神经胚与三胚层的早期分化.pptx

第五章第五章 神经胚和三胚层分化神经胚和三胚层分化神经胚与三胚层的早期分化第1页神经胚与三胚层的早期分化第2页神经胚与三胚层的早期分化第3页神经胚与三胚层的早期分化第4页神经胚与三胚层的早期分化第5页神经胚与三胚层的早期分化第6页n n经过原肠作用后，胚胎已含有外、中、内三个胚层，它们是动物体全部器官形成细胞基础（器官原基）。n n鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类都含有相同器官发生（organogenesis）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内层及消化腺；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。神经胚与三胚层的早期分化第7页哺乳动物三个胚层特化形成身体各特化谱系（lineage）示意图。黑色框：一级分层深灰色框：二级分层浅灰色阴影区：中胚层分化；左侧白色区：内胚层分化；右侧白色区：外胚层分化。神经胚与三胚层的早期分化第8页原原肠肠胚胚外胚层外胚层：神经系统、表皮及从属物、口腔鼻腔肛门上皮、晶状体、：神经系统、表皮及从属物、口腔鼻腔肛门上皮、晶状体、角膜、视网膜、内耳、肾上腺髓质、垂体前叶、牙釉质、颅软骨角膜、视网膜、内耳、肾上腺髓质、垂体前叶、牙釉质、颅软骨中胚层中胚层内胚层内胚层：消化和呼吸管内层、肝、胰腺、甲状腺、胸腺、中耳鼓室、：消化和呼吸管内层、肝、胰腺、甲状腺、胸腺、中耳鼓室、咽鼓管、膀胱咽鼓管、膀胱脊索脊索体节：骨骼、肌肉、真皮体节：骨骼、肌肉、真皮间介中胚层：泌尿和生殖系统间介中胚层：泌尿和生殖系统侧中胚层：心脏、血管、血液、体腔膜、脏壁肌肉、结侧中胚层：心脏、血管、血液、体腔膜、脏壁肌肉、结缔组织缔组织头部间充质：头部肌肉、结缔组织、颅软骨、眼外层头部间充质：头部肌肉、结缔组织、颅软骨、眼外层神经胚与三胚层的早期分化第9页BaerBaer定律：定律：脊椎动物早期胚胎先形成亚门共有特征，伴随发育进行，胚胎逐步出现纲、目和科特征，最终出现种特征。神经胚与三胚层的早期分化第10页本章知识关键点：本章知识关键点：1、外胚层分化与神经管形成 外胚层分化 神经管 神经嵴2、中胚层分化与体节形成 中胚层早期分化 体节分化和诱导机制 神经胚与三胚层的早期分化第11页第一节第一节 外胚外胚层层分化与神分化与神经经管形成管形成神经胚与三胚层的早期分化第12页1.外胚层分化外胚层分化n脊椎动物外胚层将形成三个主要部分：脊椎动物外胚层将形成三个主要部分：表皮外胚表皮外胚层、神经嵴和神经管层、神经嵴和神经管。n人胚发育到第三周末，背部部分外胚层细胞受中人胚发育到第三周末，背部部分外胚层细胞受中胚层尤其是脊索中胚层诱导，特化形成神经外胚层，胚层尤其是脊索中胚层诱导，特化形成神经外胚层，这部分形态上呈柱状胚胎结构称为这部分形态上呈柱状胚胎结构称为神经板（神经板（neural plate）。神经板组织未来发育为中枢神经系统原基神经板组织未来发育为中枢神经系统原基神神经管（经管（neural tube）。神经管前端发育为脑，后端。神经管前端发育为脑，后端发育为脊髓（发育为脊髓（spinal cord）。）。神经胚与三胚层的早期分化第13页n神经嵴位于神经板和表皮外胚层交界处，神经嵴位于神经板和表皮外胚层交界处，经过迁移，这些细胞能够发育为周围神经经过迁移，这些细胞能够发育为周围神经系统神经元和神经胶质细胞、表皮色素细系统神经元和神经胶质细胞、表皮色素细胞，肾上腺髓质，面部软骨和硬骨，以及胞，肾上腺髓质，面部软骨和硬骨，以及部分结缔组织等。部分结缔组织等。n表皮外胚层发育为表皮及皮肤衍生物，与表皮外胚层发育为表皮及皮肤衍生物，与来自间充质真皮一起形成皮肤。来自间充质真皮一起形成皮肤。神经胚与三胚层的早期分化第14页脊椎动物外胚层发育命运神经胚与三胚层的早期分化第15页2.神经胚形成神经胚形成概念概念n胚胎形成中枢神经系统原基即神经管胚胎形成中枢神经系统原基即神经管过程过程称称为为神经胚形成（神经胚形成（neurulation），正在进行，正在进行神经管形成胚胎称为神经胚（神经管形成胚胎称为神经胚（neurula）。）