经典

第9讲神经胚和三胚层分化概述经过原肠作用后，胚胎已具有外、中、内三个胚层，它们是动物体所有器官形成的细胞基础（器官原基）。鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类都具有相同的器官发生模式：外胚层：形成神经系统和皮肤；内胚层：形成呼吸系统和消化管；中胚层：形成结缔组织、血细胞、心脏、泌尿系统以及大部分内脏器官等。原肠胚纵剖图中胚层内胚层囊胚腔原肠腔外胚层羊膜腔外胚层脊索中胚层背主动脉神经沟体壁中胚层脏壁中胚层胚胎内体腔轴中胚层中间中胚层侧板内的细胞间腔羊膜第一节神经胚形成及外胚层分化一、中枢神经系统的形成胚胎由原肠胚预定外胚层细胞形成神经管的过程称为神经胚形成（neurulation）。正在进行神经管形成的胚胎称为神经胚（neurula）。神经胚是形成中枢神经系统的原基。神经胚形成主要由两种方式：初级神经胚形成（primaryneurulation）和次级神经胚形成（secondaryneurulation）。初级神经胚形成（primaryneurulation）脊索中胚层诱导覆盖于上面的外胚层细胞分裂、内陷并与表皮脱离形成中空的神经管。次级神经胚形成（secondaryneurulation）外胚层细胞下陷进入胚胎形成实心细胞索，接着再产生空洞形成中空的神经管。神经管构建方式取决于脊椎动物的种类初级：绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。如：鸟类前端、蝌蚪大部分神经管、次级：鱼类、鸟后端（后肢以后）、蝌蚪尾、小鼠第35体节以后。→脑神经外胚层→神经板脊索→神经沟→神经管神经褶→神经嵴→周围神经系统、肾上腺髓质等头端—前神经孔后端—后神经孔→脊髓神经板神经沟神经褶神经管神经嵴（一）初级神经胚形成胚胎背部的中胚层和覆盖在上面的外胚层之间的相互作用是发育中最重要的相互作用之一，它启动器官形成（organogenesis），即特异性组织和器官的产生。脊索中胚层指导上方的外胚层形成中空的神经管，后者将来分化成脑和脊髓。初级神经胚形成过程中，最初的外胚层形成三种类型的细胞：位于内部的神经管细胞，将来分化成脑和脊髓；位于外部的皮肤表皮细胞；神经嵴细胞，它从神经管和表皮连接处迁移出来，将来形成周围神经元和神经胶质、皮肤的色素细胞和其他类型的细胞。外胚层细胞的命运：神经管细胞（Neuraltube）背部中线区的细胞，将形成脑和脊髓；皮肤表皮细胞（epidermis）中线区外侧的细胞将生成皮肤；神经嵴细胞（Neuralcrest）位于上二者之间，将从神经管和表皮连接处迁移出来，形成周围神经元、神经胶质细胞、皮肤的色素细胞等。初级神经胚形成的过程彼此独立但在时空上又相互重叠的5个时期：1、神经板（neuralplate）形成2、神经底板（neuralfloorplate）形成3、神经板的整形（shaping）4、神经板弯曲成神经沟（neuralgroove）5、神经沟闭合形成神经管（neuraltube）1.神经板形成背中胚层发出信号诱导其上方外胚层细胞变成柱状细胞，并从其周围预定形成表皮的外胚层中分化出来。神经板形成后不久，边缘加厚，并向上翘起形成神经褶（neutralfold）。神经板细胞和表皮细胞本身都具有运动性。神经管形成正是由于神经板和表皮细胞协调一致的运动所致。2.神经底板形成神经底板：神经板闭合形成神经管时，位于神经板中间的大部分竖立于神经管底部的细胞。以前认为只有神经板中线处细胞才能形成神经底板，而外缘部分和神经褶则构成神经管最靠近背面的部分。例：头部神经底板形成采取这种方式。躯干神经底板：具有独立起源，是由亨氏节一部分细胞“插入”神经板中央形成。神经管底板“插入”形成模型可以通过鹌鹑和鸡胚移植实验证明。鹌鹑和鸡胚移植实验⑴鹌鹑和鸡胚早期发育极为相似：把鹌鹑胚胎一部分移植到鸡胚相同区域，细胞便整合到受体胚胎中，参与形成适当的器官，发育成镶嵌体。