yj第四章 原腸運動-胚胎細(xì)胞重組課件

1、第四章原腸運動胚胎細(xì)胞重組本章主要內(nèi)容：1. 原腸作用概述2. 海膽的原腸作用3. 魚類的原腸作用4. 兩棲類的原腸作用5. 鳥類的原腸作用6. 哺乳類的原腸作用1. 原腸作用概述原腸作用（gastrulation）是胚胎細(xì)胞劇烈的、高速有序的運動過程，通過細(xì)胞運動實現(xiàn)囊胚細(xì)胞的重新組合。原腸形成期間，囊胚的細(xì)胞被劇烈地重排,囊胚細(xì)胞彼此之間的位置發(fā)生變動，重新占有新的位置，并形成由三胚層細(xì)胞構(gòu)成的胚胎結(jié)構(gòu)。在原腸形成期間，囊胚細(xì)胞獲得新的位置和鄰居，建立了有機體的多層結(jié)構(gòu)的身體藍(lán)圖。將形成內(nèi)胚層和中胚層器官的細(xì)胞被帶到胚胎內(nèi)部，而將形成皮膚和神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞伸展到外表面。三胚層在原腸形成期間首

2、先產(chǎn)生：外部的外胚層，內(nèi)部的內(nèi)胚層和二者間的中胚層。另外，建立了這些新定位的組織相互作用所需的舞臺。原腸作用是從尚未分化到分化為三個胚層和器官原基決定的關(guān)鍵時期。原腸胚一部分細(xì)胞的移動必然和同時發(fā)生的其他細(xì)胞的運動緊密配合，因此原腸作用過程中的細(xì)胞運動涉及整個胚胎。兩側(cè)對稱動物的體軸繼囊胚期之后，胚胎開始形成原腸腔（gastrocoel）將來的消化腔。 原腸胚約含有1000個細(xì)胞。 一般而言，原腸期間RNA的迅速轉(zhuǎn)錄恢復(fù)了個體豐富的遺傳信息，標(biāo)志著在分子水平上出現(xiàn)了個體特征，也標(biāo)志著胚胎決定已經(jīng)無法回復(fù)，自此胚胎發(fā)育中的細(xì)胞沿著不同的途徑發(fā)育下去。 這一階段的胚胎稱為原腸胚，胚胎發(fā)育期為原腸期

3、。 1、原腸形成方式 2、中胚層的形成1、內(nèi)陷（invagination） 由囊胚植物極細(xì)胞向內(nèi)陷入，形成二層細(xì)胞：外面的一層稱為外胚層（ectoderm），向內(nèi)陷入的一層為內(nèi)胚層（endoderm）。內(nèi)胚層圍繞的空腔將形成未來的腸腔，稱原腸腔（gastrocoele），原腸腔與外界相通的孔稱為原口或胚孔（blastopore）。 2、內(nèi)移（migration） 由囊胚的一部分細(xì)胞移入內(nèi)部而形成內(nèi)胚層。 初始移入的細(xì)胞位于囊胚腔中，排列不規(guī)則，接著逐漸調(diào)整排列成規(guī)則的內(nèi)胚層。 內(nèi)移法形成的原腸胚沒有原口，以后在胚體的一端開孔，形成原口。3、分層（delamination） 囊胚細(xì)胞分裂時，細(xì)胞

4、沿切線方向分裂，從而形成內(nèi)外兩胚層。 腔囊胚向內(nèi)分出內(nèi)胚層某些水母屬的水母； 實心囊胚向外分出外胚層某些水螅水母。 4、內(nèi)卷（involution） 通過盤裂形成的囊胚，分裂的細(xì)胞由一面邊緣向內(nèi)轉(zhuǎn)，再伸展成為內(nèi)胚層。5、外包（epiboly） 動物極的細(xì)胞分裂快，植物極細(xì)胞由于卵黃多分裂較慢，結(jié)果動物極細(xì)胞逐漸向下包圍植物極，形成外胚層，被包圍的植物極細(xì)胞形成內(nèi)胚層。 一些軟體動物與兩棲動物蛙的原腸形成就是外包。原腸作用過程中細(xì)胞的五種運動方式根據(jù)胚胎發(fā)育中胚孔的形成發(fā)展，將3胚層多細(xì)胞動物分為：原口動物（Prolostomia） 后口動物（Deuterostomia） 原口動物胚孔成為成體的

5、口扁形動物、紐形動物、線形動物、環(huán)節(jié)動物、軟體動物、節(jié)肢動物等。后口動物胚孔成為成體的肛門（或者封閉），成體的口是在胚孔相當(dāng)距離之外重新形成的棘皮動物、半索動物、所有的脊索動物。原腸胚時期，細(xì)胞分裂變慢，細(xì)胞開始生長，細(xì)胞核內(nèi)的RNA轉(zhuǎn)錄作用開始明顯，新的蛋白質(zhì)開始合成。 原腸胚的形成是動物發(fā)生過程的一個重要階段： 囊胚期以前，胚胎的構(gòu)造和生理作用都很簡單， 構(gòu)成囊胚的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)基本類似，或僅有少許差別，代謝作用也很單純。 從原腸胚開始，細(xì)胞的分布及其形態(tài)結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化， 構(gòu)造方面是胚層的分化，特別是中胚層出現(xiàn)， 各種細(xì)胞初步特化，為以后復(fù)雜的組織和器官打下基礎(chǔ)； 在生理方面隨著細(xì)胞構(gòu)造的特