。n神经胚形成主要由两种方式：神经胚形成主要由两种方式：初级神经胚形初级神经胚形成（成（primary neurulation）和和次级神经胚形次级神经胚形成（成（secondary neurulation）。神经胚与三胚层的早期分化第16页n初级神经胚形成初级神经胚形成是指由脊索中胚层诱导覆是指由脊索中胚层诱导覆盖于上面外胚层细胞分裂、内陷并与表皮盖于上面外胚层细胞分裂、内陷并与表皮脱离形成中空神经管。脱离形成中空神经管。n次级神经胚形成次级神经胚形成是指外胚层细胞下陷进入是指外胚层细胞下陷进入胚胎形成实心细胞索，接着再空洞化胚胎形成实心细胞索，接着再空洞化（cavitate）形成中空神经管。）形成中空神经管。n胚胎在多大程度上胚胎在多大程度上应用应用上述神经管构建方上述神经管构建方式取决于脊椎动物种类。如鱼类神经胚形式取决于脊椎动物种类。如鱼类神经胚形成属完全次级型；鸟类前端部分神经管构成属完全次级型；鸟类前端部分神经管构建属初级型，而后端部分（后肢以后）神建属初级型，而后端部分（后肢以后）神经管构建属次级型。经管构建属次级型。神经胚与三胚层的早期分化第17页2.1 初级神经胚形成初级神经胚形成神经板神经板神经褶神经褶神经嵴神经嵴神经沟神经沟神经胚与三胚层的早期分化第18页蛙神经胚形成神经胚与三胚层的早期分化第19页2.1.1初级神经胚形成过程初级神经胚形成过程 能够分为彼此独立但在时空上又相互重能够分为彼此独立但在时空上又相互重合合4个时期：个时期：（1）神经板（神经板（neural plate）形成）形成（2）神经板整形（神经板整形（shaping）（3）神经板弯曲成神经沟（神经板弯曲成神经沟（neural groove）（4）神经沟闭合形成神经管（神经沟闭合形成神经管（neural tube）神经胚与三胚层的早期分化第20页（1）神经板形成神经板形成n n背部中胚层（头部为咽内胚层）发出信号诱背部中胚层（头部为咽内胚层）发出信号诱导导预定形成神经组织外胚层细胞变长预定形成神经组织外胚层细胞变长，而预，而预定形成表皮细胞则变得愈加扁平，使预定神定形成表皮细胞则变得愈加扁平，使预定神经区经区与与周围外胚层周围外胚层显著不一样显著不一样，由此形成，由此形成神神经板（经板（neural plate）。神经胚与三胚层的早期分化第21页neural plate formation神经胚与三胚层的早期分化第22页（2）神经板整形神经板整形 神经板沿前后轴经过集中延伸而伸长，造神经板沿前后轴经过集中延伸而伸长，造成神经板变窄，随即弯曲形成神经管成神经板变窄，随即弯曲形成神经管。多层细胞嵌插形成几层；多层细胞嵌插形成几层；神经板细胞增殖沿前后轴（头尾）方向进神经板细胞增殖沿前后轴（头尾）方向进行。行。神经胚与三胚层的早期分化第23页（3）神经板弯曲形成神经沟神经板弯曲形成神经沟神经板两侧首先弯曲上翘形成神经褶。神经板两侧首先弯曲上翘形成神经褶。神经板两侧首先弯曲上翘形成神经褶。神经板两侧首先弯曲上翘形成神经褶。细胞形状改变和细胞顶部收缩驱动神经褶形成。细胞形状改变和细胞顶部收缩驱动神经褶形成。神经胚与三胚层的早期分化第24页n n神经板弯曲与神经板细胞内在力量直接相关。神经板弯曲与神经板细胞内在力量直接相关。神神经板弯曲主要经过位于脊索上面神经板中线细胞经板弯曲主要经过位于脊索上面神经板中线细胞实现，这些细胞被称为实现，这些细胞被称为中间铰合点中间铰合点（median median hinge pointhinge point，MHPMHP），它们由亨氏节前端中线细），它们由亨氏节前端中线细胞衍生而来。胞衍生而来。n nMHPMHP细胞和位于其下方脊索锚定在一起，形成铰细胞和位于其下方脊索锚定在一起，形成铰链，这么便在背中线形成一个皱褶。链，这么便在背中线形成一个皱褶。n n在神经板背侧方形成两个在神经板背侧方形成两个背侧铰合点背侧铰合点（dorsolateral hinge point,DLHP),dorsolateral hinge point,DLHP),它们锚定在表它们锚定在表皮外胚层上，经过细胞变高并形成楔形在背侧方皮外胚层上，经过细胞变高并形成楔形在背侧方形成两个皱褶形成两个皱褶。