九、神经系统发育.ppt

神经发育是神经科学中一个非常重要的组成部分，它是一门探索单个细胞如何发育成一个能够执行各种高级功能的极其复杂的神经网络，以及这个过程中存在什么奥秘、特征和调控机制，从而揭示大脑这一自然界中揭示大脑这一自然界中最神奇的产物是如何形成的最神奇的产物是如何形成的学科。神经发育的基本过程诱导增殖神经元及胶质细胞的分化细胞迁移细胞系的联系及同类细胞的黏附神经元建立联系细胞群落建立联系已建立联系的神经功能继续发育概述神经系统的发育和再生：神经系统的发育和再生：神经细胞的发生和增殖神经细胞的发生和增殖细胞分化细胞分化细胞迁细胞迁移移形成神经回路形成神经回路神经活动神经活动修复和再修复和再生生（正常）（正常）（外伤（外伤&疾疾病）病）第一节神经系统的早期发育神经管的形成神经组织发生神经元的迁移神经胶质细胞发育室管膜的发育脑膜的发育神经嵴的发育神经胚发育概述神经管的发育分化神经嵴的迁移小结一神经胚发育概述神经系统的组织发生过程：神经系统的组织发生过程：神经系统神经系统神经管神经管神经胚神经胚神经嵴神经嵴外胚层板外胚层板原肠胚外胚层原肠胚外胚层胚胎发育胚胎发育：胚胎发育：定义：从受精卵到孵化或出生的过程。定义：从受精卵到孵化或出生的过程。过程：过程：受精卵受精卵桑椹胚桑椹胚囊胚囊胚原肠胚原肠胚器官发生器官发生神经轴胚期神经轴胚期囊胚和原肠胚形成图囊胚和原肠胚形成图胚胎表面的未来器官分别图谱（胚胎表面的未来器官分别图谱（fatemapfatemap）囊胚期囊胚期&原原肠胚初期肠胚初期活体染色或活体染色或炭粒标记炭粒标记原肠形成作用（原肠形成作用（GastrulationGastrulation）：）：囊胚的细胞经历急剧而复杂的形态变化，囊胚的细胞经历急剧而复杂的形态变化，和重新和重新排列。排列。结果：结果：形成三个胚层形成三个胚层 把相互作用的细胞排列在一起（把相互作用的细胞排列在一起（esp.esp.脊索）脊索）神经胚形成神经胚形成神经胚的发育-预定神经系统预定神经外胚层的变化：预定神经外胚层的变化：神经板神经板 神经褶（神经沟）神经褶（神经沟）神经管神经管（脑、脊髓）（脑、脊髓）脊索的作用：脊索的作用：确定了胚胎的中线；确定了胚胎的中线；发出诱导信号。发出诱导信号。神经胚形成：位于脊索上方的预定神经外胚层形神经胚形成：位于脊索上方的预定神经外胚层形成神经管的过程。成神经管的过程。神经胚：经历了神经胚形成过程的胚胎。神经胚：经历了神经胚形成过程的胚胎。神经胚的发育-早期形态发生器官形成期（鸡胚）器官形成期（鸡胚）神经胚的发育-神经板期神经胚的发育-神经褶期神经胚的发育-神经管期神经诱导-神经诱导的普遍性神经诱导-初级胚胎诱导实验神经诱导-神经诱导的分子基础神经胚形成过程中的神经诱导神经诱导：在原肠胚中，原肠背部的脊索与其上方神经诱导：在原肠胚中，原肠背部的脊索与其上方的预定神经外胚层细胞相互作用，使外胚层发育的预定神经外胚层细胞相互作用，使外胚层发育为神经组织。为神经组织。二神经管的发育和分化（一）（一）神经管的形成神经管的形成机制微管与微丝的作用微管与微丝的作用皮层牵引假说皮层牵引假说Schoenwolf&SmithSchoenwolf&Smith总结的模式总结的模式神经管形成所需的能量为其本身固有；神经管形成所需的能量为其本身固有；以形状变化为基础；以形状变化为基础；形状变化的力量来自细胞骨架；形状变化的力量来自细胞骨架；集中伸展；集中伸展；细胞分裂。