrest)，它們將遷移各處形成外周神經(jīng)元、色素細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等。當(dāng)前7頁，總共53頁。1.初級神經(jīng)胚形成

由外胚層細(xì)胞增殖、內(nèi)陷并最終離開外胚層表面而形成中空的神經(jīng)管。絕大多數(shù)脊椎動物前部神經(jīng)管的形成采用此種方式。整個初級神經(jīng)胚形成過程可分為5個連續(xù)的階段：神經(jīng)板形成；神經(jīng)底板形成；神經(jīng)板變形；神經(jīng)板彎曲形成神經(jīng)溝；神經(jīng)溝封閉形成神經(jīng)管。當(dāng)前8頁，總共53頁。蛙神經(jīng)胚形成整體背面觀經(jīng)胚胎中線的矢狀面觀經(jīng)胚胎中部的橫切面觀當(dāng)前9頁，總共53頁。外胚層中預(yù)定形成神經(jīng)組織的第一個標(biāo)志是細(xì)胞形狀的改變：中線處的外胚層細(xì)胞變長，而預(yù)定形成表皮的細(xì)胞變的更加扁平。初級神經(jīng)管形成當(dāng)前10頁，總共53頁。神經(jīng)管形成的起始來自背部中胚層的信號誘導(dǎo)預(yù)置神經(jīng)板邊緣的細(xì)胞的背測收縮，而預(yù)置的表皮細(xì)胞向中線移動，使表皮與神經(jīng)板交接處凸起形成神經(jīng)褶。當(dāng)前11頁，總共53頁。雞神經(jīng)胚上皮彎曲示意圖A.當(dāng)預(yù)定表皮細(xì)胞向胚胎中線處運(yùn)動時，形成神經(jīng)褶；B.由于神經(jīng)板（底板細(xì)胞）栓系于脊索上，神經(jīng)褶上舉；C.在三個絞合處（中間絞合點MHP和兩個背側(cè)絞合點DLHP）神經(jīng)板細(xì)胞變長，頂部收縮。當(dāng)前12頁，總共53頁。24h雞胚胎的立體結(jié)構(gòu)圖神經(jīng)管沿A－P軸線依次閉合，完成形成過程。當(dāng)前13頁，總共53頁。人胚的神經(jīng)管閉合缺陷癥不同區(qū)域的神經(jīng)管的封口時間不同。第二區(qū)封口失敗，胚胎的前腦不發(fā)育，即致死性的無腦癥；第5區(qū)不封口導(dǎo)致脊柱裂口癥。SonicHedgehog、Pax3等因子是神經(jīng)管閉合所必需的。孕婦服用適量的葉酸可降低胎兒神經(jīng)管缺陷的風(fēng)險。當(dāng)前14頁，總共53頁。神經(jīng)管與相鄰?fù)馀邔蛹?xì)胞分離與細(xì)胞粘連分子有關(guān)當(dāng)前15頁，總共53頁。2.次級神經(jīng)胚形成特點：神經(jīng)管由胚胎內(nèi)細(xì)胞組成的實心索中空而成。鳥類、哺乳類、兩棲類動物胚胎的后部神經(jīng)管及魚類胚胎的全部神經(jīng)管的形成采取此種方式。當(dāng)前16頁，總共53頁。25體節(jié)期雞胚胎次級神經(jīng)管的形成當(dāng)前17頁，總共53頁。神經(jīng)管的分化當(dāng)前18頁，總共53頁。雞胚神經(jīng)嵴細(xì)胞在軀干中的遷移途徑途徑1：細(xì)胞通過前生骨節(jié)向副腹側(cè)遷移，這些細(xì)胞形成交感神經(jīng)節(jié)、副交感神經(jīng)節(jié)、腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞和背根神經(jīng)節(jié)；途經(jīng)2：細(xì)胞沿表皮和皮生肌節(jié)之間向背側(cè)面遷移，這些細(xì)胞變?yōu)楹谏匦纬杉?xì)胞。當(dāng)前19頁，總共53頁。軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞的發(fā)育多能性將熒光葡聚糖標(biāo)記的單個神經(jīng)嵴細(xì)胞注射到神經(jīng)嵴中，其后代細(xì)胞也含有一定的熒光標(biāo)記分子。（A）在神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移之前注射標(biāo)記細(xì)胞；（B）2d之后，帶有標(biāo)記的神經(jīng)嵴細(xì)胞的分布當(dāng)前20頁，總共53頁。神經(jīng)嵴細(xì)胞的終分化神經(jīng)嵴細(xì)胞的終分化很大程度上是由細(xì)胞的發(fā)育環(huán)境所控制的。遷入腎上腺髓質(zhì)中雞軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞有2個分化方向當(dāng)前21頁，總共53頁。表皮及其衍生物的發(fā)育人類皮膚分層示意圖