神经胚与三胚层的早期分化第25页神经板和其余外胚层接触处细胞形状改变和细胞顶部收缩驱神经板和其余外胚层接触处细胞形状改变和细胞顶部收缩驱动神经褶形成。脊索诱导动神经褶形成。脊索诱导MHP区细胞变矮，并形成楔形，区细胞变矮，并形成楔形，所以造成神经褶举起。所以造成神经褶举起。神经胚与三胚层的早期分化第26页在三个绞合点（在三个绞合点（MHP和两个和两个DLHP）上，神经板细胞改变自己形状，）上，神经板细胞改变自己形状，并发生顶端收缩。并发生顶端收缩。表皮外胚层表皮外胚层向中线推移向中线推移给神经管弯给神经管弯曲提供了外曲提供了外部力量。部力量。神经胚与三胚层的早期分化第27页（4）神经管闭合神经管闭合n n左右神经褶被牵引到背中线结合到一起，左右神经褶被牵引到背中线结合到一起，神经管随即闭合。神经管随即闭合。一些动物神经褶连接处一些动物神经褶连接处细胞形成神经嵴细胞细胞形成神经嵴细胞，但哺乳类神经褶举，但哺乳类神经褶举起时头部神经嵴细胞就开始迁移。起时头部神经嵴细胞就开始迁移。神经胚与三胚层的早期分化第28页两栖类和羊膜动物神经管闭合与神经嵴细胞迁出。神经胚与三胚层的早期分化第29页鸡胚神经管闭合神经胚与三胚层的早期分化第30页n n神经管和表面外胚层分离被认为是受不一样细胞粘连分子表示调整。神经管细胞最初都表示E-钙粘蛋白蛋白（E-cadherin）选择蛋白，代之以合成N-钙粘蛋白蛋白（N-cadherin）和N-CAM。结果两种组织不再粘附在一起。神经胚与三胚层的早期分化第31页爪蟾神经形成时，两种粘附蛋白N-cadherin和E-cadherin表示神经胚与三胚层的早期分化第32页n n神经管闭合并非在整个外胚层同时发生，如二十四小时鸡神经胚尾部区域仍在进行原肠作用时，头部神经管已显著形成。神经管前后两端开口分别称为前端神经孔和后端神经孔。神经胚与三胚层的早期分化第33页n鸡胚神经管闭合神经胚与三胚层的早期分化第34页类神经形成。A，神经管开始发生闭合；B，神经管中部闭合，前端和后端神经孔依然开口。神经胚与三胚层的早期分化第35页C，神经管闭合区域；D，无脑畸形；E，脊髓裂神经胚与三胚层的早期分化第36页 Sonic Hedgehog、Pax3等因子是等因子是 神经管闭合所必需。孕妇服用叶神经管闭合所必需。孕妇服用叶 酸和适量胆固醇可降低胎儿神经酸和适量胆固醇可降低胎儿神经 管缺点风险管缺点风险神经胚与三胚层的早期分化第37页2.2次级神经胚形成次级神经胚形成n n次级神经胚形成能够看作是次级神经胚形成能够看作是原肠作用继续原肠作用继续，只是背唇细胞并没有内卷到胚胎内部，而只是背唇细胞并没有内卷到胚胎内部，而是在腹面不停生长。次级神经胚形成包含是在腹面不停生长。次级神经胚形成包含髓索（髓索（medullary cord）形成及其随即空洞）形成及其随即空洞化成为神经管化成为神经管。n n蛙和鸡胚腰椎和尾椎形成时能观察到这种蛙和鸡胚腰椎和尾椎形成时能观察到这种形式神经胚形成。形式神经胚形成。神经胚与三胚层的早期分化第38页爪蟾次级神经胚形成过程中细胞运动。爪蟾次级神经胚形成过程中细胞运动。A，原肠胚中期，原肠胚中期中胚层内卷；中胚层内卷；B，晚期原肠胚，晚期原肠胚/早期神经胚阶段，早期神经胚阶段，中胚中胚层细胞内卷停顿层细胞内卷停顿，组成胚孔背唇外胚层和中胚层细胞，组成胚孔背唇外胚层和中胚层细胞都向后端延伸。都向后端延伸。神经胚与三胚层的早期分化第39页早期蝌蚪胚孔衬里细胞形成神经肠管，其一部分形成神经管腔。早期蝌蚪胚孔衬里细胞形成神经肠管，其一部分形成神经管腔。神经肠管神经肠管后壁后壁脊索神经铰合脊索神经铰合神经胚与三胚层的早期分化第40页27体节时期鸡胚尾区次级神经形成神经胚与三胚层的早期分化第41页3.神经嵴神经嵴n n尽管尽管神经嵴起源于外胚层神经嵴起源于外胚层，因为其主要性，因为其主要性而有时被称为而有时被称为第四胚层第四胚层。n n神经嵴细胞起源于神经管最靠近背部区域。