6、化，新的蛋白質(zhì)的合成，細(xì)胞的功能也有了分工。 2. 海膽的原腸作用(Sea urchin gastrulation)海膽的晚期囊胚由1000個左右單層細(xì)胞構(gòu)成。這些細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)分別來自受精卵的不同區(qū)域，細(xì)胞表現(xiàn)出不同的大小和特性。下圖示海膽由卵裂(輻射式卵裂)至形成長腕幼蟲的發(fā)育過程。海膽的囊胚由一層1000到2000個細(xì)胞組成。起源于合子不同區(qū)域的這些細(xì)胞具有不同的大小和性質(zhì)。下圖顯示隨合子發(fā)育通過卵裂、囊胚和原腸形成到海膽特有的長腕幼蟲(pluteus larva)過程中，合子不同區(qū)域的命運通過原腸形成期間細(xì)胞層的運動看清。海膽原腸形成比較簡單, 主要由植物極的細(xì)胞內(nèi)陷(右下圖), 象皮球

7、從底部用手指壓入。內(nèi)陷的部分形成原腸(archenteron), 外部邊緣部分為胚孔(blastopore)。胚孔兩側(cè)細(xì)胞內(nèi)移形成中胚層間質(zhì)細(xì)胞。海膽的早期輻射式卵裂海膽胚胎第四次卵裂時形成的小分裂球（micromere）海膽的囊胚 A，細(xì)胞持續(xù)的分裂形成一個囊胚；B， 快速分裂的末期，圓形的胚胎細(xì)胞形成一層上皮，受精膜依然可見；C，植物基板變厚，動物極細(xì)胞分泌孵化酶，使胚胎從受精膜中孵化出來。原腸作用前的海膽晚期囊胚，植物極變扁平。 初級間質(zhì)細(xì)胞的內(nèi)移植物極板中央來源于小分裂球的細(xì)胞不斷伸出和收縮線狀偽足（filopdia），脫離表面單層細(xì)胞，進入囊胚腔，稱為初級間質(zhì)細(xì)胞（primary m

8、esenchyme cell）。初級間質(zhì)細(xì)胞形成的索狀合胞體（將來形成骨針）的掃描電鏡照片初級間質(zhì)細(xì)胞在Lytechinus variegatus早期幼蟲內(nèi)的定位。間質(zhì)細(xì)胞和非間質(zhì)細(xì)胞與不同胚層細(xì)胞或胞外組分之間的親和力細(xì)胞粘連作用的變化導(dǎo)致初級間質(zhì)的內(nèi)移。 初級間質(zhì)細(xì)胞和透明層以及相鄰裂球之間的親和力減少，而與基質(zhì)片層之間的親和力增加。相比之下，非間質(zhì)細(xì)胞和透明層以及相鄰裂球之間的親和力維持不變。初級間質(zhì)細(xì)胞內(nèi)移的掃描電鏡照片內(nèi)移至囊胚腔的初級間質(zhì)細(xì)胞被大量胞外片層物質(zhì)包繞。沿動植物極軸分布的纖維決定了間質(zhì)細(xì)胞遷移的方向。至少有三種蛋白可能在間質(zhì)細(xì)胞的遷移過程中起重要的作用，包括囊胚腔壁基質(zhì)

9、片層組分纖連蛋白（fibronectin）、間質(zhì)細(xì)胞膜上的硫酸蛋白多糖（sulfated proteoglycans）和囊胚腔細(xì)胞胞外基質(zhì)中只在原腸作用期表達(dá)的ECM18。內(nèi)移至囊胚腔的初級間質(zhì)細(xì)胞被大量胞外基質(zhì)包繞。原腸作用過程中沿動植物極軸分布的纖維決定了初級間質(zhì)細(xì)胞的遷移方向。囊胚腔胞外基質(zhì)纖維與動植物極軸平行排列，最終與初級間質(zhì)細(xì)胞發(fā)生聯(lián)系。初級間質(zhì)細(xì)胞的線狀偽足初級間質(zhì)細(xì)胞選擇性地聚集在-catenin濃度高的位置。去除硫酸基（sulfate deprivation）對海膽初級間質(zhì)細(xì)胞運動的影響早期原腸內(nèi)陷初級間質(zhì)細(xì)胞在囊胚腔內(nèi)遷移的過程中，仍然留在植物極板上的細(xì)胞移動填補由初級間質(zhì)

10、細(xì)胞內(nèi)移而形成的空隙，植物極板進一步變扁平。之后，植物極板向內(nèi)彎曲，內(nèi)陷。當(dāng)植物極板內(nèi)陷深及囊胚腔的1/41/2時，內(nèi)陷突然停止。所陷入的部分稱為原腸（archenteron or primitive gut），而原腸在植物極的開口稱為胚孔（blastopore）。植物極變扁平初級原腸內(nèi)陷植物極內(nèi)陷的雙金屬片模型。植物極板細(xì)胞分泌硫酸軟骨素蛋白多糖（CSPG）到透明層內(nèi)層中，CSPG吸水膨脹，導(dǎo)致透明層彎曲，相連的細(xì)胞層內(nèi)陷。 隨著植物極板的內(nèi)陷，初級間質(zhì)細(xì)胞在植物極區(qū)域形成一細(xì)胞環(huán)。晚期原腸內(nèi)陷早期原腸內(nèi)陷完成之后，經(jīng)過短暫停歇，原腸大幅度拉長， 短粗的原腸變成又細(xì)又長的管狀結(jié)構(gòu)。在此期間沒