细胞分裂。（二）神经管的细胞增殖神经管细胞的增殖神经管细胞的增殖柱状上皮假复层上皮（假复层上皮：又称为神经上皮或增殖上皮）神经细胞的分化：神经细胞的分化：途径：途径：成神经元细胞成神经元细胞神神经元经元神经上皮细胞神经上皮细胞成神经胶质细胞成神经胶质细胞神经神经胶质胶质时期：迁移之前。时期：迁移之前。（三）神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移结果：（由内向外）结果：（由内向外）l l室管膜层：增殖的细胞室管膜层：增殖的细胞l l外套层：迁移的细胞不断加入，而变厚外套层：迁移的细胞不断加入，而变厚l l边缘层：细胞突起边缘层：细胞突起n n室管膜层室管膜层n n外套层外套层n n中间层：外套层中的细胞分化，向外迁移形成中间层：外套层中的细胞分化，向外迁移形成n n边缘层边缘层神经细胞的迁移方式：沿着辐射纤维迁移方式：沿着辐射纤维迁移辐射纤维：在神经系统层状结构的发育中，神经胶辐射纤维：在神经系统层状结构的发育中，神经胶质细胞伸出辐射状排列的突起，从室管膜一直伸质细胞伸出辐射状排列的突起，从室管膜一直伸到软脑膜，神经元可以沿着此突起迁移。这些突到软脑膜，神经元可以沿着此突起迁移。这些突起称为起称为*.存在依据：存在依据：电镜观测电镜观测动物遗传学实验动物遗传学实验（四）神经管的分化神经管的分化（subdivision）Subdivision&differentiationSubdivision&differentiation三个观察层次：三个观察层次：解剖学：神经管不同部位膨大或收缩解剖学：神经管不同部位膨大或收缩组织学：细胞群以不同方式排列组织学：细胞群以不同方式排列细胞学：神经上皮细胞分化为神经元和神经胶细胞学：神经上皮细胞分化为神经元和神经胶质细胞质细胞神经管壁的分化图1 1天前，神经管开始天前，神经管开始从中间向两端，以拉从中间向两端，以拉链的方式闭合。闭合链的方式闭合。闭合过程大约需要过程大约需要1 1周。周。神经管正在愈合，神经管正在愈合，上部将发育成脑，上部将发育成脑，下部发育成脊髓。下部发育成脊髓。神经管基本闭合，在脊柱底部可见小的开口。神经管基本闭合，在脊柱底部可见小的开口。心脏开始搏动心脏开始搏动5656天胚胎，器官已经形成。天胚胎，器官已经形成。前神经孔前神经孔&无脑畸形无脑畸形后神经孔后神经孔&脊髓二裂脊髓二裂三神经嵴的迁移神经嵴细胞的迁移部位脑神经的形成脑神经的形成菱脑节：后脑发育成的一种分节模式，脑神经从不菱脑节：后脑发育成的一种分节模式，脑神经从不同的节段长出。同的节段长出。Eg.Eg.鸡胚（偶节先长出）鸡胚（偶节先长出）r2V(r2V(三叉神经三叉神经)r4VII(r4VII(面神经面神经)r6IX(r6IX(舌咽神经舌咽神经)头部神经嵴细胞的迁移头部神经嵴细胞的迁移头部神经嵴细胞的迁移路线头部神经嵴细胞的迁移路线鸡胚的躯干部神经嵴细胞的迁移鸡胚的躯干部神经嵴细胞的迁移2.2.神经嵴细胞的多能性神经嵴细胞的多能性表现：周围神经系统：内分泌和类分泌色素细胞外胚层间质结缔组织神经嵴细胞多能性实验神经嵴细胞多能性实验(生长因子干预生长因子干预)：小结神经胚形成：神经胚形成：神经管的形成：神经管的形成：受分子调控的过程神经管与神经嵴：一个过程的两个结果神经管与神经嵴：一个过程的两个结果第二节脑和脊髓的发育脑区的形成（解剖学角度）脑区的形成（解剖学角度）I后部神经管形成之前前脑泡中脑泡后脑泡（菱脑泡）前脑.