神经嵴细胞起源于神经管最靠近背部区域。神经嵴细胞广泛迁移，产生各种类型分化神经嵴细胞广泛迁移，产生各种类型分化细胞。细胞。神经胚与三胚层的早期分化第42页3.1神经嵴细胞起源神经嵴细胞起源n神经嵴细胞起源于神经管最背部，神经管神经嵴细胞起源于神经管最背部，神经管与表皮外胚层相接部位。与表皮外胚层相接部位。n神经嵴细胞产生是在神经板和表皮外胚层神经嵴细胞产生是在神经板和表皮外胚层共同作用下形成。共同作用下形成。鹌鹑神经板移植试验鹌鹑神经板移植试验神经胚与三胚层的早期分化第43页神经嵴部分衍生物3.2 神经嵴细胞分化命运神经嵴细胞分化命运神经胚与三胚层的早期分化第44页n神经嵴细胞进行广泛迁移，分化形成各种神经嵴细胞进行广泛迁移，分化形成各种类型细胞：类型细胞：（1）感觉神经元和神经胶质细胞、交感和）感觉神经元和神经胶质细胞、交感和副交感神经系统；副交感神经系统；（2）肾上腺髓质细胞；）肾上腺髓质细胞；（3）皮肤色素细胞；）皮肤色素细胞；（4）头面部骨骼和结缔组织。）头面部骨骼和结缔组织。神经胚与三胚层的早期分化第45页3.3 神经嵴细胞迁移神经嵴细胞迁移n鸡胚神经嵴细胞能够分为4个主要功效区域 （1）头部神经嵴 （2）躯干部神经嵴 （3）颈部和荐骨神经嵴 （4）心脏神经嵴神经胚与三胚层的早期分化第46页（1）头部神经嵴：）头部神经嵴：向背部两侧迁移，向背部两侧迁移，形成头、面部间形成头、面部间质细胞，进而分质细胞，进而分化为头部软骨、化为头部软骨、硬骨、神经元、硬骨、神经元、神经胶质细胞、神经胶质细胞、以及面部结缔组以及面部结缔组织等。织等。神经胚与三胚层的早期分化第47页（2）躯干部神经嵴细胞：）躯干部神经嵴细胞：黑色素细胞：向背部两侧迁移，进入表皮黑色素细胞：向背部两侧迁移，进入表皮外胚层，并继续向腹部中线迁移；外胚层，并继续向腹部中线迁移；穿过体节前半部分向腹侧迁移，其中一部穿过体节前半部分向腹侧迁移，其中一部分形成脊髓背根感觉神经节神经元；一部分形成脊髓背根感觉神经节神经元；一部分继续向腹部迁移形成交感神经节、肾上分继续向腹部迁移形成交感神经节、肾上腺髓质、以及大动脉周围神经丛。腺髓质、以及大动脉周围神经丛。神经胚与三胚层的早期分化第48页鸡胚躯干部神经嵴细胞迁移神经胚与三胚层的早期分化第49页躯干神经嵴细胞迁移躯干神经嵴细胞迁移左图：鸡胚移植试验，右图：蛙胚神经嵴细胞免疫荧光试验左图：鸡胚移植试验，右图：蛙胚神经嵴细胞免疫荧光试验神经胚与三胚层的早期分化第50页神经嵴细胞迁移路径由胚胎胞外基质决定。一个蝾螈突变体中神经嵴细胞能够形成但不能迁移，除背部之外部位将缺乏色素细胞（B）。神经胚与三胚层的早期分化第51页（3）颈部和荐骨）颈部和荐骨神经嵴细胞：神经嵴细胞：位于第位于第1-7体节体节部分和部分和28体节体节后面神经嵴细后面神经嵴细胞，迁移至肠胞，迁移至肠副交感神经节，副交感神经节，调整肠蠕动。调整肠蠕动。神经胚与三胚层的早期分化第52页（4）心脏神经嵴）心脏神经嵴 第第1-3体节对应区体节对应区域，头部和躯干域，头部和躯干部神经嵴细胞之部神经嵴细胞之间。间。发育为黑色素细发育为黑色素细胞、神经元、软胞、神经元、软骨和第骨和第3、4、6咽弓结缔组织，咽弓结缔组织，以及大动脉壁肌以及大动脉壁肌肉连接组织以及肉连接组织以及将肺循环和主动将肺循环和主动脉分开隔膜。脉分开隔膜。神经胚与三胚层的早期分化第53页4.表皮和皮肤结构起源表皮和皮肤结构起源4.1 表皮细胞起源表皮细胞起源n n神经胚形成之后，覆盖胚胎表面细胞组成神经胚形成之后，覆盖胚胎表面细胞组成预定表皮。多数脊椎动物表皮分为两层：预定表皮。多数脊椎动物表皮分为两层：外面一层为胚皮（外面一层为胚皮（periderm），是暂时性），是暂时性结构；内面一层细胞称为结构；内面一层细胞称为基层（基层（basal）或）或生发层生发层，它是能形成全部表皮细胞生发性，它是能形成全部表皮细胞生发性上皮，一旦底层细胞分化成表皮，胚皮便上皮，一旦底层细胞分化成表皮，胚皮便脱落。脱落。神经胚与三胚层的早期分化第54页人表皮图解基部细胞进行活跃有丝分裂，而表皮外层充分角质化细胞不停死亡脱落。