11、有新細(xì)胞形成，原腸的拉長過程是通過細(xì)胞重排實現(xiàn)的，原腸周長內(nèi)細(xì)胞數(shù)目大為減少。海膽胚胎原腸伸長時期的細(xì)胞重排。原腸頂端形成次級間質(zhì)細(xì)胞，原腸延伸是以次級間質(zhì)細(xì)胞提供的張力為動力的。次級間質(zhì)細(xì)胞伸出線狀偽足，穿過囊胚腔液，直達(dá)囊胚腔壁內(nèi)表面。動物極半球存在著次級間質(zhì)細(xì)胞附著的靶位。只有當(dāng)線狀偽足接觸到特定靶位的時候，才不會縮回。這些特定的靶位可能位于將來形成口的區(qū)域。A，原腸的頂端形成次級間質(zhì)細(xì)胞；B，次級間質(zhì)細(xì)胞的線狀偽足。當(dāng)原腸最頂端接觸到囊胚腔壁時，次級間質(zhì)細(xì)胞分散進入囊胚腔。次級間質(zhì)細(xì)胞在囊胚腔中分裂，最終形成中胚層器官。囊胚腔壁接觸到原腸的位置最終形成口，口和原腸最頂端形成一連續(xù)相通的

12、消化管。海膽的胚孔最終形成肛門。海膽原腸作用的整個歷程。發(fā)育溫度為25度。海膽的長腕幼蟲海膽正常的胚胎發(fā)育3. 魚類的原腸作用中期囊胚轉(zhuǎn)換和細(xì)胞運動性的獲得斑馬魚第十次卵裂期間，細(xì)胞分裂不再同步，新的基因（合子基因）開始表達(dá)，且細(xì)胞獲得運動性，這種現(xiàn)象稱為中期囊胚轉(zhuǎn)換（midblastula transition，MBT）。MBT似乎受染色質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)之間比例的控制。受精后斑馬魚合子開始不完全卵裂（盤狀卵裂）。卵裂最初只限制在胚胎的動物極，并未延伸到卵黃，導(dǎo)致在卵黃上形成一堆分裂球。前5次卵裂為縱裂，第一次緯裂在受精后約2小時產(chǎn)生了64細(xì)胞期。斑馬魚的囊胚魚類胚胎中最早的細(xì)胞運動時胚盤細(xì)胞沿卵黃

13、四周下包。初始階段，胚盤細(xì)胞內(nèi)層細(xì)胞向外周遷移，插入表層細(xì)胞中。稍后，表層細(xì)胞沿卵黃表面下包，直到將卵黃全部包圍起來。卵黃合胞體層（yolk syncytical layer，YSL）細(xì)胞的自動擴展拉動與之相連的包被層（enveloping layer， EVL）細(xì)胞向下移動。切斷卵黃合胞體層和包被層之間的聯(lián)系，胚盤細(xì)胞會反彈縮回卵黃的頂部，而卵黃合胞體層則繼續(xù)包繞卵黃擴展。下包完成30時的胚盤胚層形成當(dāng)斑馬魚胚盤細(xì)胞包繞一半的卵黃時，包被層四周邊緣區(qū)開始加厚，這個加厚的區(qū)域叫胚環(huán)（germ ring），它是由外層的上胚層（epiblast）和內(nèi)層的下胚層（hypoblast）構(gòu)成。一般認(rèn)為，

14、下胚層是邊緣表層細(xì)胞內(nèi)卷繼而向動物極遷移形成的。也可能由上胚層細(xì)胞分層后內(nèi)移形成。下包胚盤的邊緣區(qū)域的放大，示邊緣下包的內(nèi)卷和細(xì)胞內(nèi)移通過下包胚盤的邊緣細(xì)胞內(nèi)卷或上胚層細(xì)胞分層形成下胚層下胚層一旦形成以后，上胚層和下胚層的深層細(xì)胞都會向?qū)戆l(fā)育成胚胎背部的一側(cè)插入，形成一個加厚的區(qū)域，稱為胚盾（embryonic shield）。胚盾在功能上相當(dāng)于兩棲類的背唇，將它移植到宿主胚胎中，能夠誘導(dǎo)形成次級胚胎。斑馬魚原腸作用時細(xì)胞的集中和延伸把下胚層和上胚層細(xì)胞帶到背部形成胚盾，胚盾內(nèi)脊索中胚層向動物極延伸。當(dāng)細(xì)胞沿卵黃下包時，它們也在邊緣內(nèi)卷，并朝背部和前端兩個方向向胚盾集中。胚盾下胚層細(xì)胞向前端

