發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)概論簡本

發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)概論簡本第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)簡介組織學(xué)與胚胎學(xué)教研室文建國第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

神經(jīng)生物學(xué)所用的研究方法

神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段

發(fā)育的基因調(diào)控

細(xì)胞遷移的控制機制

神經(jīng)細(xì)胞最后表型的形成講授提綱

概述第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

概述發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)是神經(jīng)生物學(xué)的一個研究分支，是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域中一門新興的，綜合的基礎(chǔ)實驗科學(xué)。神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程，包括細(xì)胞間的識別與基因表達(dá)，神經(jīng)通路的尋找與建立，神經(jīng)細(xì)胞的衰老與防衰老，以及發(fā)育的可塑性等。探尋先天性畸形、腫瘤的發(fā)生與神經(jīng)發(fā)育異常的相關(guān)性，等等。含義研究應(yīng)用第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三特點強調(diào)兩個“相互作用”：①基因與環(huán)境：神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是基因表達(dá)和環(huán)境因素交互作用的結(jié)果；②神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞：神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞相互作用的結(jié)果。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

環(huán)物有神細(xì)細(xì)細(xì)理機經(jīng)胞胞胞環(huán)體系聚外質(zhì)境境統(tǒng)合間隙

基因調(diào)節(jié)基因表達(dá)