位于基部色素母细胞能够产生黑色素细胞，并经过突起将色素转移到角质细胞中。神经胚与三胚层的早期分化第55页n n生发层细胞分裂产生外面另一层细胞，组成棘层（spinous layer）。棘层和生发层一起组成马尔皮基层（Malpighian layer）。马尔皮基层细胞再分裂产生表皮颗粒层（grannual layer）。颗粒层细胞不再分裂，开始分化成表皮细胞，即角质细胞（kenatinocytes）。最终角质细胞形成角质层（cornified layer）。角质层细胞生成后很快就脱落，并被颗粒层新形成细胞所取代。神经胚与三胚层的早期分化第56页4.2表皮细胞增殖调控n n第一个是转化生长因子-（transforming growth factor-,TGF-）。TGF-由基层细胞合成，并促进基层细胞本身分裂。银屑病（psoriasis）患者特征是大量表皮细胞脱落，可能与TGF-过分表示相关。n n另一个生长因子是角质细胞生长因子（keratinocyte growth factor,KGF），也称为成纤维细胞生长因子7（FGF7）。KGF是真皮下面成纤维细胞产生一个外分泌生长因子，调整基层细胞增殖。神经胚与三胚层的早期分化第57页表皮增殖异常与生长因子神经胚与三胚层的早期分化第58页第二节第二节 中胚中胚层层分化与体分化与体节节形成形成神经胚与三胚层的早期分化第59页1.中胚层中胚层早期分化早期分化n 脊椎动物中胚层分化对于器官和系统发生脊椎动物中胚层分化对于器官和系统发生起着起着主导和奠基主导和奠基作用。作用。n 其中其中脊索是这一阶段发育开启和组织者脊索是这一阶段发育开启和组织者，而在脊索和神经管作用下，中胚层分化深而在脊索和神经管作用下，中胚层分化深入。入。n 脊椎动物中胚层分化发育与神经胚形成几脊椎动物中胚层分化发育与神经胚形成几乎是乎是同时进行同时进行，相互促进相互促进，而神经胚发育，而神经胚发育完成又为中胚层深入发育奠定了形态结构完成又为中胚层深入发育奠定了形态结构以及诱导控制环境基础。以及诱导控制环境基础。神经胚与三胚层的早期分化第60页神经胚时期中胚层可分成神经胚时期中胚层可分成5个区域个区域:（1）脊索中胚层（脊索中胚层（chordamesoderm）形成形成脊索脊索（2）轴旁中胚层（轴旁中胚层（somitic dorsal mesoderm）形成体节形成体节（3）间介中胚层（间介中胚层（intermediate mesoderm）形成泌尿系统和生殖器官形成泌尿系统和生殖器官（4）侧板中胚层（侧板中胚层（lateral plate）形成心脏、形成心脏、血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉之外四血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉之外四肢全部中胚层成份肢全部中胚层成份（5）头部间充质（头部间充质（head mesenchyme）形成形成面部结缔组织和肌肉面部结缔组织和肌肉神经胚与三胚层的早期分化第61页中胚层分化主要谱系图中胚层分化主要谱系图神经胚与三胚层的早期分化第62页鸡胚中胚层鸡胚中胚层渐进发育。渐进发育。A，原条阶段；，原条阶段；B，神经板上举，神经板上举形成神经褶，形成神经褶，脊索和轴旁中脊索和轴旁中胚层形成；胚层形成；C，神经管形成，神经管形成，体节、间介中体节、间介中胚层、侧板中胚层、侧板中胚层形成；胚层形成；D，体腔和背主，体腔和背主动脉特化。动脉特化。神经胚与三胚层的早期分化第63页2.脊索和体节分化脊索和体节分化2.1脊索脊索发育命运发育命运 脊索是胚胎发育过程中脊索是胚胎发育过程中瞬时结构瞬时结构，不过在，不过在神经管分化和体节分化过程中发挥主要作神经管分化和体节分化过程中发挥主要作用。用。大部分大部分脊索伴随脊柱形成而脊索伴随脊柱形成而退化退化，椎椎骨之间脊索细胞骨之间脊索细胞形成椎间盘中形成椎间盘中髓核髓核（nuclei pulposi）。