15、集中和延伸，最終沿背中線變成一窄條，它就是脊索中胚層（chordamesoderm），即脊索的原基。與脊索中胚層毗連的細(xì)胞為近軸細(xì)胞（adaxial cell），是中胚層體節(jié)的前體。上胚層細(xì)胞形成神經(jīng)龍骨（neural keel），其余的上胚層細(xì)胞發(fā)育成魚類的皮膚。脊索中胚層細(xì)胞表達(dá)的no tail基因，示胚盾下胚層細(xì)胞向前端的集中和延伸。表達(dá)snail基因的近軸中胚層細(xì)胞在脊索中胚層兩側(cè)的集中和延伸，形成中胚層體節(jié)的前體。完成下包90時斑馬魚胚胎原腸作用結(jié)束，體節(jié)形成。4. 兩棲類的原腸作用兩棲類的原腸作用是實驗胚胎學(xué)中最古老也是最新興的一個領(lǐng)域。兩棲類囊胚與棘皮動物和魚類的囊胚所面臨的基本

16、任務(wù)完全相同，也就是把終將形成內(nèi)胚層器官的細(xì)胞拖入胚胎內(nèi)部，把終將形成外胚層的細(xì)胞置于胚胎的四周，而把終將形成中胚層的細(xì)胞置于外胚層和內(nèi)胚層之間適當(dāng)?shù)奈恢?。蛙胚原腸形成從將來的背側(cè)開始，剛好在赤道下面的灰色新月區(qū)(gray crescent)。此處局部內(nèi)胚層細(xì)胞內(nèi)陷形成裂縫樣胚孔，內(nèi)陷的細(xì)胞因其形狀被稱為瓶狀細(xì)胞(bottle cells)。和海膽一樣, 兩棲類原腸形成是從細(xì)胞內(nèi)陷開始的; 不同的是海膽從植物極開始, 兩棲類從靠近赤道的邊緣帶(marginal zone)開始, 這里的內(nèi)胚層細(xì)胞不象植物極卵裂球那樣大和富含卵黃.原腸形成涉及邊緣帶細(xì)胞內(nèi)陷，而此時 動物極細(xì)胞外包并向胚孔集中。當(dāng)

17、移動的邊緣帶細(xì)胞到達(dá)胚孔時，它們轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)并沿外部細(xì)胞片的內(nèi)表面移動。因此組成胚孔的細(xì)胞一直在變化：首先卷入的是前腸的咽部細(xì)胞，然后是頭部中胚層細(xì)胞，再是脊索中胚層細(xì)胞，它將來形成脊索(notochord), 由它起始神經(jīng)系統(tǒng)的分化。胚孔先形成背唇，然后是側(cè)唇，最后是腹唇。此時形成圓形的胚孔。胚孔包圍的含卵黃的內(nèi)胚層細(xì)胞稱為卵黃栓(yolk plug)。由于新細(xì)胞不斷卷入，囊胚腔逐漸變小，最終被原腸腔代替。最后外胚層下包整個胚胎，內(nèi)胚層被帶到內(nèi)部，中胚層位于二者之間。至此完成原腸形成.兩棲類胚胎活體染色。 A，用活體染料標(biāo)記胚胎表特定細(xì)胞；B-D，標(biāo)記細(xì)胞的遷移運動；E，將蠑螈胚胎沿中線剖開，示

18、標(biāo)記細(xì)胞在胚胎內(nèi)部的分布。兩棲類原腸作用時的細(xì)胞運動非洲爪蟾的中胚層前體只存在于深層細(xì)胞中，位于赤道區(qū)域表面細(xì)胞下面，而外胚層和內(nèi)胚層則來源于表面的表層細(xì)胞中。蛙類原腸作用首先是從將來胚胎的背部，即剛好位于赤道下方的灰色新月區(qū)開始的。兩棲類的灰色新月 精子入卵后，皮層向精子進入的方向旋轉(zhuǎn)大約30，在動物極皮層含大量色素而內(nèi)層含有少量色素的物種中，這一胞質(zhì)不同層次的相對運動形成了一個在精子進入點對面的新月形的灰色區(qū)域，稱為灰色新月。非洲爪蟾囊胚外層細(xì)胞（A）和內(nèi)部細(xì)胞（B）發(fā)育命運圖譜。卵母細(xì)胞成熟過程中， 母源性的VegT mRNA貯存于植物極。VegT蛋白對內(nèi)胚層的形成具有決定作用，消除Ve

19、gT mRNA和VegT蛋白后內(nèi)胚層不能形成。灰色新月區(qū)的預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞內(nèi)陷，形成狹縫狀胚孔（slit-like blastopore），內(nèi)陷細(xì)胞稱為瓶狀細(xì)胞（bottle cell），它們沿最初的原腸排列 。蛙類囊胚細(xì)胞內(nèi)陷引發(fā)原腸形成。但是，蛙類的原腸作用并不是在最靠近植物極處開始內(nèi)陷，而是在動物半球和植物半球匯合的赤道附近，即所謂的邊緣區(qū)（marginal zone）開始內(nèi)陷。爪蟾的晚期囊胚，示邊緣區(qū)被內(nèi)胚層細(xì)胞覆蓋。胚孔處形成瓶狀細(xì)胞移植的胚孔背唇細(xì)胞將在內(nèi)胚層細(xì)胞層上下陷（sink），形成一個胚孔狹縫。瓶狀細(xì)胞的內(nèi)陷啟動原腸作用。植物極背方細(xì)胞對原腸作用的啟動具有重要作用。瓶狀細(xì)胞的