基底層細(xì)胞具有分裂能力，而外層完全角質(zhì)化的細(xì)胞為死細(xì)胞，并最終脫落。角質(zhì)化細(xì)胞中的色素來源于基底層內(nèi)的成黑色素細(xì)胞的黑色體皮膚的發(fā)育與2種生長因子密切相關(guān)，即TGF-α和KGF又稱FGF-7當(dāng)前22頁，總共53頁。（A）基底上皮細(xì)胞稍稍陷入真皮，形成柱形泡狀結(jié)構(gòu)；（B）上皮細(xì)胞繼續(xù)增殖，真皮間充質(zhì)細(xì)胞聚集于初級毛芽的基部；（C）在伸長的毛芽中形成毛干；（D）從毛根中伸出角質(zhì)化毛干，由副芽形成皮脂腺，其下面的區(qū)域中含有能再次形成毛發(fā)的毛囊干細(xì)胞人類胎兒皮膚毛囊的發(fā)育當(dāng)前23頁，總共53頁。二、中胚層與器官形成中胚層可分為5個大的區(qū)域：脊索中胚層；軸旁中胚層；中間中胚層；側(cè)中胚層；頭部間充質(zhì)。當(dāng)前24頁，總共53頁。雞胚胎發(fā)育中的中胚層分化由上到下為24-28h不同發(fā)育階段的胚胎：A.原條階段，示中胚層和內(nèi)胚層前提細(xì)胞的遷移。B.脊索和軸旁中胚層的形成。C-D.體節(jié)、體腔和背主動脈（它們最后將融合在一起）的分化。當(dāng)前25頁，總共53頁。脊索與體節(jié)脊索(notochord):棒狀的臨時結(jié)構(gòu)，可誘導(dǎo)其上方的外胚層形成神經(jīng)板以及建立前后體軸。體節(jié)（somite）：當(dāng)原條退化，神經(jīng)褶開始向胚胎中央聚攏時，軸旁中胚層的一團(tuán)團(tuán)細(xì)胞塊，稱為體節(jié)。體節(jié)只是一個暫時性的結(jié)構(gòu)，但對脊椎動物胚胎分節(jié)模式的形成極為重要。當(dāng)前26頁，總共53頁。神經(jīng)管與體節(jié)

體節(jié)首先在胚胎的前部形成；體節(jié)形成數(shù)目是衡量胚胎發(fā)育進(jìn)程的一個很好的指標(biāo)當(dāng)前27頁，總共53頁。從體節(jié)球向體節(jié)的轉(zhuǎn)變

