胚胎的早期發(fā)育囊胚

關(guān)于胚胎的早期發(fā)育囊胚在多數(shù)動物的發(fā)育過程中，受精卵立即進(jìn)入快速分裂和細(xì)胞增殖的階段，首先形成一個多細(xì)胞的團(tuán)聚體，稱為桑椹胚（morula）。之后，伴隨細(xì)胞數(shù)目的增加，胚體中空而形成一個囊狀結(jié)構(gòu)，稱為囊胚（blastula）。第2頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蛙卵囊胚腔的形成A:第一次卵裂平面形成的小裂隙以后擴大發(fā)育為囊胚腔；B:8細(xì)胞時期的囊胚腔。第3頁,共72頁，2024年2月25日，星期天小鼠胚胎上胚層細(xì)胞的程序性死亡導(dǎo)致囊胚腔的形成。第4頁,共72頁，2024年2月25日，星期天3.2.1卵裂概述3.2.2卵裂的模式第5頁,共72頁，2024年2月25日，星期天定義3.2.1卵裂概述受精卵經(jīng)過一系列的細(xì)胞分裂將體積極大的卵子細(xì)胞質(zhì)分割成許多較小的、有核的細(xì)胞，形成一個多細(xì)胞生物體的過程稱為卵裂（cleavage）。處于卵裂期的細(xì)胞叫做卵裂球（blastomere）。蛙的早期卵裂。A第一次卵裂，B第二次卵裂，C第四次卵裂，動物極和植物極細(xì)胞出現(xiàn)差異。第6頁,共72頁，2024年2月25日，星期天小鼠桑椹胚的壓縮現(xiàn)象8細(xì)胞時期，小鼠細(xì)胞表面光滑，微絨毛均勻分布，壓縮后微絨毛僅分布于細(xì)胞的外表面，細(xì)胞之間的聯(lián)系加強了。第7頁,共72頁，2024年2月25日，星期天卵裂的機制卵裂周期的特點：卵裂周期的調(diào)控MPF：促成熟因子催化亞基（p34cdc2）周期蛋白B（cyclinB）Cdc25磷酸酶:Cdc2激酶的去磷酸化其它周期蛋白和依賴于周期蛋白的激酶…快速有絲分裂，僅有S、M期分裂間期很短，無生長的過程，使核質(zhì)比趨向平衡第8頁,共72頁，2024年2月25日，星期天體細(xì)胞和動物早期分裂球的細(xì)胞分裂周期對照第9頁,共72頁，2024年2月25日，星期天果蠅胚胎發(fā)育過程中細(xì)胞周期調(diào)控的發(fā)育變化1-7次分裂8-13次分裂14次分裂前7次分裂由于母源性周期蛋白和Cdc25富集，核分裂迅速；第8-13次分裂由于周期蛋白的降解，源自卵母細(xì)胞mRNA合成周期蛋白成了核分裂的限速步驟；第14次，母源性細(xì)胞周期蛋白mRNA消失，由合子基因表達(dá)產(chǎn)生第10頁,共72頁，2024年2月25日，星期天伴隨分裂進(jìn)行，進(jìn)入快速細(xì)胞分裂，由單C-多C，細(xì)胞間的聯(lián)系和相互作用關(guān)系也迅速建立；細(xì)胞分化開始；自主性發(fā)育開始。如，海膽，4細(xì)胞階段分開，每一個細(xì)胞能發(fā)育成一個小的獨立幼體。線蟲完成第一次分裂后，各子細(xì)胞便失去獨立發(fā)育為幼蟲的能力。

哺乳動物，細(xì)胞全能性很高，胚外器官與胚體分化優(yōu)先進(jìn)行，出現(xiàn)早期胚性細(xì)胞與胚胎干細(xì)胞的區(qū)分，囊胚后期，胚胎干細(xì)胞不再存在。第11頁,共72頁，2024年2月25日，星期天胚胎干細(xì)胞的

研究與應(yīng)用第12頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

胚胎干細(xì)胞研究的歷史與進(jìn)展

干細(xì)胞研究成為繼人類基因組大規(guī)模測序之后最具活力、最有影響和最有應(yīng)用前景的生命科學(xué)科研究領(lǐng)域，1999年干細(xì)胞研究被美國《SCIENCE》雜志評為1999年度世界十大科學(xué)之冠，2000年干細(xì)胞研究再次被《SCIENCE》雜志評為該年度世界十大科學(xué)成就之一。第13頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