20、收縮拉動邊緣區(qū)細(xì)胞向植物極運動，同時將植物極的內(nèi)胚層細(xì)胞推向胚胎的內(nèi)部。邊緣區(qū)細(xì)胞的運動導(dǎo)致外胚層細(xì)胞向植物極外包，預(yù)定前端中胚層細(xì)胞沿囊胚腔內(nèi)表面延伸。胚孔形成和原腸作用過程中爪蟾背部區(qū)域細(xì)胞的運動爪蟾早期胚孔背唇的表面觀，示動、植物極細(xì)胞大小的差異。動物極細(xì)胞通過胚孔背唇內(nèi)卷區(qū)域表面的特寫（close-up）原腸作用的下一個時期包括邊緣區(qū)細(xì)胞的內(nèi)卷以及動物半球細(xì)胞的外包和向胚孔處集中。遷移中的緣區(qū)細(xì)胞到達(dá)胚孔的背唇時，轉(zhuǎn)向內(nèi)部沿著外層細(xì)胞的內(nèi)表面運動，因此構(gòu)成背唇的細(xì)胞在不斷更新。最初構(gòu)成背唇的細(xì)胞為內(nèi)陷形成原腸前緣的瓶狀細(xì)胞，它們隨后發(fā)育為前腸咽部的細(xì)胞。內(nèi)卷邊緣區(qū)細(xì)胞沿外層細(xì)胞的內(nèi)表面

21、向動物極運動，示構(gòu)成胚孔背唇的細(xì)胞的不斷更新。隨著瓶狀細(xì)胞進入胚胎內(nèi)部，背唇被后來內(nèi)卷進入胚胎發(fā)育為頭部中胚層前體的細(xì)胞代替。接下來，由胚孔背唇內(nèi)卷進入胚胎的細(xì)胞為脊索中胚層細(xì)胞，它們將形成脊索。脊索是一個臨時性中胚層脊柱(backbone），對誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的分化起重要的作用。內(nèi)卷進入胚胎的脊索中胚層細(xì)胞在胚胎背部集中延伸變窄變長，形成胚胎的軸性中胚層。集中和延伸過程中細(xì)胞的插入非洲爪蟾原腸作用期間Brachyury基因的表達(dá)，示預(yù)定中胚層細(xì)胞的集中和延伸。原腸作用過程中，環(huán)狀的預(yù)定中胚層細(xì)胞帶向胚孔的集中以及在胚胎內(nèi)表面的延伸示意圖爪蟾晚期原腸胚的軸旁中胚層（A）表達(dá)paraxial pro

22、tocadherin，而脊索（B）表達(dá)axial protocadherin ；兩種鈣粘著蛋白對集中和延伸起重要的作用。隨著新細(xì)胞進入胚胎內(nèi)部，囊胚腔被擠壓到與背唇相對的一側(cè)。同時隨著胚孔處瓶狀細(xì)胞形成和內(nèi)卷，胚唇向側(cè)面和腹面延伸，形成新月狀結(jié)構(gòu)。新月狀胚孔進一步延伸，先形成側(cè)唇，在形成腹唇。通過側(cè)唇和腹唇，位于外胚層細(xì)胞中的中胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞繼續(xù)內(nèi)卷，使胚孔形成一環(huán)狀，包繞在含有大量卵黃、體積較大的內(nèi)胚層細(xì)胞周圍，這些內(nèi)胚層細(xì)胞暴露在植物極外面，稱為卵黃栓（yolk plug）。隨著背唇、側(cè)唇和腹唇的連續(xù)形成，胚孔區(qū)域的變化。通過胚孔進入胚胎內(nèi)部的細(xì)胞的運動囊胚腔頂壁細(xì)胞形狀的改變和細(xì)胞重排

23、，合并成單層細(xì)胞。最終，卵黃栓也被包入內(nèi)部。至此，所有內(nèi)胚層細(xì)胞都已進入胚胎的內(nèi)部，外胚層細(xì)胞包被在胚胎的表面，而中胚層細(xì)胞則位于內(nèi)胚層和中胚層之間。非洲爪蟾的原腸作用是數(shù)個事件和諧的組合，結(jié)果是把內(nèi)中外三個胚層細(xì)胞置于適當(dāng)?shù)奈恢?，為它們分化為不同的器官做?zhǔn)備。兩棲類原腸作用時細(xì)胞的運動。兩棲類原腸作用總結(jié)：1. 邊緣區(qū)瓶狀細(xì)胞在準(zhǔn)確的時間和位置內(nèi)陷。2. 邊緣區(qū)細(xì)胞通過胚唇進行內(nèi)卷形成原腸。3. 內(nèi)卷的中胚層細(xì)胞沿胚孔頂壁內(nèi)表面遷移。4. 預(yù)定脊索中胚層在胚胎背部集中延伸5. 預(yù)定外胚層細(xì)胞通過細(xì)胞分裂和數(shù)層細(xì)胞合并為單層細(xì)胞而向植物極下包。4. 兩棲類的原腸作用（續(xù)）動植物極軸的決定兩棲類