這一過程與纖連蛋白和N-鈣粘素有關(guān)，Notch1和Paraxis基因又可調(diào)控這兩種蛋白的生成當(dāng)前28頁，總共53頁。體節(jié)細(xì)胞的分化體節(jié)形成的初始，各部位的細(xì)胞在發(fā)育上是等潛能性的，但很快不同部位的體節(jié)細(xì)胞被限定在特定的分化方向上。生骨節(jié)（sclerotome）：體節(jié)的腹中細(xì)胞（位于遠(yuǎn)離背部但靠近神經(jīng)管的區(qū)域）經(jīng)過分裂以后，失去其上皮細(xì)胞的特性，變?yōu)殚g充質(zhì)細(xì)胞，這一部分體節(jié)稱為生骨節(jié)。生皮節(jié)（dermatome）：生骨節(jié)細(xì)胞和體壁、肢肌肉祖先細(xì)胞遷出體節(jié)后，最靠近神經(jīng)管的體節(jié)細(xì)胞向腹面遷移，形成一個實體雙層結(jié)構(gòu)，靠近背側(cè)的一層稱為生皮節(jié)。生肌節(jié)（dermamyotome）：內(nèi)層稱為生肌節(jié)。當(dāng)前29頁，總共53頁。當(dāng)前30頁，總共53頁。體節(jié)發(fā)育分化的基因調(diào)控來自脊髓和底板的SHH蛋白誘導(dǎo)生骨節(jié)形成，來自神經(jīng)管的Wnt蛋白誘導(dǎo)生肌節(jié)形成軸上肌肉，來自表皮的Wnt蛋白和來自側(cè)板中胚層的BMP4（可能還有FGFs）配合誘導(dǎo)生肌節(jié)形成體壁肌，來自神經(jīng)管的神經(jīng)營養(yǎng)蛋白3可能誘導(dǎo)生皮肌節(jié)細(xì)胞分化。當(dāng)前31頁，總共53頁。骨骼肌形成的兩種可能機(jī)制核分裂模式細(xì)胞融合模式成肌細(xì)胞是如何發(fā)生融合的呢？第一步：細(xì)胞退出細(xì)胞分裂周期第二步：成肌細(xì)胞排列成鏈第三步：細(xì)胞融合當(dāng)前32頁，總共53頁。骨骼肌的形成當(dāng)前33頁，總共53頁。骨生成骨是由體節(jié)中胚層形成的最顯著的結(jié)構(gòu)骨骼有三個發(fā)育來源：生骨節(jié)形成中軸骨側(cè)板中胚層形成肢骨腦神經(jīng)嵴形成鰓弓、顱面骨和軟骨骨有兩個主要的形成模式：膜內(nèi)成骨：由間充質(zhì)直接轉(zhuǎn)變成骨軟骨內(nèi)成骨：間充質(zhì)先形成軟骨，再由骨組織取代軟骨當(dāng)前34頁，總共53頁。膜內(nèi)成骨A：來源于神經(jīng)嵴的間充質(zhì)細(xì)胞聚集，產(chǎn)生成骨細(xì)胞，并分泌前骨質(zhì)基質(zhì)，陷入基質(zhì)中的成骨細(xì)胞就變成骨細(xì)胞；B：一月齡海龜?shù)亩菁祝?jīng)阿利新蘭-茜素紅雙染色當(dāng)前35頁，總共53頁。軟骨內(nèi)成骨的示意圖A、B間充質(zhì)細(xì)胞聚集形成軟骨小結(jié)，形成成骨的“模型”；C骨干中央的軟骨細(xì)胞變?yōu)榉蚀筌浌羌?xì)胞，并分泌新的基質(zhì)，便于血管的伸入；D、E血管在骨中生長；F~H軟骨細(xì)胞形成骺生長板。當(dāng)血管進(jìn)入骨的近端部時，在這些部位形成次級骨化中心。當(dāng)前36頁，總共53頁。側(cè)板中胚層側(cè)板中胚層在水平方向上分成背部位于外胚層下方的背部體節(jié)中胚層（somaticmesoderm）和腹部位于內(nèi)胚層上方的臟壁中胚層（splanchnicmesoderm）．體節(jié)中胚層和臟壁中胚層之間是體腔，在胚胎發(fā)育的后期，左右體腔融合，并從體節(jié)中胚層伸出皺褶，將體腔分成分離的腔．當(dāng)前37頁，總共53頁。蛙胚和雞胚中胚層發(fā)育的比較當(dāng)前38頁，總共53頁。雞胚胚外膜的結(jié)構(gòu)外胚層和中胚層的混合體常被稱為體壁層，形成羊膜和卵膜；內(nèi)胚層和中胚層混合體被稱為臟壁層，形成卵黃囊和尿囊。當(dāng)前39頁，總共53頁。心臟的形成雞胚中心臟形成的細(xì)胞當(dāng)前40頁，總共53頁。心臟形成當(dāng)前41頁，總共53頁。A.雞胚左右心原基融合形成單一的心管；B.抑制其融合則形成心臟裂當(dāng)前42頁，總共53頁。心室與心房的形成A：發(fā)育33天的人類胚胎心臟橫切面模式圖，房室隔朝心內(nèi)膜墊方向生長；B：發(fā)育三個月的胎兒心臟橫切面，血液通過初級和次級房隔開口從心臟右側(cè)流向左側(cè)當(dāng)前43頁，總共53頁。血管形成在雞胚中成血管細(xì)胞有2個來源：1.頭部軸旁中胚層為頭部毛細(xì)血管提供成血管細(xì)胞；軀干體節(jié)中胚層為體壁、肢、腎及主動脈背部的毛細(xì)血管提供成血管細(xì)胞。2.臟壁中胚層：內(nèi)臟器官、腸和主動脈底面提供成血管細(xì)胞血管發(fā)生需要3種生長因子：1.堿性成纖維細(xì)胞生長因子（FGF2）：負(fù)責(zé)成血管細(xì)胞生成2.血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子（VEGF）：是成血管細(xì)胞分化的特異因子3.血管生成素-1（angiogenin-1）：介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌間的相互作用當(dāng)前44頁，總共53頁。

由未分化的間充質(zhì)細(xì)胞（A)聚集成形成血管的細(xì)胞簇（B），再在這些細(xì)胞簇中央形成血細(xì)胞，細(xì)胞簇的外圍細(xì)胞形成血管內(nèi)皮細(xì)胞（C），D為人胎兒血島照片，E為VEGF突變型小鼠，無血管形成卵黃囊壁中的血管發(fā)生當(dāng)前45頁，總共53頁。血管的出芽發(fā)生血管生成（angiogenesis）：由原先存在的血管增殖而形成新血管的血管形成方式稱為血管生成。當(dāng)前46頁，總共53頁。人胚胎在四周時的循環(huán)系統(tǒng)當(dāng)前47頁，總共53頁。人胚胎動脈弓當(dāng)前48頁，總共53頁。血細(xì)胞的分化多能造血干細(xì)胞(hematopoieticstemcell)：脾集落生成單位（colony-formingunitofthespleen,CFU-S)骨髓和淋巴CFU(CFU-M,CFU-L)當(dāng)前49頁，總共53頁。脾集落生成單位

將包含有多能干細(xì)胞的小鼠骨髓細(xì)胞注射到造血細(xì)胞被殺死的相同品系的小鼠中，結(jié)果在