DNA

第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)2、分子標(biāo)記技術(shù)3、反義技術(shù)4、轉(zhuǎn)基因技術(shù)一、神經(jīng)生物學(xué)所用的研究方法第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三通過實驗控制和影響發(fā)育過程，能對發(fā)育事件進(jìn)行精確的時間順序分析?？煽朔X屏障與體內(nèi)各種因素的影響，研究某個神經(jīng)組織區(qū)域?？蓪Πl(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的生化分析。1、細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)優(yōu)點：第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)類型①外植體細(xì)胞培養(yǎng)(explantcellculture)；②分離的細(xì)胞培養(yǎng)(dissociatedcellculture)；③重新聚合的細(xì)胞培養(yǎng)(reaggregatecellculture)；④克隆細(xì)胞培養(yǎng)(clonalcellculture)。前三類合稱原代培養(yǎng)，第四類是對單一細(xì)胞的后代譜系進(jìn)行培養(yǎng)。這四類技術(shù)各有其優(yōu)點，都對發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)有著獨特的貢獻(xiàn)。第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、分子標(biāo)記技術(shù)發(fā)育系統(tǒng)的研究存在許多難點，細(xì)胞譜系多、發(fā)育階段轉(zhuǎn)換快、胚胎細(xì)胞缺乏。故難以對細(xì)胞類型進(jìn)行精確定性和定位。隨著免疫學(xué)的發(fā)展，對每種細(xì)胞進(jìn)行多克隆或單克隆抗體標(biāo)記，可鑒定特異性細(xì)胞群。第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三核苷酸標(biāo)記探針可檢測出特異性的核苷酸順序及mRNA，與免疫細(xì)胞化學(xué)法結(jié)合，可以分析與細(xì)胞表型有關(guān)的基因表達(dá)過程。利用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體（retrovirusvectorconstruct）,也可將一個異種標(biāo)記基因引導(dǎo)至處于某個發(fā)育階段的細(xì)胞。第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、反義技術(shù)應(yīng)用反義分子（反義DNA或RNA）干預(yù)目標(biāo)基因的表達(dá)，使mRNA前體剪接和翻譯受阻，達(dá)到封閉或阻斷特異基因表達(dá)的目的。技術(shù)手段簡潔，構(gòu)思精巧，有效可靠。不需改變基因結(jié)構(gòu)就可分析基因的功能，從而避免對基因進(jìn)行條件性突變，且不影響靶基因的鄰近基因的正常表達(dá)。第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①將體外合成的反義RNA注入早期胚胎，觀察基因表達(dá)受抑時表型的改變；②以受條件啟動子啟動的反義表達(dá)載體轉(zhuǎn)染培養(yǎng)的組織細(xì)胞；③將反義基因整合于種系細(xì)胞以在個體水平上分析基因的功能。上述方法可有助于研究結(jié)構(gòu)基因的功能、基因的表達(dá)調(diào)控、細(xì)胞分化的遺傳控制、程編性死亡的機理、基因表達(dá)的時序關(guān)系等神經(jīng)生物學(xué)的重大問題。反義技術(shù)的三種方法：第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、轉(zhuǎn)基因技術(shù)生殖工程與遺傳工程結(jié)合的一種技術(shù)方法。原理：將目的基因（外源基因）在體外改造構(gòu)建成可表達(dá)的融合基因后，將其導(dǎo)入受精卵或囊胚期的全能干細(xì)胞內(nèi)，使目的基因在染色體上穩(wěn)定整合。然后將受精卵或囊胚移入假孕母體子宮，使之發(fā)育成為能把目的基因傳給子代的個體。用此技術(shù)培養(yǎng)出的動物稱轉(zhuǎn)基因動物。第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)基因技術(shù)的方法有：①畸胎瘤細(xì)胞植入法②逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染法③顯微注射法④胚胎干細(xì)胞法該技術(shù)可利用建立的轉(zhuǎn)基因動物模型，檢測癌基因，轉(zhuǎn)錄特定基因，研究結(jié)構(gòu)蛋白和功能蛋白基因胚胎發(fā)育中的作用，為基因治療等提供了新的思路。第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經(jīng)誘導(dǎo)與神經(jīng)外胚層的形成2、定位性細(xì)胞繁殖3、細(xì)胞遷移4、細(xì)胞類聚5、未成熟神經(jīng)元的分化6、特異性聯(lián)系的形成7、程序性細(xì)胞死亡8、神經(jīng)聯(lián)系的第二次調(diào)整二、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①細(xì)胞增殖(cellreproduction)；②細(xì)胞分化(celldifferentiation)；③形態(tài)發(fā)生(morphogenesis)。神經(jīng)系統(tǒng)從較簡單的結(jié)構(gòu)發(fā)育成極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，是以高度有序的時間與空間順序貫穿于整個胚胎發(fā)育的全過程。大致經(jīng)過了以下八個階段：胚胎神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的三個方面與八個階段：三個方面八個階段第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經(jīng)誘導(dǎo)與神經(jīng)外胚層的形成含義：中、外胚層相互作用誘導(dǎo)出神經(jīng)外胚層。原理：中胚層釋放：①神經(jīng)化因子，使神經(jīng)組織特化；②中胚層化因子，其濃度梯度，決定著腦的區(qū)域分化。結(jié)果：中胚層從頭端到尾端依次誘導(dǎo)前腦、中腦、后腦、脊髓。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、定位性細(xì)胞繁殖

（locallizedcellproliferation）①神經(jīng)管形成，細(xì)胞迅速繁殖神經(jīng)板凹陷形成神經(jīng)管時，細(xì)胞數(shù)量變化不大；