⑵鹌鹑和鸡的细胞不同：①鹌鹑细胞核内异染色质浓缩，鸡细胞内异染色质呈弥散型；②鹌鹑细胞中存在一些鸡细胞中不具备的特异性抗原。方法：将1.5天(6肌节)鸡胚的亨氏结和正在延伸的后面脊索去掉，用鹌鹑对应部分取而代之。结果：分析形成的镶嵌体表明，神经底板和脊索细胞由鹌鹑细胞发育而来。因此，亨氏结包含形成神经底板的细胞。鸡和鹌鹑亨氏节移植实验（catalaetal,1996）躯干神经底板来源有两个：外胚层和亨氏节3.神经板变形和弯曲神经板变形：是由于神经板细胞的内在动力所致。即由于神经板细胞变高成柱状，导致神经板变窄。神经板弯曲：则是通过神经板细胞内在力量和外在力量的共同作用而实现。神经板围绕铰合区弯曲，每一铰合点都是一个支点使细胞围绕它旋转。同时，表皮外胚层朝中央靠拢推进，也为神经管的弯曲提供动力。中间铰合点：神经板中线处细胞被锚定在下面的脊索上，被称为中间铰合点（medianhingepoint，MHP），它们由亨氏节前端中线细胞衍生而来。中间铰合点细胞受脊索诱导变矮，形成锲状，而两侧细胞形状保持不变。背侧铰合点：神经板与外胚层细胞连接处形成两个沟形铰合区，称作背侧铰合点（dorsolateralhingepoint,DLHP)，它们被锚定在神经嵴的表面外胚层上。背侧铰合点细胞变高，形成锲状。细胞形状的改变有微管与微丝的参与。秋水仙素——抑制细胞伸长细胞松弛素B——阻止细胞顶部收缩，抑制楔形细胞形成。4.神经管闭合左右神经褶被牵引到背中线结合到一起，神经管随即闭合。神经管的形成并非在整个外胚层同时发生，如24小时鸡神经胚的尾部区域仍在进行原肠作用时，头部神经管已明显形成。神经管前后两端的开口分别称为前端神经孔和后端神经孔。某些动物神经褶连接处的细胞形成神经嵴细胞，但哺乳类神经褶举起时头部神经嵴细胞就开始迁移。哺乳动物神经管的闭合沿前后轴的几个部位同时进行。当神经管的各个部分不能合拢时就会引起不同的神经管缺陷。无脑畸形（anencephaly):前端神经管区域（第二区）封口失败，胚胎的前脑不发育，即致死性的无脑症。占新生儿的0.2%；妊娠期可以通过各种物理化学方法检测出来。脊髓裂（spinabifida):人的后端神经管区域（第5区）在27天时不能合拢就会产生脊髓裂，其严重性取决于脊髓保持开放的程度。神经管闭合与遗传因子和环境因子之间相互作用有关。Pax3、SonicHedgehog和open-brain等基因都是哺乳动物神经管形成所必需的。胆固醇和维生素B12等饮食因素也至为关键。孕妇服用叶酸和适量的胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险。估计50%的神经管缺陷可由孕妇补充叶酸加以避免。神经管和表面外胚层分离神经管最终形成一个与表面外胚层分离的闭合的圆柱体。神经管和表面外胚层的分离被认为是受不同的细胞粘连分子表达调节的。神经管细胞最初都表达E-cadherin，代之以合成N-cadherin和N-CAM。结果两种组织不再粘附在一起。例如，小鼠胚胎8细胞期表达E-cadherin，借之松散地结合成桑椹胚。此后停止表达而使某些外层细胞迁至内部形成中胚层。当外胚层的神经板转折成神经嵴时则表达N-cadherin,直至神经管形成并分化成中枢神经系统。然后停止表达N-cadherin，神经嵴细胞迁移到不同部位形成神经元后，又重新表达N-cadherin。总结（二）次级神经胚形成特点：神经管由胚胎内细胞组成的实心索中空而成。次级神经胚形成可以看作是原肠作用的继续，只是背唇细胞并没有内卷到胚胎内部，而是在腹面不断生长。鸟类、哺乳类、两栖类动物胚胎的后部神经管及鱼类胚胎的全部神经管的形成采取此种方式。非洲爪蟾次级神经胚形成时的细胞运动内卷外胚层和中胚层向后运动（三）脑区形成神经管形成后，要进行分化，形成中枢神经系统的不同区域。神经管同时在三个层次水平上分化成中枢神经系统的不同区域。①在解剖学水平：神经管及其管腔膨胀和收缩而形成脑室和脊髓的中央管。