發(fā)育生物學課件神經系統(tǒng)的發(fā)育

發(fā)育生物學課件神經系統(tǒng)的發(fā)育第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日問答題1．試述原腸化過程中的細胞運動有哪些?2．斑馬魚胚盾等的作用是什么?3．三個胚層的分化情況如何?

第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、神經管的形成

神經管(neuraltube)是中樞神經系統(tǒng)的原基，其形成稱為neurulation。其方式分primaryneurulation和secondaryneurulation兩種。

1.Primaryneurulation:

由外胚層細胞增殖、內陷并最終離開外胚層表面而形成中空的神經管。絕大多數(shù)脊椎動物前部神經管的形成采用此種方式。第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

外胚層細胞的命運：背部中線區(qū)的細胞將形成腦和脊髓；中線區(qū)外側的細胞將生成皮膚；上述二者相交處的細胞為神經嵴細胞(neuralcrest)，它們將遷移各處形成外周神經元、色素細胞、神經膠質細胞等。第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

神經管形成的起始：來自背部中胚層的信號誘導預置神經板邊緣的細胞的背測收縮，而預置的表皮細胞向中線移動，使表皮與神經板交接處凸起形成神經褶。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

Primaryneurulation的過程第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日神經管形成的掃描電鏡圖第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

神經管與相鄰外胚層細胞分離可能與細胞粘連分子有關第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日神經管沿A－P軸線依次閉合，完成形成過程。

第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日

人類胚胎的神經管閉合缺陷癥

不同區(qū)域的神經管的封口時間不同。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)不封口導致脊柱裂口癥。

SonicHedgehog、Pax3等因子是神經管閉合所必需的。孕婦服用葉酸和適量的膽固醇可降低胎兒神經管缺陷的風險。第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日神經系統(tǒng)的發(fā)生（developmentofnervesystem）包括腦、脊髓、神經節(jié)和周圍神經的發(fā)生。神經系統(tǒng)起源于神經外胚層,由神經管和神經嵴分化而來。人胚胎第三周初，在脊索的誘導下出現(xiàn)了由神經外胚層構成的神經板。隨著脊索的延長，神經板也逐漸長大并形成神經溝，神經溝從相當于枕部體節(jié)的平面上向頭尾兩端愈合成管，頭尾兩端各形成一個開口，稱為前神經孔和后神經孔。前神經孔在胚胎第25天左右閉合，后神經孔在胚胎第27天左右閉合，于是形成一個完整的神經管。神經管的前端膨大，演變?yōu)槟X，神經管的后端較細，演變?yōu)榧顾琛Ｉ窠浌苓€發(fā)育為神經垂體、松果體和視網(wǎng)膜等。神經嵴的細胞分化為周圍神經系統(tǒng)的神經節(jié)和神經膠質細胞，腎上腺髓質的嗜鉻細胞、黑色素細胞、濾泡旁細胞、頸動脈體Ⅰ型細胞等。第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日

2.SecondaryNeurulation

特點：神經管由胚胎內細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管及魚類胚胎的全部神經管的形成采取此種方式。第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日斑馬魚神經管的形成第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日

1.Organizermesoderm誘導神經管的形成

兩棲動物胚胎胚孔背唇誘導第二胚軸形成的作用叫做primaryembryonicinduction二、神經誘導作用第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日

主要胚胎誘導作用也存在于其它物種上鴨的Hensen`snode移植到雞胚上誘導一個次級胚軸形成第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日斑馬魚的胚盾具有組織中心活性第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日

神經誘導作用的機制

組織中心產生的信號分子(如Chordin、Noggin、Follistatin)可拮抗腹部化信號(如BMP4)，從而使其附近的外胚層細胞朝預置的神經命運發(fā)育。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、神經管的分化

1.腦的分區(qū)第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.后腦的分區(qū)

脊椎動物后腦一般都再分出多個菱腦原節(jié)(rhom-bomeres),每個菱腦原節(jié)是一個發(fā)育單位，節(jié)內的細胞可交換，而節(jié)間不能交換。

后腦產生控制面部和頸部的神經，其產生的神經嵴細胞分化出周邊神經和面部骨骼和結締組織。第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日Hox基因在不同的后腦區(qū)域有不同的表達譜第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日Hox基因在菱腦原節(jié)表達的轉基因動物模型

Hoxb2的一個增強子使lacZ在r3和r5中表達；而Hoxb1的一個增強子使堿性磷酸酶在r4表達。第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日四、神經元的分化1.神經元命運的確定－lateralinhibition

跨膜蛋白Delta和Notch的相互作用在神經元命運確定中起關鍵作用。二者互作后，Notch通過一系列反應抑制NeuroD和Neurogenin的表達。Neurogenin是激活Delta表達所必需的。第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.脊髓沿D－V軸線的分化

脊髓沿背－腹軸線的不同區(qū)域的細胞有不同的發(fā)育命運.第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日脊髓沿D－V軸分化的機制