一旦神經(jīng)管閉合，管壁的單層上皮迅速增殖為假復(fù)層神經(jīng)上皮，繼而增殖為復(fù)層上皮。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②腦區(qū)內(nèi)細(xì)胞數(shù)量決定于：繁殖期的長短；有絲分裂周期的長短；神經(jīng)前體細(xì)胞數(shù)量的多少。第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③細(xì)胞的生日細(xì)胞喪失合成DNA的能力、停止有絲分裂的時間，稱為細(xì)胞的生日，它是細(xì)胞生活史中的關(guān)鍵階段。細(xì)胞的生日嚴(yán)格不變。知道某種細(xì)胞的生日，就能知道其最終在何部位定居，甚至可知道某些神經(jīng)元與其它神經(jīng)元的聯(lián)系形式。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三體積較大（包括突起很長）的細(xì)胞，出生較早；較小（包括突起較短的）的細(xì)胞出生較晚；對各腦區(qū)來說，細(xì)胞層次與繁殖順序有關(guān)。如大腦皮質(zhì)最深層的細(xì)胞出生最早，最淺層的細(xì)胞出生最晚；在多數(shù)腦區(qū)內(nèi)，第一批膠質(zhì)細(xì)胞與神經(jīng)元出現(xiàn)時間相同，但膠質(zhì)細(xì)胞繁殖期持續(xù)得較長，甚至終生都可由干細(xì)胞繁殖。細(xì)胞出生的三條規(guī)律第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、細(xì)胞遷移（cellmigration）多數(shù)神經(jīng)元產(chǎn)生于或靠近于神經(jīng)管室?guī)?，但最終定居部位卻離管室?guī)в幸欢ň嚯x，這就必須發(fā)生細(xì)胞遷移。遷移方式：多呈阿米巴樣運動。遷移細(xì)胞先伸出一個引導(dǎo)突，細(xì)胞本身附著在適宜的底物上，并將胞核注入引導(dǎo)突，最后，細(xì)胞核后方的尾隨突撤回。第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三圖2放射狀膠質(zhì)細(xì)胞所起的“腳手架”作用放射狀膠質(zhì)細(xì)胞突起跨架神經(jīng)管整個管壁厚度，神經(jīng)元沿突起爬行，右側(cè)為局部放大。神經(jīng)元引導(dǎo)突遷移神經(jīng)細(xì)胞核膠質(zhì)細(xì)胞突起神經(jīng)元尾突邊緣帶中間帶放射狀膠質(zhì)細(xì)胞腦室下帶腦室?guī)獗砻鎯?nèi)表面皮質(zhì)板第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、細(xì)胞類聚(cellsorting)

神經(jīng)元到達(dá)最終定居部位后，同類細(xì)胞既互相識別，又互相粘附，使同類細(xì)胞按一定方向和位置聚合在一起，以便形成特定的結(jié)構(gòu)形態(tài)。第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三5.未成熟神經(jīng)元的分化神經(jīng)元突起的細(xì)致加工；神經(jīng)纖維尋找路途；神經(jīng)纖維集束化；神經(jīng)化學(xué)特異性方式的選擇。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三6、特異性聯(lián)系的形成神經(jīng)元之間的精確聯(lián)系，如神經(jīng)回路的建立；神經(jīng)元的區(qū)域特異性、聯(lián)系部位特異性、化學(xué)特異性的建立；突觸的形成和調(diào)控機制的建立等。發(fā)育的早期階段，上述聯(lián)系大多已建立完成。這與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間的識別與粘附密切相關(guān)。第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三7、程序性細(xì)胞死亡正常發(fā)育過程中，特定的神經(jīng)元在特定的時間自然淘汰性死亡。一般取決于神經(jīng)元是否與靶組織及時建立關(guān)聯(lián)。發(fā)育早期，神經(jīng)元發(fā)生的數(shù)目過剩，當(dāng)神經(jīng)元細(xì)胞數(shù)量與支配的靶組織大小相適應(yīng)后，沒有找到靶細(xì)胞的多余的神經(jīng)元最終在特定的時間淘汰死亡。死亡機制與神經(jīng)細(xì)胞競爭靶組織細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)（如神經(jīng)營養(yǎng)因子）有關(guān)。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三8、神經(jīng)聯(lián)系的第二次調(diào)整表現(xiàn)為起初建立的某些神經(jīng)聯(lián)系的撤出與另一些神經(jīng)聯(lián)系的穩(wěn)定過程。此次調(diào)整，不是神經(jīng)元數(shù)目的調(diào)整，而是神經(jīng)元突起數(shù)目的精細(xì)重調(diào)。調(diào)整的機理與程序性死亡類似。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

