搜索
赵春杰东南大学医学院人体结构与神经科学学系神经系统的发育概述1.胚前期（pre-embryonicperiod）:受精至第2周末受精、卵裂、胚泡形成、二胚层胚盘的出现2.胚期（embryonicperiod）：从第3周至第8周末三胚层的形成和分化、各主要器官原基的建立；初具人形。3.胎期（fetalPeriod）：从第9周至出生胎儿逐渐长大，各器官、系统进一步发育，功能建立。人类个体发生至胎儿成熟的三个时期卵裂及胚泡的形成二细胞期四细胞期八细胞期桑椹胚早期胚泡晚期胚泡在输卵管中进行植入和二胚层胚盘的形成细胞滋养层内细胞群极端滋养层子宫内膜内胚层外胚层羊膜腔合体滋养层第7天时植入第8天二胚层分化第十四天人胚发育内胚层外胚层卵黄囊胚外体腔胚外中胚层三胚层胚盘的形成16天胚盘21天胚盘脊索原凹原沟口咽膜神经板泄殖腔膜神经肠管外胚层胚内中胚层内胚层口咽膜泄殖腔膜胚层分化和中轴器官的形成中胚层：骨骼,肌肉,心血管和结缔组织等。外胚层：表皮、神经组织、眼晶状体等。内胚层：肺及消化器官等。神经系统发育的两个基本问题细胞命运的决定，即外胚层中哪些细胞将来发育成神经元？神经元类型的决定，即获得发育成为神经元潜能的细胞如何分化成特定的神经元、组成神经系统的特定区域和结构？有人认为这是两个前后不同的过程，也有人认为这两个过程是交织在一起的，前一个过程是神经发生，后一个过程是神经分化和模式（patterning）建立。1.神经诱导(neuralinduction)阶段：为初级神经胚形成（primaryneurulation)阶段：（1）神经板(neuralplate)、神经沟的形成（2）神经管(neuraltube)和神经嵴(neuralcrest)的形成2.神经发生阶段(neurogenesis)：又称次级神经胚形成（secondaryneurulation)阶段，包括：（1）神经管和神经嵴的分化（2）脊髓的发生（3）脑的发生外胚层胚内中胚层内胚层早期的神经胚发生顺序为：神经管和神经嵴的发生神经板神经褶神经沟神经管神经嵴上胚层神经外胚层神经板神经沟和神经嵴神经嵴和神经管神经板：神经板在脊索（中胚层）上方形成，自口咽膜延伸至原结。这些细胞称为神经外胚层。起始的形成部位有两个，沿着头尾轴排列:颅侧较宽的神经板区域（脑板）和尾侧较窄的区域(脊髓板)。神经沟：在18-19天形成，来自背部中胚层的信号诱导预置神经板边缘的细胞的背侧收缩，而预置的表皮细胞向中线移动，使表皮与神经板交接处凸起形成神经褶，神经褶逐渐向腹侧下陷直至第4周才开始在第4体节水平发生融合。神经管：在相当于枕部体节（第4体节）的平面上首先愈合成管，愈合过程向头、尾两端进展，最后在头尾两端各有一开口，分别称前神经孔（anteriorneuropore）和后神经孔（posteriorneuropore）。胚胎第25天左右，前神经孔闭合，第27天左右，后神经孔闭合，完整的神经管形成。•背方中胚层与外胚层：•外胚层的三类细胞：神经上皮细胞：神经管－脑泡和脊髓表皮细胞：表皮等神经嵴细胞：脊神经节和自主神经系统神经管和神经嵴的发生Spemannorganizer（中胚层）Nieuwkoop中心（内胚层）诱导外胚层分化形成神经系统经典胚胎学神经诱导外胚层胚内中胚层内胚层神经发生的前提：背方化和背腹极性形成，D/V、A/P轴的决定神经发生的前提：背方化和背腹极性形成，D/V、A/P轴的决定初级胚胎诱导实验背唇可以诱导两栖类动物胚胎形成第二条神经轴：HansSpemann和HildeMangold的组织块移植实验。将供体原肠胚早期的背唇移植到宿主胚胎的腹侧以后，宿主会在应该形成腹部表皮的位置，产生包括神经板在内的第二个体轴。爪蟾中胚层诱导模式1.正常胚胎的形成开始时依赖于卵的背侧区以及它的组织能力2.某些组织需要来自临近组织的刺激才能分化3.