24、原腸作用的準(zhǔn)備工作可以追溯到精卵的結(jié)合之前。未受精卵沿動植物極存在一個極性，這種極性能夠影響到將來卵裂的方式。未受精卵的極性是由沿動植物極分布的母源性mRNA和蛋白質(zhì)的差異分布決定的。非洲爪蟾的未受精卵，示動物極半球有較多的色素，植物極半球有較多的卵黃。非洲爪蟾的動-植物極軸是由母源性的因子決定的，示母源性的生長因子Vg-1基因的 mRNA在爪蟾植物極的分布。未受精卵的胚層圖譜爪蟾未來三個胚層的區(qū)域劃分在未受精卵就可以確定。因此，在未受精卵上就可以勾畫出胚層圖譜。但胚胎的前后軸、背腹軸和左右軸都難以確定。爪蟾未受精卵內(nèi)未來胚層的圖譜。ectodermendodermNieukoop中心形成背腹

25、軸和前后軸是在受精過程中由受精卵細(xì)胞質(zhì)隔離決定的。受精后由于皮層細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)動（cortical rotation），使得卵子表面的動植物極軸與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)部的動植物極軸兩者相差30o，這樣便形成一個新的對稱狀態(tài)。受精卵已具備了背腹軸，變成兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)，可以區(qū)分出左右側(cè)了。A，受精后，質(zhì)膜下方的皮層（cortical layer）向著精子入卵點的方向轉(zhuǎn)動。B，皮層轉(zhuǎn)動的結(jié)果是Nieukoop中心或信號中心的形成，這樣就確定了胚胎的背方。皮層轉(zhuǎn)動的結(jié)果造成爪蟾受精卵呈兩側(cè)對稱。Nieukoop中心對正常發(fā)育是必需的背方部分含有Nieukoop中心，形成一個背部化的胚胎，但缺少腸；腹方部分沒有Nieuk

26、oop中心，形成一腹部化的胚胎，缺少背部和頭部結(jié)構(gòu)。胚孔的定位細(xì)胞質(zhì)的運動激活精子入卵點對面的細(xì)胞質(zhì)開啟原腸作用。精子入卵點代表胚胎未來的腹面，而與之相對的一面即原腸作用開啟處代表胚胎未來背面。雖然誘發(fā)卵細(xì)胞質(zhì)運動并不一定需要精子，但精子對決定細(xì)胞質(zhì)旋轉(zhuǎn)方向是至關(guān)重要的。卵子哪一側(cè)形成背部，哪一側(cè)形成腹部，完全由細(xì)胞質(zhì)運動方向來決定。通過機械方法（如離心）人為地改變皮層細(xì)胞質(zhì)和皮層下細(xì)胞質(zhì)的空間關(guān)系，將可以使胚胎在精子入卵點的同一側(cè)開啟原腸作用。將精子決定的細(xì)胞質(zhì)旋轉(zhuǎn)與人工誘導(dǎo)的細(xì)胞質(zhì)旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，就可能獲得兩個原腸作用起點，最終形成聯(lián)體雙胞胎蝌蚪（Black and Gerhart， 1985

27、）。人工方法誘導(dǎo)的兩個原腸作用開啟點。兩個原腸作用開啟點導(dǎo)致聯(lián)體雙胞胎蝌蚪的形成。原腸作用誘導(dǎo)因子是通過動物極細(xì)胞質(zhì)和植物極細(xì)胞質(zhì)兩者之間的相互作用而產(chǎn)生的。開啟原腸作用的誘導(dǎo)因子原來位于植物極細(xì)胞的深層細(xì)胞質(zhì)中。移植預(yù)定背部的植物極細(xì)胞能夠讓植物極經(jīng)紫外線照射的胚胎正常發(fā)育，同時將預(yù)定背部的植物極細(xì)胞移植到預(yù)定腹部的部位，也能夠誘導(dǎo)形成次生胚軸（secondary axis）。預(yù)定背唇區(qū)域下方植物極細(xì)胞移植實驗背部最靠近植物極的裂球能夠誘導(dǎo)次生原腸作用，并形成次生胚軸。正常情況下，由精子驅(qū)動的卵細(xì)胞內(nèi)部細(xì)胞質(zhì)的重新排列能夠引起亞細(xì)胞因子（subcellular factor）的的不對稱分布。

28、受精卵內(nèi)亞細(xì)胞因子的不對稱分布產(chǎn)生了背腹區(qū)分，并最終將胚孔的位置確定在精子入卵點對面的一組植物極裂球上。細(xì)胞運動和原腸構(gòu)建當(dāng)囊胚背部表面緣區(qū)一群內(nèi)胚層細(xì)胞下陷時，兩棲類的原腸作用就開始了。重組實驗證明，內(nèi)陷進入內(nèi)胚層的能力是背部緣區(qū)細(xì)胞固有的屬性。這些細(xì)胞特殊的瓶狀結(jié)構(gòu)對于啟動原腸作用是重要的。細(xì)胞運動啟動之后，非洲爪蟾的瓶狀細(xì)胞就不再是必需的了，去除瓶狀細(xì)胞后內(nèi)卷、胚孔的形成和封閉照樣可以進行。移植的兩棲類胚孔背唇細(xì)胞將在內(nèi)胚層細(xì)胞層上下陷（sink），形成一個胚孔溝。瓶狀細(xì)胞的內(nèi)陷啟動原腸作用。細(xì)胞向胚胎內(nèi)運動的主要動力來自緣區(qū)表面下方的細(xì)胞（深層內(nèi)卷緣區(qū)細(xì)胞，deep involutin