腹部命運：決定于來自脊索和floorplate的信號。將脊索置于脊髓的側面或背部，其接觸的脊髓部位將形成第二個floorplate,附近分化出motorneuron,但背部標志基因pax3和pax7的表達受抑制。腹部信號分子是SonicHedgehog，其不同的濃度決定了不同的腹部命運(高濃度誘導motorneurons,而低濃度誘導C.neurons)。

背部命運：決定于來自神經管形成中背部外胚層產生的BMP4和BMP7,它們能夠誘導脊髓背部細胞表達BMP4和Dorsalin-1。

背、腹部信號分子間的互作提供了脊髓細胞分化的位置信息。如將notochord去除后，Dorsalin的表達區(qū)就向腹部擴展。SHH

BMP4、BMP7

BMP4、BMP7

BMP4Dorsalin-1SHH

第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日五、神經元的生長和凋亡1.神經元的結構

神經元一般包括4個組成部分：soma,dendrites,axon,growthcone.第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日軸突絕緣層－髓鞘(myelinsheath)：由神經膠質細胞圍繞axon形成的多層膜系統(tǒng)，以防止電脈沖在傳輸過程中損耗。外周神經元的髓鞘由Schwanncell形成，而中樞神經元oligodendrocytes形成。第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.Guidanceforaxongrowth

神經軸突的生長首先決定于其自身表達的基因產物。第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日

神經軸突的生長也決定于其所處的環(huán)境因素(environmentalcues),某些因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。這些環(huán)境因素包括其伸展途徑中的組織結構、胞外基質成分、相鄰細胞的表面特性。第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日神經管中的netrin分泌蛋白對連合神經神經元軸突的生長具有吸引作用第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日體節(jié)生骨區(qū)中的ephrin對motorneuron的生長起排斥作用第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日昆蟲肢體中跨膜蛋白semaphorin對感覺神經元的生長起排斥作用第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日神經營養(yǎng)因子的作用由靶細胞分泌的NGF、BDNG、NT-3/4/5等是近距離趨向因子，某種因子對一種神經元起吸引作用，但可能對另一種神經元起排斥作用。第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日3.Synapseformation

當神經元的生長錐抵達靶位(肌細胞、其它神經元、腺體)時，將在二者間形成特化的連接，即神經突觸。如運動神經元與肌細胞間將形成neuro-muscularjunction.第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日Agrin誘導乙酰膽堿受體重排和激活其表達的機制第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日4.Neuralsurvival

在中樞和周邊神經系統(tǒng)的發(fā)育中，50％以上的神經元將凋亡。一個神經元對肌細胞的激活將引起其它與該肌細胞接觸的神經元的凋亡。第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日不同類型的神經元的存活需要不同的營養(yǎng)神經因子，同類神經元在不同的發(fā)育階段也需要不同的因子維持存活。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日六、神經嵴細胞

發(fā)生部位:神經管閉合處的神經管細胞和與神經管相接的外表層細胞，它們間質細胞化而成為神經嵴細胞。

特點:具有遷移性。

分化命運：因發(fā)生的部位和遷移目的地不同而不同。可分化為感覺、交感及副交感神經系統(tǒng)的神經元和膠質細胞；腎上腺髓質細胞；表皮中的色素細胞；頭骨軟骨和結締組織等。第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日在由神經溝愈合為神經管的過程中，神經溝邊緣與表面外胚層相延續(xù)處的神經外胚層細胞游離出來，形成左右兩條與神經管平行排列的索狀細胞，在神經管的背外側和表面外胚層的下方，即為神經嵴，可分化為周圍神經系統(tǒng)的神經節(jié)和神經膠質細胞、腎上腺髓質的嗜鉻細胞、黑色素細胞、濾泡旁細胞、頸動脈體Ⅰ型細胞等。部分細胞還可變?yōu)殚g充質細胞，并由此分化為頭頸部的骨、軟骨、及結締組織。因此這部分神經嵴組織又稱為中外胚層。

第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日第三十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日軀干神經嵴細胞的遷移

Dorsolateralmigrationpathway:由背部向側翼、再向腹部的遷移，位于表皮與體節(jié)之間，分化為色素細胞。

Ventralmigrationpathway:進入體節(jié)的的遷移，有的在體節(jié)中形成背根神經節(jié)，有的穿越體節(jié)的前半?yún)^(qū)分化為交感神經和腎上腺髓質細胞。

遷移機制：即將遷移前表達Slug蛋白,用反義寡核苷酸抑制SlugmRNA導致其不遷移；E-和N-cadherin在遷移前表達，在遷移時停止表達。第四十頁，共四十三頁，2022年，8月28日Migratingneuralcrestcells第四十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日其它組織對神經嵴細胞遷移的影響

體節(jié)細胞的影響:不同A－P部位的神經嵴細胞都只能從體節(jié)的前半部遷移，即使將體節(jié)做180o旋轉也如此。其原因可能是后半部表達跨膜蛋白Eph成員，而神經嵴細胞表達其配體，二者的互作產生排斥。