中脑和菱脑脑曲脑曲端脑.间脑.中脑.末脑端脑的发育12周人胚脑矢状切面将要出生的胎儿的脑大脑皮层的组织发生（内外模式）大脑皮层的组织发生（内外模式）小脑皮层的组织发生小脑皮层的组织发生核团的组织发生（外内模式）核团的组织发生（外内模式）脊髓的发育脊髓的发育神经管神经管1 1神经管神经管2 2神经管神经管3 3皮质与核团的形成（组织与细胞学角度）皮质与核团的形成（组织与细胞学角度）延髓与脊髓延髓与脊髓室管膜层：室管膜层：外套层：灰质（界沟）外套层：灰质（界沟）边缘层：白质边缘层：白质背侧灰质：感觉神经元背侧灰质：感觉神经元腹侧灰质：运动神经元腹侧灰质：运动神经元机制：脊索诱导作用机制：脊索诱导作用小脑的组织生成小脑的组织生成小脑（cerebellum）与脊髓不同是的，在完成3层结构后，神经元的迁移并没有停止。其中一部分神经前体细胞神经前体细胞（neuronalprecursor）进入边缘层集合在一起形成神经核团，功能上起到在小脑外表层和大脑其他部分之间传递信息的作用。另一部分来自原始神经上皮的神经前体细胞，也称为成神经细成神经细胞胞（neuroblasts），则迁移到小脑的外表层，形成外颗粒层外颗粒层（externalgranulelayer）。这层外端的成神经细胞继续分化。而内端那些已停止有丝分裂的成神经细胞则成为小脑皮层颗粒颗粒神经元神经元（granuleneurons）的前体。这些颗粒神经元没有停止在原处，它们又迁移返回到正在发育的白质中，形成内颗粒层内颗粒层（internalgranulelayer）。同时浦肯野细胞分泌Shh，这会有益于外颗粒层中颗粒神经元前体细胞的分化。大脑的组织生成大脑的组织生成 大脑大脑（cerebrum）组织有两个特征：垂直方向上分层。水平方向上分区。垂直方向上，从外套层出发的成神经细胞沿着胶质细胞的长突起（glialprocess），穿过白质到达脑的外表层，在那里形成第二区（secondzone）.这一层新的灰质称为新皮层新皮层（neocortex），它最终又分成6层，依次为分子层、外颗粒层、锥体细胞层、内颗粒层、神经节细胞层及多形细胞层。神经组织的分层神经组织的分层第三节轴突的发育生长局部地域有序投射（topographicallyorderedprojection）定义：轴突伸长到靶组织后，扩展并找到各自的靶位定义：轴突伸长到靶组织后，扩展并找到各自的靶位点。点。eg.eg.视网膜顶盖系统（视网膜顶盖系统（retinotectalsystemretinotectalsystem）&视网视网膜顶盖投射图（膜顶盖投射图（mapofretinotectalprojectionmapofretinotectalprojection）局部地域有序投射（topographicallyorderedprojection）特异性：特异性：起初可能不精确，但最后的连接精确；起初可能不精确，但最后的连接精确；可能偏离正常路线，但最终投射正常。可能偏离正常路线，但最终投射正常。局部地域有序投射（topographicallyorderedprojection）形成机制：形成机制：化学亲和性假说化学亲和性假说轴突的发育和生长图示轴突的发育和生长图示轴突的形成轴突的形成轴突生长的部位和数目由细胞本身的固有因子决定。