神经胚与三胚层的早期分化第64页2.2 2.2 体节形成过程体节形成过程体节形成过程体节形成过程 在脊索两侧加厚中胚层带，即轴旁中胚层（在脊索两侧加厚中胚层带，即轴旁中胚层（在脊索两侧加厚中胚层带，即轴旁中胚层（在脊索两侧加厚中胚层带，即轴旁中胚层（paraxial paraxial mesodermmesoderm）。伴随原条退化和神经褶开始在胚胎中央合拢，轴旁中胚层伴随原条退化和神经褶开始在胚胎中央合拢，轴旁中胚层伴随原条退化和神经褶开始在胚胎中央合拢，轴旁中胚层伴随原条退化和神经褶开始在胚胎中央合拢，轴旁中胚层分隔成细胞团块，称为分隔成细胞团块，称为分隔成细胞团块，称为分隔成细胞团块，称为体节（体节（体节（体节（somitesomite）。体节是暂时性结构，对脊椎动物分节模式（体节是暂时性结构，对脊椎动物分节模式（体节是暂时性结构，对脊椎动物分节模式（体节是暂时性结构，对脊椎动物分节模式（segmental segmental patternpattern）建成含有深远影响。）建成含有深远影响。）建成含有深远影响。）建成含有深远影响。体节能够产生组成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及体体节能够产生组成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及体体节能够产生组成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及体体节能够产生组成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及体壁与四肢骨骼肌细胞。壁与四肢骨骼肌细胞。壁与四肢骨骼肌细胞。壁与四肢骨骼肌细胞。神经胚与三胚层的早期分化第65页2.2.1体节形成和体节小体体节形成和体节小体 n n体节形成：体节形成：体节以规则大小和间隔从吻端体节以规则大小和间隔从吻端轴旁中胚层轴旁中胚层“萌发萌发”，成对排列在神经管两，成对排列在神经管两侧。侧。n n因为胚胎发育速度略有差异，所以因为胚胎发育速度略有差异，所以体节数体节数目通常是发育进程最正确指标目通常是发育进程最正确指标。所形成体。所形成体节总数含有种特异性。节总数含有种特异性。神经胚与三胚层的早期分化第66页神经管和体节神经管和体节，示已形成体节示已形成体节和还未形成体和还未形成体节轴旁中胚层。节轴旁中胚层。体节出现于身体节出现于身体前部，并依体前部，并依次向后迁移形次向后迁移形成。成。神经嵴细胞由神经嵴细胞由神经管顶部向神经管顶部向腹侧迁移。腹侧迁移。神经胚与三胚层的早期分化第67页n n体节形成体节形成机制机制还未很好研究。鸡胚研究表还未很好研究。鸡胚研究表明，其体节板细胞组织形成轮状，称为明，其体节板细胞组织形成轮状，称为体体节小体（节小体（somitomere）。伴随最前端体节。伴随最前端体节细胞细胞由涣散间充质变成致密性上皮性结构，由涣散间充质变成致密性上皮性结构，体节小体便转变成体节小体便转变成体节体节。n n从体节小体转变成体节过程与两种细胞外从体节小体转变成体节过程与两种细胞外基质蛋白基质蛋白纤连蛋白（纤连蛋白（fibronectin）和）和N-钙钙粘蛋白（粘蛋白（N-Cadherin）合成相关。这些蛋合成相关。这些蛋白合成又受白合成又受Notch1和和paraxis表示调控。表示调控。神经胚与三胚层的早期分化第68页体节小体向体节小体向体节转变。体节转变。A，N-Cadherin表示表示与体节小体向与体节小体向体节转变是相体节转变是相关。关。B，Notch1在在未分节轴旁中未分节轴旁中胚层最前端表胚层最前端表示。示。C，Notch1缺缺点时体节形成点时体节形成被扰乱。被扰乱。神经胚与三胚层的早期分化第69页n nNotch1基因编码转录因子在基因编码转录因子在未分节轴旁中未分节轴旁中胚层最前端区域胚层最前端区域有活性；缺乏有活性；缺乏Notch蛋白小蛋白小鼠体节排列紊乱，大小不一。鼠体节排列紊乱，大小不一。n nParaxis也编码一个转录因子，在小鼠和鸡也编码一个转录因子，在小鼠和鸡胚吻端未分节中胚层表示。注射与胚吻端未分节中胚层表示。注射与paraxis互补反义寡核苷酸造成体节分节出现缺点。