组织者（organizer）：背部中胚层神经诱导的分子模型背唇中胚层细胞分泌的Noggin、Chordin和Follistatin能阻止外胚层中的BMP家族蛋白与其受体结合，从而抑制BMP诱导表皮的产生，使背侧外胚层朝预置的神经命运发育形成神经板。由Nieuwkoop中心诱导形成，为背部中胚层，具有不均一性。功能：1.具有形成背方中胚层的功能，脊索前板、脊索2.使周围中胚层背方化，成为侧翼中胚层3.使背方外胚层神经化4.启动原肠形成的细胞迁移5.神经板的基本定型和使神经板成为神经管SpemannOrganizer（Hensen结）侧翼中胚层脊索•咽内胚层：诱导最前端的头部结构•头部中胚层：诱导前脑和中脑•脊索前板：诱导前脑的腹部结构•脊索：后脑以及躯干脊髓为时间和空间上已分化的细胞群体组织者的不均一性分泌蛋白：Noggin：直接的神经诱导物，能完成organizer的两种主要功能，即从预定外胚层诱导神经组织，使中胚层背方化，阻断BMP4信号chordin：诱导神经形成，使胚胎背方化。阻断BMP4信号follistatin：结合activin，解除activin对神经化的抑制作用；抑制BMP4，从而阻止中胚层腹方化cerberus：表达于头部组织者的前端内胚层，诱导CNS的最前端结构Shh：organizer的晚期信号分子，后有脊索和脊索前板产生，使新形成的神经管定型。诱导神经管底板形成Xnr3：结合BMP或者BMP受体，阻断BMP信号Frzb：wnt拮抗物，诱导前端神经系统发育Genesexpressedinorganizer神经管的基本定型Shh的调控：BMP的调控诱导的时间节点神经管形成模式图：上图胚盘的背侧面观，下图为横切面观。a.第18天b.第20天c.第22天（7个体节）d.第24天（10个体节）ncr：神经嵴np:神经板ec：神经外胚层扫描电镜图示神经管发生过程。箭头所示为神经管闭合起始处。前神经孔后神经孔神经系统发育的第二步是神经管的继续分化，神经管的分化开始于约孕26天。在解剖水平上，它的内腔各部位或膨胀、或压缩，最终形成大脑（brain）、脊髓（spinalcord）和各个腔室。在组织水平上，神经管管壁的细胞经过不断的增殖、迁移发育成大脑和脊髓各个不同的部位的组织在细胞水平上，神经上皮细胞自身分化成种类繁多的神经细胞和神经胶质细胞。在这段发育过程中，细胞的增殖非常快，神经管的形状发生了急剧的变化。脑和脊髓的发育(A)神经板期(B)神经褶期(C)神经管期背腹轴：在背腹轴上，不同的区域有不同的神经细胞种类。背侧在上，腹侧在下。前后（头尾）轴：将神经系统分成前脑、中脑、后脑和脊髓，还将这些区域细分为更加特殊的神经结构。在有些部位，还有左右轴，即左右两侧分布不同的神经细胞。外周神经系统来源于与神经板相邻的神经嵴，后者从发源地迁移到胚胎多个部位，形成包括外周神经系统在内的多种组织，即脊髓平面的神经系统及其周围组织。神经管的主要轴线脑的形态发生1．脑泡的形成和演变三个原始脑泡是脑的原基2.脑室的发育脑室系统和脊髓的中央管都是由神经管腔发育形成的，二者内容纳脑脊液，在出生后仍保持相通。神经管内最初充满羊膜液，神经孔闭合后与羊膜腔分开。脑室壁的不同部位（侧脑室底、第三、四脑室顶）分化形成脉络丛，后者产生脑脊液。脑沟和脑回的发育大脑半球在颅内发育时，其表面积的增加较颅骨的生长快，而且大脑半球内各部发育速度不均，发育慢的陷入，发育快的部分则隆起，因而形成起伏不平的外表，凹陷处成大脑沟（cerebralsulci），沟之间形成长短大小不一的隆起，为大脑回（cerebralgyri）。胚胎和胎儿期脑的发育。灰色：前脑；浅蓝：中脑；蓝色：后脑⑴神经诱导：神经诱导因子、脊索中胚层⑵神经上皮细胞增殖⑶神经系统的区域化⑷神经细胞的命运决定/分化⑸神经细胞的迁移⑹神经投射的完成⑺细胞群体间特殊联系的建立，如突触以及神经环路的形成和修饰⑻细胞凋亡⑼已建立联系的神经组织的功能发育。神经系统发生的基本过程模式形成大脑皮质的组织发生大脑半球于胚胎第5周时发生，大脑（cerebrum）组织有两个特征：①垂直方向上分层。