1981年英國劍橋大學(xué)的Evans和Kaufman用延緩著床的胚泡的胚胎內(nèi)細(xì)胞團(tuán)ICM（innercellsmass)獲得鼠的ES細(xì)胞；同年美國的Maryin用條件培養(yǎng)基獲得鼠的ES細(xì)胞。Roberston用不同品系的鼠胚和具有不同遺傳疾病的胚胎建立了細(xì)胞系并進(jìn)行了多能性和嵌合特性的分析。1998年11月，美國威斯康星大學(xué)的科學(xué)家JamesThomson等從人囊胚的內(nèi)層細(xì)胞團(tuán)中取得胚胎干細(xì)胞。他們把胚胎干細(xì)胞與小鼠的骨髓間質(zhì)細(xì)胞進(jìn)行了共培養(yǎng)。結(jié)果表明胚胎干細(xì)胞可以進(jìn)行長達(dá)5個月的非分化增殖，同時還保持著分化為滋養(yǎng)層組織及三種胚層組織的能力。這為胚胎干細(xì)胞的臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。第14頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

1999年12月，美國科學(xué)家在《美國科學(xué)院院刊》報告說，小鼠肌肉組織的成體干細(xì)胞可以“橫向分化”為血液細(xì)胞。隨后，世界各國的科學(xué)家相繼證實，成體干細(xì)胞包括人類的成體干細(xì)胞具有可塑性。2000年5月，日本啟動“千年世紀(jì)工程”，以干細(xì)胞工程為核心技術(shù)的再生醫(yī)療成為這項工程的四大重點之一，第一年度投資金額達(dá)108億日元。第15頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

2001年1月，英國議會上院通過法案，允許科學(xué)家克隆人類早期胚胎，并利用它進(jìn)行醫(yī)療研究。2001年4月，美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，從病人臀部和大腿處抽取的脂肪中，含有大量類似干細(xì)胞的細(xì)胞，這些細(xì)胞可以發(fā)育成健康的軟骨和肌肉等。第16頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

2003年，美國衛(wèi)生獨立研究院（NationalInstitutesofHealth，NIH）華裔科學(xué)家施松濤等人首次發(fā)現(xiàn)牙齒間質(zhì)存在干細(xì)胞。2005年報出干細(xì)胞研究領(lǐng)域乃至全球?qū)W術(shù)界一大學(xué)術(shù)丑聞：2004及2005年韓國漢城大學(xué)教授黃禹錫有關(guān)干細(xì)胞研究的論文兩次榮登Science雜志，結(jié)果經(jīng)各方查證證實其論文數(shù)據(jù)存在造假現(xiàn)象，2006年Science雜志宣布撤回這兩篇論文。第17頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

2006年，日本科學(xué)家山中亞彌等成功誘導(dǎo)出鼠iPS細(xì)胞（inducedPluripotentStemCell），此項研究成功將干細(xì)胞研究擴充到一個新的領(lǐng)域：重編程！2007年，iPS研究取得巨大進(jìn)展：山中亞彌等人和湯姆森帶領(lǐng)下的華裔科學(xué)家俞君英等人分別在Cell及Science發(fā)表論文宣布成功利用人類上皮細(xì)胞誘導(dǎo)出iPS細(xì)胞。第18頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