互补反义寡核苷酸造成体节分节出现缺点。Paraxis蛋白是实现体节从间充质到上皮转蛋白是实现体节从间充质到上皮转换必要成份换必要成份。神经胚与三胚层的早期分化第70页在胚胎发育早期，体节形成时间次序就已经确立了。2.2.2体节发生决定体节发生决定神经胚与三胚层的早期分化第71页体节形成之前，各部位预定体节细胞在发育潜能已经确定。神经胚与三胚层的早期分化第72页2.3 体节体节诱导诱导分化分化轴上肌：背部骨骼肌轴上肌：背部骨骼肌轴下肌：体壁、四肢肌肉轴下肌：体壁、四肢肌肉生皮节：背部真皮生皮节：背部真皮生肌节生肌节体节体节生骨节：脊椎和肋骨生骨节：脊椎和肋骨生皮肌节生皮肌节2.3.1体节分化体节分化神经胚与三胚层的早期分化第73页体节是暂时性结构，深入分化为生骨节、生皮节、生肌节。人胚胎体节是暂时性结构，深入分化为生骨节、生皮节、生肌节。人胚胎4周早期（周早期（A）和晚期（）和晚期（B）横切面，示体节各部分结构形成。）横切面，示体节各部分结构形成。生皮节生皮节生肌节生肌节背主背主动脉动脉生骨节生骨节细胞细胞生骨节细胞围绕生骨节细胞围绕神经管和脊索形神经管和脊索形成软骨成软骨生肾节：发生肾节：发育中肾脏育中肾脏体壁中体壁中胚层胚层脏壁中胚脏壁中胚层层胚内体腔胚内体腔神经胚与三胚层的早期分化第74页n n生骨节：生骨节：体节腹中部体节腹中部细胞在脊索和神经管底板诱导下，细胞在脊索和神经管底板诱导下，失去圆形上皮细胞特征，再度变成间充质细失去圆形上皮细胞特征，再度变成间充质细胞，产生这些细胞体节部分称为胞，产生这些细胞体节部分称为生骨节生骨节（sclerotome）。这些间充质细胞最终变成。这些间充质细胞最终变成脊椎脊椎软骨细胞（软骨细胞（chondrocyte），软骨细胞软骨细胞将负责构建轴性骨骼将负责构建轴性骨骼。神经胚与三胚层的早期分化第75页伴随细胞迁移发生，鸡胚体节结构也在发生改变。伴随细胞迁移发生，鸡胚体节结构也在发生改变。生骨节生骨节生皮肌节生皮肌节神经胚与三胚层的早期分化第76页n n一旦生骨节细胞从体节中迁移出来，最靠一旦生骨节细胞从体节中迁移出来，最靠近神经管体节细胞向腹面迁移，保留下来近神经管体节细胞向腹面迁移，保留下来体节上皮细胞形成双层实心上皮，称为体节上皮细胞形成双层实心上皮，称为生生皮肌节（皮肌节（dermamyotome）。生皮肌节背。生皮肌节背层称为层称为生皮节（生皮节（dermatome），产生背部，产生背部真皮（身体其它部位真皮由另外间充质细真皮（身体其它部位真皮由另外间充质细胞形成，并非来自体节）。而其内层细胞胞形成，并非来自体节）。而其内层细胞称为称为生肌节（生肌节（myotome），产生横跨脊椎，产生横跨脊椎使背部能够弯曲脊椎肌肉使背部能够弯曲脊椎肌肉和四肢体壁肌肉和四肢体壁肌肉。神经胚与三胚层的早期分化第77页伴随四肢和腹部肌肉细胞前体迁出，生骨节、生肌节和生皮节形成。神经胚与三胚层的早期分化第78页体节分化体节分化神经胚与三胚层的早期分化第79页n当体节最初形成时，各部位细胞在发育上当体节最初形成时，各部位细胞在发育上是等潜能是等潜能，任何体节细胞都能变成全部体，任何体节细胞都能变成全部体节衍生结构。但伴随体节成熟，体节各区节衍生结构。但伴随体节成熟，体节各区定型，只能形成一定细胞类型。定型，只能形成一定细胞类型。n体节特化是经过几个组织相互作用而完成。体节特化是经过几个组织相互作用而完成。神经胚与三胚层的早期分化第80页 体节分化诱导信号：体节分化诱导信号：脊索和神经管底板诱导生骨节发生；脊索和神经管底板诱导生骨节发生；诱导皮肌节生成侧面分化信号来自侧板中胚诱导皮肌节生成侧面分化信号来自侧板中胚层，背部信号来自于外胚层表皮层，背部信号来自于外胚层表皮2.3.2 体节分化诱导和分子机制体节分化诱导和分子机制神经胚与三胚层的早期分化第81页 生骨节：生骨节：n脊索和神经管底板分泌因子脊索和神经管底板分泌因子Sonic hedgehog蛋白诱导生骨节细胞表示一个新转录因子蛋白诱导生骨节细胞表示一个新转录因子Pax1。Pax1能够激活软骨特异性基因表示，能够激活软骨特异性基因表示，它存在对于脊椎形成是必要。