圖8-3神經(jīng)纖維與靶的匹配

神經(jīng)纖維競爭靶組織內(nèi)有限的神經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)，通過匹配調(diào)整，部分神經(jīng)纖維存活，其它纖維則以自然死亡形式淘汰。起源組織靶組織第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段神經(jīng)外胚層形成定位性細(xì)胞繁殖細(xì)胞遷移細(xì)胞類聚未成熟神經(jīng)元分化特異性聯(lián)系形成程序型細(xì)胞死亡聯(lián)系的第2次調(diào)整第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三強調(diào)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育貫穿于生命的大部分時間。神經(jīng)發(fā)生及神經(jīng)回路建立的活動主要發(fā)生在胚胎時期，但也持續(xù)到出生后的早期；神經(jīng)元發(fā)育及其功能特性在整個生命過程中均能表現(xiàn)，無論是在正常條件下或是對損傷與衰老的反應(yīng)中都能表現(xiàn)出來。第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網(wǎng)絡(luò)2．發(fā)育調(diào)控基因的多次表達(dá)3.其它因素對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響三、發(fā)育的基因調(diào)控第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網(wǎng)絡(luò)

整個發(fā)育過程在層次網(wǎng)絡(luò)控制下進(jìn)行；層次網(wǎng)絡(luò)由發(fā)育調(diào)控基因組成；這些基因呈現(xiàn)階段性表達(dá)。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三四種水平的基因?qū)S發(fā)生的調(diào)控原神經(jīng)基因：賦予早期發(fā)育中的外胚層細(xì)胞成為神經(jīng)前體細(xì)胞的潛能；神經(jīng)生成基因：決定其中哪些細(xì)胞成為神經(jīng)前體細(xì)胞；神經(jīng)類型選擇基因：決定神經(jīng)前體細(xì)胞的類別；細(xì)胞譜系基因：決定神經(jīng)前體細(xì)胞后代的類別。第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2．發(fā)育調(diào)控基因的多次表達(dá)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)：一個發(fā)育調(diào)控基因可以在完全不同的幾個發(fā)育途徑中反復(fù)使用，分別參與不同的控制系統(tǒng)。第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3.其它因素對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響①癌基因----大多作為調(diào)節(jié)基因，控制發(fā)育的開關(guān)，以激活相應(yīng)基因的表達(dá)，通過其表達(dá)的產(chǎn)物進(jìn)而控制神經(jīng)細(xì)胞的增殖和分化。②生長因子----通過與細(xì)胞膜上相應(yīng)受體結(jié)合，觸發(fā)細(xì)胞周期中相關(guān)生化過程，導(dǎo)致細(xì)胞的一系列活動。第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三影響神經(jīng)發(fā)育的各種生長因子

生長因子分子量靶細(xì)胞組織來源腦生長因子12N腦膽堿能神經(jīng)元生長因子20N眼，坐骨神經(jīng)表皮生長因子6A，N，V頜下腺成纖維細(xì)胞生長因子（酸性）16A，N腦，視網(wǎng)膜，下丘腦成纖維細(xì)胞生長因子（堿性）16A，O，N腦，視網(wǎng)膜，垂體，下丘腦膠質(zhì)細(xì)胞生長因子31A，S肝，其它細(xì)胞胰島素樣生長因子II7胎肝，胎腦白細(xì)胞介素I16A，C巨噬細(xì)胞，星形細(xì)胞，小膠質(zhì)細(xì)胞白細(xì)胞介素II15OT淋巴細(xì)胞神經(jīng)生長因子26N頜下腺，胎盤神經(jīng)白細(xì)胞素56N頜下腺血小板源生長因子32A，O血小板，胎盤，星形C第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③粘附分子（adhesionmolecule,AM）

是一類介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間粘附作用的膜表面糖蛋白。種類繁多，包括選擇素家族，整合素家族，免疫球蛋白超家族，鈣依賴粘附素家族等。作用：調(diào)節(jié)細(xì)胞的粘連特性、決定細(xì)胞的形態(tài)、控制細(xì)胞的生長和分化、調(diào)節(jié)細(xì)胞運動等方面影響神經(jīng)發(fā)育。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三AM對神經(jīng)發(fā)育的具體作用可能包括：神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（NCAM）參與：