2008年，美國科學(xué)家解析了microRNAs在干細(xì)胞發(fā)育及分化中的調(diào)控作用，為干細(xì)胞日后的研究提供了非常重要的參考資料。2009年3月，美國白頭研究所（WhiteheadInstitute）科學(xué)家在成功誘導(dǎo)iPS細(xì)胞后，巧妙的將誘導(dǎo)iPS時帶入細(xì)胞的基因去除，大大降低了細(xì)胞癌變風(fēng)險。2009年3月，湯姆森和俞君英帶領(lǐng)的研究小組在iPS研究方面又邁進(jìn)一大步，他們利用質(zhì)粒作為誘導(dǎo)iPS基因的載體進(jìn)行誘導(dǎo)iPS細(xì)胞后，隨著細(xì)胞分裂丟失質(zhì)粒，可以得到純凈無外源DNA的iPS細(xì)胞，在iPS細(xì)胞應(yīng)用安全性方面又進(jìn)一步。第19頁,共72頁，2024年2月25日，星期天大作業(yè)：我國近五年來干細(xì)胞的研究進(jìn)展第20頁,共72頁，2024年2月25日，星期天胚胎干細(xì)胞1.概念:簡稱ES或EK細(xì)胞,是由早期胚胎或原始性腺中分離出來的一類細(xì)胞.全能細(xì)胞第21頁,共72頁，2024年2月25日，星期天.加圖，歸納.特點胚胎干細(xì)胞:內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞原始性腺細(xì)胞第22頁,共72頁，2024年2月25日，星期天ES細(xì)胞的形態(tài)學(xué)特征ES細(xì)胞具有與早期胚胎細(xì)胞相似的形態(tài)結(jié)構(gòu)，細(xì)胞核大，有一個或幾個核仁，胞核中多為常染色質(zhì)，胞質(zhì)胞漿少，結(jié)構(gòu)簡單。體外培養(yǎng)時，細(xì)胞排列緊密，呈集落狀生長，無明顯的細(xì)胞界限。細(xì)胞表面有折光較強的脂狀小滴。細(xì)胞克隆形態(tài)多樣，多數(shù)呈島狀或巢狀。第23頁,共72頁，2024年2月25日，星期天ES細(xì)胞系的建立

第24頁,共72頁，2024年2月25日，星期天分類全能細(xì)胞桑椹胚及以前能發(fā)育成完整個體多能干細(xì)胞(胚胎干細(xì)胞)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞、原始性腺細(xì)胞分離出來能分化出動物體內(nèi)的任何組織專能干細(xì)胞(成體干細(xì)胞)如骨髓干細(xì)胞、皮膚生發(fā)層細(xì)胞等能分化出特定的組織.分別指什么,分化程度,潛能；核全能性；目前初始化.應(yīng)用第25頁,共72頁，2024年2月25日，星期天.優(yōu)點第26頁,共72頁，2024年2月25日，星期天.鼠第27頁,共72頁，2024年2月25日，星期天.應(yīng)用前景第28頁,共72頁，2024年2月25日，星期天..分類第29頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

ES細(xì)胞的生物學(xué)特性衍生自囊胚的內(nèi)細(xì)胞團(tuán)或原始外胚層的細(xì)胞；具永生化(immortal)：呈現(xiàn)高的端粒酶表達(dá)活性，可在體外無限擴增；能維持穩(wěn)定的、正常的二倍體染色體結(jié)構(gòu)；發(fā)育全能性：能分化出屬于三胚層的分化細(xì)胞，參與胎兒所有組織的發(fā)育過程；具有種系傳遞功能；在體外可以進(jìn)行基因工程處理：如轉(zhuǎn)基因，基因打靶，基因誘變第30頁,共72頁，2024年2月25日，星期天

人胚胎干細(xì)胞的來源：

1、利用人工授精遺留的胚胎或流產(chǎn)的胎兒

2、將人的成熟的細(xì)胞核移入人卵細(xì)胞培養(yǎng)至囊胚期分離ES細(xì)胞

3、將人的細(xì)胞核移入其它動物卵細(xì)胞以獲得ES細(xì)胞

4、將人的細(xì)胞核移入ES細(xì)胞內(nèi)利用ES細(xì)胞的胞漿誘導(dǎo)表達(dá)ES特異基因第31頁,共72頁，2024年2月25日，星期天ES細(xì)胞的開發(fā)和利用ES細(xì)胞研究與動物克隆、轉(zhuǎn)基因動物技術(shù)相結(jié)合，可使動物育種發(fā)生革命性的變革。ES細(xì)胞研究與組織工程等相結(jié)合，可以修復(fù)人體壞損組織或進(jìn)行器官移植，從而使糖尿病、帕金森、心血管等當(dāng)今嚴(yán)重威脅人類健康的疾病得到有效治療。第32頁,共72頁，2024年2月25日，星期天克隆動物克隆被定義為由一個個體復(fù)制出一批與其基因型相同的個體。ES細(xì)胞與胚胎進(jìn)行嵌合克隆動物，可解決哺乳動物遠(yuǎn)緣雜交困難的問題，從而生產(chǎn)動物新品種。用ES細(xì)胞進(jìn)行異種動物克隆，對保護(hù)珍惜野生動物也有重大意義。第33頁,共72頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)基因動物用ES細(xì)胞生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因動物，可打破物種的界限，突破親緣關(guān)系的限制，加快動物群體遺傳變異程度，可以進(jìn)行定向變異和育種，生產(chǎn)遺傳修飾性動物。不僅為研究動物的基因結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)調(diào)控等提供了可行性手段，而且在動物品種改良、建立人類遺傳疾病模型、藥用蛋白生產(chǎn)、人類器官代用品生產(chǎn)等領(lǐng)域也有極大的開發(fā)潛力。第34頁,共72頁，2024年2月25日，星期天用ES細(xì)胞作為種子細(xì)胞，在支架(生物降解聚合物)上人工培育出特定的組織和器官，這些組織和器官可移植給患者，達(dá)到臨床治療的目的，即克隆治療。該方法為臨床的組織器官移植提供大量材料，可在臨床上對神經(jīng)退行性病變、糖尿病、脊髓損傷及造血系統(tǒng)疾病進(jìn)行治療。用ES細(xì)胞作為組織移植的供體，人ES細(xì)胞經(jīng)過免疫排斥基因剔除后，再定向誘導(dǎo)終末器官以避免不同個體間的移植排斥。這樣就可能解決一直困擾著免疫學(xué)界及醫(yī)學(xué)界的同種異型個體間的移植排斥難題。