轴突生长的部位和数目由细胞本身的固有因子决定。eg.eg.皮层锥体细胞皮层锥体细胞轴突的生长锥神经细胞发育增殖或迁神经细胞发育增殖或迁徙的过程中，细胞向外徙的过程中，细胞向外伸出胞浆突起，其末端伸出胞浆突起，其末端膨大，是正在生长的树膨大，是正在生长的树突或者轴突，这一结构突或者轴突，这一结构称为生长锥。称为生长锥。靠其表面受体（整合素）靠其表面受体（整合素）辨认导向分子辨认导向分子 神经元的迁移和神经锥的长神经元的迁移和神经锥的长出出轴突的生长：轴突的生长：轴突生长的路径具有高度的精确性：轴突生长的路径具有高度的精确性：uu方向性方向性uu有序性有序性轴突的生长：轴突的生长：先驱神经纤维先驱神经纤维路标细胞路标细胞轴突生长：向化性轴突的生长靠识别轴突的生长靠识别前进道路上的导向前进道路上的导向分子朝其正确的靶分子朝其正确的靶组织生长组织生长参与轴突生长的黏附分子参与轴突生长的黏附分子N-CAM:N-Cadherin:参与轴突生长的黏附分子参与轴突生长的黏附分子IntegrinIntegrin整合素整合素:黏黏附介质附介质N-Cadherin,TAG-N-Cadherin,TAG-1,F11,L1/G4:1,F11,L1/G4:聚集分子聚集分子轴突生长的吸引和排斥作用轴突生长的吸引和排斥作用总之，神经元轴突末端的生长锥表面受体能识别其生长道路上的特异性化学信号分子，使生长中的轴突到达靶细胞，同时，靶细胞可能发放信号分子让轴突停止前进，与其建立突触联系。小结生长锥及其特点生长锥及其特点轴突生长的特点有：向化性轴突生长的特点有：向化性局部地域有序投射（精确特异性）局部地域有序投射（精确特异性）第四节突触的生长的发育树突的发育与分化树突的发育：树突的发育：时间：与时间：与传入神经传入神经的生长和的生长和突触连接突触连接的形成同时的形成同时or.or.先于传入神经先于传入神经树突的发育与分化Exp.Exp.体外培养：可以形成树突体外培养：可以形成树突破坏传入神经：树突发育正常破坏传入神经：树突发育正常oror不正常不正常传入神经变化：树突分布的范围改变传入神经变化：树突分布的范围改变突触突触后成分先发育，突触后成分先发育，突触前成分较迟突触前成分较迟一方面受神经元胞体调控一方面受神经元胞体调控另一方面受周围环境影响另一方面受周围环境影响突触的形成主要是突触前成分和突触后成分相互突触的形成主要是突触前成分和突触后成分相互作用的结果。作用的结果。神经发育的可塑性定义：在发育和再生期，神经系统具有变化和调整定义：在发育和再生期，神经系统具有变化和调整的能力，称为可塑性。的能力，称为可塑性。包括：包括：轴突的过度增生和撤销轴突的过度增生和撤销树突的过度增生和撤销树突的过度增生和撤销突触的连接和重排突触的连接和重排突触的建立和消失突触的建立和消失突触的消失和稳定突触的消失和稳定回路的重排回路的重排:突触竞争突触竞争突触的构筑参与突触形成的因子小结突触的发育1.树突和轴突的生长2.生长锥到达靶细胞停止前进3.突触微细结构形成4.突触可塑性（结构功能发生变化）第五节神经生长因子和神经细胞凋亡神经系统发育中的细胞凋亡神经系统发育中的细胞凋亡-靶组织神经生长因子和神经营养因子神经生长因子神经生长因子和神经营养因子神经营养因子假说传入神经的调节和功能活动的影响名词解释：生长锥，神经胚论述：1.简述神经管发育的过程2.简述轴突生长的特点和突触发育的过程