②在组织学水平：神经管壁细胞发生重排形成脑和脊髓不同的功能区域。③在细胞学水平：神经上皮细胞本身分化成身体中不同类型的神经元和神经胶质。哺乳类脑区形成哺乳类早期神经管是一笔直的管状结构。当预定脑和脊髓之间的神经褶合拢时，背部周围组织向内挤推使神经管在脑基部收缩。这种收缩有效地将预定脑区与未来脊髓分开。早在胚胎后部神经管形成之前，神经管的端部发生剧烈变化，膨大成前脑、中脑、和菱脑3个原始脑泡。当神经管后端合拢时，视泡从前脑两侧面凸出来。前脑再发育成为前端的端脑和后面的间脑。端脑最终形成大脑两半球，间脑形成丘脑、下丘脑区域和视觉感受区。中脑不再分，中脑腔最终形成大脑导水管。菱脑再发育成前面的后脑和后面的髓脑。后脑形成小脑，负责调解身体运动、姿势和平衡。髓脑最终形成延髓，其神经元调节呼吸以及胃肠道和心血管的运动。（四）神经嵴细胞发生部位:神经管闭合处的神经管细胞和与神经管相接的外表层细胞，它们间质细胞化而成为神经嵴细胞。尽管神经嵴来源于外胚层，由于其重要性而有时被称为第四胚层。特点:具有迁移性，分化类型多样分化命运：因发生的部位和迁移目的地不同而不同。可分化为：周围神经系统感觉神经元和胶质细胞交感神经系统副交感神经系统肾上腺髓质上皮色素细胞头部骨骼和结缔组织→脑神经外胚层→神经板脊索→神经沟→神经管神经褶→神经嵴→周围神经系统、肾上腺髓质等头端—前神经孔后端—后神经孔→脊髓神经板神经沟神经褶神经管神经嵴（五）表皮和皮肤结构起源表皮细胞起源神经胚形成之后，覆盖胚胎表面的细胞构成预定表皮。多数脊椎动物的表皮分为两层：①外面一层为胚皮，是临时性结构，一旦底层细胞分化成表皮，胚皮便脱落；②内面一层细胞称为基层或生发层，它是能形成所有表皮细胞的生发性上皮。生发层细胞发育表皮细胞的起源:基底层-棘层-颗粒层-过渡型细胞-角质层①生发层细胞分裂产生外面另一层细胞，构成棘层。②棘层和生发层一起构成马尔皮基层。③马尔皮基层细胞再分裂产生表皮的颗粒层。④颗粒层细胞不再分裂，开始分化成表皮细胞，即角质细胞。最终角质细胞形成角质层。⑤角质层细胞生成后不久就脱落，并被颗粒层新形成的细胞所取代。皮肤的发育TGF-α(transforminggrowthfactorα):它在基底细胞中合成，合成后又刺激基底细胞的分裂，因此是一种自发分泌发生因子（autocrinegrowthfactor)。银屑病（psoriasis）患者特征是大量表皮细胞脱落，可能与TGF-α过度表达有关。KGF(keratinocytegrowthfactor):也被称为纤维细胞生长因子7。由真皮下的成纤维细胞合成，具有调控基底细胞分裂的作用。将KGF基因与角蛋白启动子连接后转入小鼠中，KGF可变为自分泌生长因子，其结果是该转基因鼠的皮肤比正常的要厚，宽松下垂，基底细胞多，无毛囊。皮肤衍生物表皮和真皮在特定区域相互作用，形成汗腺、毛发、鳞片和羽毛等皮肤衍生物。第二节中胚层的分化羊膜腔外胚层脊索中胚层背主动脉神经沟体壁中胚层脏壁中胚层胚胎内体腔轴中胚层中间中胚层侧板内的细胞间腔羊膜概述脊椎动物中胚层的分化对于器官和系统的发生起着主导和奠基的作用。其中脊索是这一阶段发育的启动和组织者，而在脊索和神经管的作用下，中胚层分化深入。脊椎动物中胚层的分化发育与神经胚的形成几乎是同时进行，相互促进的。神经胚发育的完成又为中胚层的进一步发育奠定了形态结构以及诱导控制环境的基础。神经胚时期中胚层的5个区域1.脊索中胚层：形成脊索。在为早期胚胎提供完整的体轴和诱导背部神经管形成之后，大部分脊索退化，在脊椎之间，脊索细胞形成椎间盘的组织即髓核（nucleipulposi）。2.背部体节中胚层：形成体节和神经管两侧的中胚层细胞。3.居间中胚层：形成泌尿系统和生殖器官。4.侧板中胚层：形成心脏、血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉之外的四肢所有中胚层成分以及胚胎外膜。5.头部中胚层：形成面部结缔组织和肌肉。轴旁中胚层：背部体节