軸突生長遷移的膠質(zhì)細(xì)胞引導(dǎo)機制；參與神經(jīng)突起纖維束化過程；參與軸突與靶細(xì)胞的交互作用；參與細(xì)胞位置關(guān)系的建立與穩(wěn)定過程；神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞粘附分子（NgCAM）參與：

神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞間的多種結(jié)合過程。第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三細(xì)胞間粘附分子

（intercellularadhesionmolecules，ICAMs）圍繞神經(jīng)元的細(xì)胞外基板的成分，包括層粘連蛋白（LM）和纖維粘連蛋白（FM）等。參與細(xì)胞遷移和神經(jīng)纖維長出過程。作用機制包括：①LM能將細(xì)胞表面與其它基質(zhì)糖蛋白連結(jié)在一起；②FM與發(fā)育神經(jīng)組織的細(xì)胞之間、細(xì)胞與基質(zhì)之間的粘連，參與發(fā)育細(xì)胞的運動和細(xì)胞間的聚合與分化過程。FN對神經(jīng)嵴細(xì)胞的分化和遷移亦有影響。第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細(xì)胞遷移與遷移方向的控制機制2、遷移信號①神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（NCAM）②細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）③其它信號分子四、細(xì)胞遷移的控制機制第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細(xì)胞遷移與遷移方向的控制機制單個的運動群體的運動近距離運動遠(yuǎn)距離運動細(xì)胞先伸出一個突起，附著于底物上；接著通過細(xì)胞骨架系統(tǒng)，將整個神經(jīng)細(xì)胞牽拉到突起附著點?？刂七w移的方式：①沿著膠質(zhì)細(xì)胞形成的“腳手架”爬行；②受多種化學(xué)因子局部濃度梯度的指引，跨過多細(xì)胞的區(qū)域。形式：過程：控制：第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、遷移信號一種膜糖蛋白分子，結(jié)合有唾液酸。其唾液酸和多肽鏈因發(fā)育階段和發(fā)育部位而異，從而導(dǎo)致對神經(jīng)元的不同影響。在細(xì)胞遷移前的胚胎早期和細(xì)胞分化定居后的晚期階段，含唾液酸多，粘著力弱，有利于細(xì)胞遷移和突起生長；如唾液酸減少，則粘著力增強，具有穩(wěn)定細(xì)胞聚集和限制細(xì)胞遷移的作用。①神經(jīng)細(xì)胞粘附分子（NCAM）第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）細(xì)胞外基質(zhì)中，大分子種類繁多，包括膠原蛋白，纖維連接蛋白，層粘連蛋白，蛋白聚糖及透明質(zhì)酸等。幾乎所有的細(xì)胞外基質(zhì)成分都參與了細(xì)胞遷移過程的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)方式：可能是通過多種成分濃度梯度的變化來實現(xiàn)的，如神經(jīng)嵴細(xì)胞的遷移過程。第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③其它信號分子

表皮生長因子（EGF），神經(jīng)生長因子（NGF），神經(jīng)元抗原L1等的參與。

EGF可增加透明質(zhì)酸的釋放和蛋白聚糖的產(chǎn)生，從而控制細(xì)胞遷移過程；

NGF與神經(jīng)元抗原L1則可增加小腦顆粒細(xì)胞遷移后附著的穩(wěn)定性。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）2、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的交互作用

①施萬細(xì)胞（schwancell,SC）②星形膠質(zhì)細(xì)胞：3、細(xì)胞內(nèi)機制4、神經(jīng)纖維生長與通路尋找假說

①標(biāo)記通路假說②引導(dǎo)標(biāo)細(xì)胞假說③粘連或親合梯度假說④外周公路假說五、神經(jīng)細(xì)胞最后表型的形成第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）

發(fā)育神經(jīng)元引導(dǎo)突前端的結(jié)構(gòu)，包括絲狀偽足和板狀偽足,是發(fā)現(xiàn)找尋神經(jīng)通路、引導(dǎo)神經(jīng)纖維延伸的前端結(jié)構(gòu)。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的交互作用誘導(dǎo)和促進(jìn)神經(jīng)突起的生長?？赡軝C制：

SC表面的CAM與生