②水平方向上分区。大脑皮质由端脑套层的成神经细胞迁移和分化而成。原皮质（archicortex）：海马和齿状回，最早出现，分层不明显旧皮质（paleocortex）：胚胎第7周时，在纹状体外侧，又称梨状皮质（pyriformcortex）新皮质（neocortex）：出现最晚、面积最大，神经细胞呈层状排列。基因的特异性表达：信号中心调控哺乳动物大脑新皮层功能区域的形成GenesInvolvedinCorticalPatterning哺乳动物大脑新皮层功能区域的形成（A）在正常发育过程中，胚胎前脑背部中线和头端的成型中心分泌BMP、Wnt和FGF8等因子，使这些蛋白分别沿背腹轴和前后轴形成浓度梯度，进而影响多种转录因子在神经前期细胞中的表达量，最终把大脑新皮层分化成不同的功能区域。（B）受在胚胎前脑后端异位表达的FGF8影响，大脑新皮层能在后端形成第二个运动和躯体感觉皮层。神经环路的建立和完善受到精密的时空调控神经环路的发育神经环路的发育神经环路的发育⑴神经诱导：神经诱导因子、脊索中胚层⑵神经系统的区域化⑶神经上皮细胞增殖⑷神经细胞的命运决定/分化⑸神经细胞的迁移⑹神经投射的完成⑺细胞群体间特殊联系的建立，如突触以及神经环路的形成和修饰⑻细胞凋亡⑼已建立联系的神经组织的功能发育。神经系统发生的基本过程假复层神经上皮的形成组成神经管的单层细胞被称为神经上皮细胞（neuroepithelium）Eve-EllenGovek,etal.2010apicalSauer,1936basal◆G1期----apicaltobasal迁移◆S期----basal面（DNA合成）◆G2期----basaltoapical迁移◆M期----apical面（有丝分裂）神经上皮的特征：假复层以及细胞核动态迁移InterkineticNuclearMigration(INM)INM的生物学意义随着进化的进行，高等脊椎动物为了能够接收并且处理数量越来越庞大量的信息，其中枢神经系统的结构也随之趋于复杂，因此单层柱状上皮的增殖能力已经不能满足中枢神经系统发育的需求，INM的出现能够最高效地利用神经上皮，在有限的空间和时间内最大化假复层神经上皮的细胞产出从而保证中枢神经系统组织形态的正常形成.⑴神经诱导：神经诱导因子、脊索中胚层⑵神经系统的区域化⑶神经上皮细胞增殖⑷神经细胞的命运决定/分化⑸神经细胞的迁移⑹神经投射的完成⑺细胞群体间特殊联系的建立，如突触以及神经环路的形成和修饰⑻细胞凋亡⑼已建立联系的神经组织的功能发育。神经系统发生的基本过程Notch介导的信号传导通路－细胞之间可以通过对话来选择不同的命运（A）一个形成中的神经前体细胞（深绿色）能阻止邻近的神经外胚层细胞（浅绿色）也选择这一命运，使后者变成表皮细胞（白色）（B）形成中的神经前体细胞通过Delta来激活邻近的细胞中的Notch信号传导通路，从而抑制AS-C和Delta等基因的表达，使邻近的细胞不能成为神经前体细胞（C）Notch活性的改变能影响果蝇神经前体细胞的数量不对称细胞分裂可以造成细胞的多样性Numb蛋白的不对称分布可以使两个子细胞选择不同命运。集中在细胞一侧的Numb蛋白（绿色）是否只分配给一个子细胞，还取决于纺锤体（粉红色）的位置，即细胞分裂的平面（橙色）室管膜层区细胞的分裂方式与子细胞命运的关系垂直分裂方式：分裂面与表皮细胞长轴平行，产生2个有继续分裂能力的子细胞。水平分裂方式：分裂面与表皮长轴垂直，只产生一个有继续分裂能力的子细胞。原因：Notch-1和numb蛋白的不均匀分布。⑴神经诱导：神经诱导因子、脊索中胚层⑵神经系统的区域化⑶神经上皮细胞增殖⑷神经细胞的命运决定/分化⑸神经细胞的迁移⑹神经投射的完成⑺细胞群体间特殊联系的建立，如突触以及神经环路的形成和修饰⑻细胞凋亡⑼已建立联系的神经组织的功能发育。神经系统发生的基本过程神经元迁移在大脑皮质中，较早分化的较大神经元先迁移并形成最内层，依次顺序向外；而较晚分化的较小