組織工程及臨床應(yīng)用第35頁,共72頁，2024年2月25日，星期天全球?qū)τ谂咛ジ杉?xì)胞研究的規(guī)范：第一級：絕對禁止，連研究都不行的國家包括法國、瑞士、冰島、波蘭等；第二級：美國，美國國家研究經(jīng)費只能用于現(xiàn)有細(xì)胞株的研究，不得再以受精卵制造新的細(xì)胞株，德國的規(guī)范與美國相同。第三級：允許研究人工流產(chǎn)或人工生殖遺下的多余胚胎，以制造新細(xì)胞株，目前日本、加拿大和以色列、澳洲屬于這個等級，第四級：中國是全世界規(guī)定最寬松的國家，允許因為研究目的而制造新的胚胎，美國私人經(jīng)費支持的研究也屬于這一個等級。Toseewhateveryonehasseenandthinkwhatnoonehasthought(見人人之所見，思人人所未思)。第36頁,共72頁，2024年2月25日，星期天3.2.2卵裂的模式卵裂的方式是一個受遺傳控制的過程，主要由兩個因素決定：卵質(zhì)中卵黃的含量及其在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的分布決定卵裂發(fā)生的部位及卵裂球的相對大小。2.卵質(zhì)中影響紡錘體方位角度和形成時間的一些因子。第37頁,共72頁，2024年2月25日，星期天卵裂方式的分類完全卵裂不完全卵裂輻射狀對稱：棘皮動物、文昌魚螺旋狀對稱：大多數(shù)軟體動物、環(huán)節(jié)動物兩側(cè)對稱：頭足綱、扁蟲盤狀形：爬行類、魚類、鳥類稀疏和均勻分布的卵黃中度卵黃端卵黃中央卵黃兩側(cè)對稱：水螅轉(zhuǎn)動對稱：哺乳動物輻射狀對稱：兩棲類表面的：大多數(shù)節(jié)肢動物第38頁,共72頁，2024年2月25日，星期天完全卵裂第39頁,共72頁，2024年2月25日，星期天不完全卵裂兩側(cè)對稱第40頁,共72頁，2024年2月25日，星期天一、輻射對稱型卵裂基本特征：1）每個卵裂球的有絲分裂器與卵軸垂直或平行。2）卵裂溝將卵裂球分成對稱的兩半。代表動物棘皮動物、文昌魚、兩棲類第41頁,共72頁，2024年2月25日，星期天海膽的輻射式卵裂中裂球大裂球小裂球第42頁,共72頁，2024年2月25日，星期天海膽的卵裂

B：2細(xì)胞期，C：4細(xì)胞期，D：32細(xì)胞期第43頁,共72頁，2024年2月25日，星期天海膽第四次分裂卵裂球的形成第44頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蛙的輻射式卵裂灰色新月第45頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第46頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共72頁，2024年2月25日，星期天第48頁,共72頁，2024年2月25日，星期天代表動物環(huán)節(jié)動物、渦蟲綱動物、紐形動物門動物以及除頭足綱外的所有軟體動物的卵裂是螺旋式卵裂?；咎卣鳎?）卵裂的方向與卵軸成斜角2）細(xì)胞之間采用熱力學(xué)上最穩(wěn)定的方式堆疊，細(xì)胞間接觸的面積更大3）只經(jīng)過較少次數(shù)的卵裂就開始了原腸形成。二、螺旋型卵裂第49頁,共72頁，2024年2月25日，星期天螺旋式卵裂示意圖第50頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蝸牛的螺旋式卵裂