29、g marginal zone cell）的內(nèi)卷，而不是表面細(xì)胞的內(nèi)卷。去掉緣區(qū)深層細(xì)胞，并用動物極細(xì)胞補充上去，原腸形成立即停止。表面細(xì)胞由于和主動遷移的深層細(xì)胞相連而遷移進去形成原腸的襯里。原腸作用過程中細(xì)胞內(nèi)卷的動力來自深層內(nèi)卷緣區(qū)細(xì)胞隨著原腸作用的進行，深層由好幾層細(xì)胞構(gòu)成的緣區(qū)細(xì)胞彼此插入混和（intercalation 或interdigitation），形成薄而寬的單層細(xì)胞。正在內(nèi)卷的緣區(qū)細(xì)胞則向植物極進一步延伸。與此同時，表面細(xì)胞通過分裂和變扁平而擴展。深層細(xì)胞運動到達(dá)胚唇時，它們卷入胚胎內(nèi)部，彼此之間也進行插入混和，且沿中側(cè)軸集中延伸，形成窄而長的中胚層帶。中胚層帶向動物極遷

30、移，牽拉伏在上面的表面細(xì)胞向動物極運動，形成原腸頂壁。非洲爪蟾原腸作用期間中胚層的形成。中胚層帶的集中和延伸似乎為一自主過程，把中胚層細(xì)胞從胚胎中分離出來，它們照樣可以集中和延伸。原腸作用期間，動物極極帽（animal cap）和不內(nèi)卷緣區(qū)的細(xì)胞通過下包擴展，包被整個胚胎。同時，外胚層細(xì)胞也在整個胚胎中擴展，其機制主要是細(xì)胞分裂和數(shù)層細(xì)胞合并成單層細(xì)胞。5. 鳥類的原腸作用(Gastrulation in birds)一、鳥類原腸作用概述鳥類行不完全的盤狀卵裂，胚胎經(jīng)過卵裂在大量的卵黃上形成一個胚盤（blastodisk）。胚盤下方“惰性”的卵黃對上面細(xì)胞的運動施以嚴(yán)格限制。鳥類卵裂產(chǎn)生了在巨

31、大體積卵黃上的胚盤, 這個卵黃團對細(xì)胞的運動產(chǎn)生強大的牽制力。胚盤中央細(xì)胞由于胚盤下腔與卵黃分離,形成明區(qū); 其邊緣的細(xì)胞含卵黃, 不透明稱暗區(qū)。胚盤表面的細(xì)胞形成上胚層(epiblast), 一些細(xì)胞單個的移到胚盤下腔與胚盤后部邊緣的一片細(xì)胞匯合形成下胚層(hypoblast)。上下胚層間的腔為囊胚腔。鳥類原腸形成的主要結(jié)構(gòu)是原條(primary streak), 它首先是明區(qū)后部的上胚層細(xì)胞向中央運動而增厚, 此后原條變窄并向前運動集中形成定型原條。其作用類似兩棲類的胚孔，原條前邊局部細(xì)胞增厚為原結(jié)(primary knot), 中央是漏斗樣下陷, 移動的細(xì)胞通過它進入囊胚腔, 其功能類似

32、兩棲類的胚孔背唇。從原結(jié)首先進入囊胚腔的細(xì)胞向前移動, 形成頭部的中胚層和脊索; 那些通過原條側(cè)部進入的細(xì)胞形成大部分內(nèi)胚層和中胚層的組織。鳥類中胚層細(xì)胞以單個的方式進入胚內(nèi), 產(chǎn)生松散的間質(zhì)(mesenchyme)。另外, 鳥類的原腸形成中沒有真正的原腸結(jié)構(gòu)形成。隨著細(xì)胞進入原條, 原條向未來的頭部區(qū)域伸長。同時, 次級下胚層細(xì)胞繼續(xù)從胚盤后部邊緣向前移動。由動物極（胚胎將來的背部）觀察的雞卵的盤狀卵裂1. 下胚層和上胚層的形成鳥類胚盤中央細(xì)胞被胚下腔（subgerminal cavity）和卵黃分開，看起來透明，稱為明區(qū)（area pellucida）。明區(qū)邊緣細(xì)胞和卵黃接觸看起來不透明，

33、稱為暗區(qū)（area opaque）。上胚層某些細(xì)胞單個的遷移到胚下腔中，形成初級下胚層（primary hypoblast）。胚盤后緣有一層細(xì)胞向前遷移和初級下胚層匯合，形成次級下胚層（secondary hypoblast）。雞胚雙層囊胚的形成由上胚層和下胚層組成的雙層囊胚在暗區(qū)邊緣連接在一起，兩層之間的空腔即為囊胚腔（blastocoel）。鳥類胚胎命運圖譜僅局限于上胚層，胚胎本身和大量胚胎外膜都是由上胚層所產(chǎn)生。下胚層對正在發(fā)育的卵的本身并沒有任何實質(zhì)性的貢獻(xiàn)。下胚層細(xì)胞只形成部分胚胎外膜（extraembryonic membrane），尤其是卵黃囊（yolk sac）和連接卵黃的基柄