它存在对于脊椎形成是必要。n生骨节细胞表示生骨节细胞表示I-mf是开启肌肉形成转录因是开启肌肉形成转录因子子MyoD家族抑制因子。家族抑制因子。神经胚与三胚层的早期分化第82页体节模式建成过程中基因调控。神经胚与三胚层的早期分化第83页 生肌节生肌节n n围绕体轴围绕体轴轴上肌（轴上肌（epaxial muscle）细胞）细胞来来自体节中部，由自体节中部，由背部神经管背部神经管分泌因子（分泌因子（Wnt家族组员）诱导形成。家族组员）诱导形成。n n从体节中部从体节中部两侧两侧形成并产生四肢和体壁肌形成并产生四肢和体壁肌肉肉轴下肌（轴下肌（hypaxial muscle）可能由来自可能由来自表皮表皮Wnt蛋白和来自侧板中胚层蛋白和来自侧板中胚层BMP-4联合联合诱导形成。诱导形成。n n这些因子诱导肌细胞表示特殊转录因子这些因子诱导肌细胞表示特殊转录因子MyoD和和Myf5，激活肌肉特异性基因表示。，激活肌肉特异性基因表示。神经胚与三胚层的早期分化第84页体节模式建成过程中基因调控。神经胚与三胚层的早期分化第85页 生皮节生皮节n在神经管背侧分泌另一个因子在神经管背侧分泌另一个因子神经营养蛋神经营养蛋白白3（neurotrophin 3，NT-3）诱导下发生诱导下发生分化。分化。NT-3抗体能阻止上皮性生发层细胞抗体能阻止上皮性生发层细胞转化成在表皮下迁移涣散真皮间质细胞。转化成在表皮下迁移涣散真皮间质细胞。神经胚与三胚层的早期分化第86页体节模式建成过程中基因调控。神经胚与三胚层的早期分化第87页位于体节不一样区域不一样转录因子表示，预示了不一样细胞发育命运。神经胚与三胚层的早期分化第88页MyoD是肌肉发生主控基因将带有将带有MyoD基因载体转移到成神经细胞、脂肪细胞核成纤维细胞中，基因载体转移到成神经细胞、脂肪细胞核成纤维细胞中，能够诱导这些细胞形成肌管结构。能够诱导这些细胞形成肌管结构。神经胚与三胚层的早期分化第89页MyoD基因家族转录因子介导肌肉细胞发育命运决定和分化成肌细胞成肌细胞体节细胞体节细胞肌管肌管肌纤维肌纤维神经胚与三胚层的早期分化第90页生肌节细胞增殖和分化之间切换神经胚与三胚层的早期分化第91页2.3.4 脊椎动物体节分化中脊椎动物体节分化中Hox基因基因 作用作用n在全部脊椎动物中，体节沿前后轴模式化在全部脊椎动物中，体节沿前后轴模式化与与Hox基因表示相关。基因表示相关。n脊椎动物有脊椎动物有4组组Hox基因，它们可能来自一基因，它们可能来自一组基因重复。这些同源盒基因含有一个共组基因重复。这些同源盒基因含有一个共同特征，即它们在时间和空间上表示次序同特征，即它们在时间和空间上表示次序反应了其在染色体上排列次序。反应了其在染色体上排列次序。神经胚与三胚层的早期分化第92页小鼠Hox基因沿中胚层前后轴表示神经胚与三胚层的早期分化第93页nHox基因控制区域化特征直接证据来自小鼠基因控制区域化特征直接证据来自小鼠和鸡相对应区域（颈部、胸部等）基因表和鸡相对应区域（颈部、胸部等）基因表示比较。示比较。n鸟颈椎数目是哺乳类两倍，不过，鸟颈椎数目是哺乳类两倍，不过，Hoxc5和和Hoxc6基因表示最前端在鸡和小鼠中都是位基因表示最前端在鸡和小鼠中都是位于颈部和胸部交界处。于颈部和胸部交界处。神经胚与三胚层的早期分化第94页鸡和小鼠Hox基因在中胚层中表示图式及其与椎体区域特化关系神经胚与三胚层的早期分化第95页nHox基因过表示或删除会造成体轴模式改变。基因过表示或删除会造成体轴模式改变。Hox基因缺失能够影响细胞位置效应。基因缺失能够影响细胞位置效应。nHox基因缺失经常造成同源转化，身体一个基因缺失经常造成同源转化，身体一个结构转化为另一个结构。结构转化为另一个结构。Hoxc8基因缺失改基因缺失改变了正常情况下表示该基因细胞发育，使变了正常情况下表示该基因细胞发育，使它们取得了靠前位置效应。在它们取得了靠前位置效应。在Hoxd11发生发生突变小鼠中，第一荐椎转化为腰椎。突变小鼠中，第一荐椎转化为腰椎。神经胚与三胚层的早期分化第96页缺失Hoxc8基因小鼠会造成脊椎同源转化神经胚与三胚层的早期分化第97页