A8細(xì)胞期，B第四次卵裂中期第51頁,共72頁，2024年2月25日，星期天蝸牛的左旋和右旋螺旋式卵裂第52頁,共72頁，2024年2月25日，星期天軟體動物Trochus（馬蹄螺）的螺旋式卵裂第53頁,共72頁，2024年2月25日，星期天代表動物兩側(cè)對稱式卵裂主要發(fā)現(xiàn)于水螅主要特征第一次卵裂平面是胚胎的唯一對稱面，它將胚胎劃分為左右成鏡像對稱的兩部分第二次卵裂也是經(jīng)裂，但不通過卵子的中心第三次卵裂是緯裂，生成一層動物極卵裂球和一層植物極卵裂球第四次卵裂是不規(guī)則的，第五次卵裂形成一個小的囊胚。三、兩側(cè)對稱式卵裂第54頁,共72頁，2024年2月25日，星期天水螅的兩側(cè)對稱式卵裂A未分裂的受精卵中各種細(xì)胞質(zhì)的分布；B8細(xì)胞期的胚胎；C、D從植物極方向觀察的囊胚第55頁,共72頁，2024年2月25日，星期天代表動物哺乳動物特征

1）卵裂速度緩慢；2）交替旋轉(zhuǎn)對稱式卵裂。3）各細(xì)胞不同步，細(xì)胞數(shù)目增長含有單數(shù)4）基因組在卵裂的早期就被激活并表達(dá)出進(jìn)行卵裂所必需的蛋白5）胚胎的壓縮現(xiàn)象—8細(xì)胞期四、旋轉(zhuǎn)式卵裂第56頁,共72頁，2024年2月25日，星期天棘皮動物（左）和哺乳動物（右）第一次和第二次卵裂方式的比較第57頁,共72頁，2024年2月25日，星期天未壓縮的和壓縮的8細(xì)胞小鼠胚胎的比較第58頁,共72頁，2024年2月25日，星期天哺乳動物受精卵在體外進(jìn)行的卵裂

A－B－C2，4，8細(xì)胞期；D壓縮的8細(xì)胞期；E桑椹胚；F囊胚第59頁,共72頁，2024年2月25日，星期天生物學(xué)意義原因緊密化（壓縮）（campaction）機制為哺乳動物發(fā)育中第一次分化（滋養(yǎng)層與內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的分離）的外部條件。細(xì)胞膜極化，糖蛋白E-cadherin從細(xì)胞表面遷移到細(xì)胞遠(yuǎn)端。第60頁,共72頁，2024年2月25日，星期天抗E-cadherin的抗體能夠阻止胚胎壓縮現(xiàn)象的發(fā)生第61頁,共72頁，2024年2月25日，星期天緊密化的結(jié)果：外層細(xì)胞-緊密連接（→形成滋養(yǎng)層→胎盤、絨毛膜）內(nèi)層細(xì)胞-縫隙連接（→形成內(nèi)細(xì)胞團(tuán)→胚體、卵黃囊、尿囊、羊膜）第62頁,共72頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的產(chǎn)生是哺乳動物早期發(fā)育的關(guān)鍵步驟之一。一個細(xì)胞是否成為胚胎或滋養(yǎng)層細(xì)胞，完全取決于內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的形成壓縮作用后細(xì)胞所處的位置是位于外周還是內(nèi)部壓縮后位于外層的細(xì)胞將形成滋養(yǎng)層細(xì)胞，而內(nèi)部的細(xì)胞將發(fā)育成胚胎。第63頁,共72頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)細(xì)胞團(tuán)中的每個分裂球均能產(chǎn)生身體中任何細(xì)胞類型。當(dāng)內(nèi)細(xì)胞團(tuán)細(xì)胞被分離，并在一定條件下生長時，它們會在培養(yǎng)過程中保持為分化的特征，并可持續(xù)不斷地分裂，這些細(xì)胞被稱為胚胎干細(xì)胞（embryostem