34、（stalk）。原條的形成鳥類的原條（primitive streak）首先見于胚胎的后端上胚層細(xì)胞的加厚處。這種加厚是來自上胚層的中胚層細(xì)胞內(nèi)移進入囊胚腔以及來自上胚層后端兩側(cè)細(xì)胞向中央遷移所致。隨著加厚部分不斷變窄，它不斷向前運動，并收縮形成清晰的原條。原條延伸至明區(qū)長度60至70處，成為胚胎前后軸的標(biāo)志。雞胚原條形成時細(xì)胞的運動。A，34h；B，56h；C，78；D，1012h伴隨著細(xì)胞集中形成原條，在原條中出現(xiàn)一凹陷，成為原溝（primitive groove）。原溝與兩棲類胚孔的作用相似，遷移的細(xì)胞通過原溝進入囊胚腔。在原條的前端是一個細(xì)胞加厚區(qū)叫原節(jié)（primitive knot）

35、或亨氏節(jié) （Hensens node） 。亨氏節(jié)的中央有一個煙囪狀的凹陷，叫原窩（primitive pit）。細(xì)胞可以通過原窩進入囊胚腔。亨氏節(jié)在功能上相當(dāng)于兩棲類胚孔的背唇。移植亨氏節(jié)能夠誘導(dǎo)一個次生胚胎的形成。原條一旦形成，上胚層細(xì)胞便開始向原條邊緣遷移，進入囊胚腔內(nèi)，組成原條的細(xì)胞也在不斷地變化。進入鳥類囊胚腔的細(xì)胞以單個細(xì)胞為單位，內(nèi)移的細(xì)胞并不形成緊密聯(lián)系的細(xì)胞層，只形成松散聯(lián)系的間質(zhì)細(xì)胞。隨著細(xì)胞進入原條，原條向胚胎未來頭部區(qū)域延長。通過亨氏節(jié)進入囊胚腔的細(xì)胞向前遷移，形成前腸、頭部中胚層和脊索；通過原條兩側(cè)部分進入囊胚腔的細(xì)胞形成大部分內(nèi)胚層和中胚層組織。A，進入囊胚腔的細(xì)胞頂

36、端伸長形成瓶狀細(xì)胞；B，雞胚原腸作用立體圖解，示原條、正在遷移的細(xì)胞和原有兩胚層之間的關(guān)系。上圖，1516h；原溝和亨氏節(jié)的形成。下圖，1922h；內(nèi)移的細(xì)胞向上推舉上胚層前端中線區(qū)域，形成頭突（head process）。 通過原條的細(xì)胞遷移：內(nèi)胚層和中胚層的形成最早通過原條遷移的細(xì)胞是預(yù)定發(fā)育成前腸的細(xì)胞，這一點與兩棲類相似。下胚層細(xì)胞構(gòu)成的區(qū)域即生殖新月不形成任何胚胎本身結(jié)構(gòu)，但含有生殖細(xì)胞前體，以后通過血管遷移到生殖腺中。通過亨氏節(jié)進入囊胚的細(xì)胞也向前遷移，保持在內(nèi)胚層和上胚層之間，將來形成頭部中胚層和脊索中胚層細(xì)胞。隨后在中胚層細(xì)胞繼續(xù)內(nèi)移的同時，原條開始回縮，使大致位于明區(qū)中央的亨

37、氏節(jié)向后推移。在原條回縮的痕跡上出現(xiàn)了胚胎背軸和頭突。隨著亨氏節(jié)繼續(xù)回縮，脊索后端部分開始形成。最終亨氏節(jié)回縮到最后端區(qū)域，將來形成肛門。至此，上胚層完全由預(yù)定外胚層構(gòu)成。盡管中胚層細(xì)胞還要繼續(xù)向內(nèi)遷移很長時間，但大部分預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞已進入胚胎內(nèi)部。2428h雞胚的原腸作用。A，延伸到全長的原條，24h；B，2體節(jié)時期，25h；C，4體節(jié)時期，27和；D，原條回縮到胚胎的尾部，28h。E，原條回縮，脊索沿著原條的痕跡形成。伴隨原條回縮，脊索和體節(jié)逐漸形成。上圖，2324h；下圖，4體節(jié)時期。當(dāng)預(yù)定中胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞向囊胚腔內(nèi)運動時，預(yù)定外胚層細(xì)胞還在分裂，并成為胚胎最上層唯一的細(xì)胞群。預(yù)定外胚

38、層細(xì)胞遷移離開胚盤，通過下包包被卵黃。鳥類原腸作用結(jié)束的時候，外胚層已將卵黃包被起來，內(nèi)胚層已經(jīng)取代了下胚層，而中胚層則已經(jīng)遷移到內(nèi)外兩胚層之間的位置。二、鳥類原腸作用的機制1. 下胚層的作用和胚軸的形成鳥類的前后軸和背腹軸早在原腸作用之前當(dāng)卵子由輸卵管排出時就已經(jīng)決定了。背腹軸對于下胚層的形成和胚胎的進一步發(fā)育至關(guān)重要。2. 原條細(xì)胞的聚集上胚層也不是一個均勻的未分化組織。早在原條開始形成之前，上胚層細(xì)胞就出現(xiàn)了分化。例如，后端緣區(qū)組織可能分泌一種化學(xué)物質(zhì)，吸引HNK-1（硫酸化葡糖醛酸）呈陽性的細(xì)胞向后端遷移，而前端緣區(qū)組織則分泌一種排斥因子。聚集到后端緣區(qū)的HNK-1陽性細(xì)胞將形成內(nèi)胚層

39、和中胚層。透明質(zhì)酸和其他多糖能促進單個細(xì)胞的遷移，但它們并不能驅(qū)動細(xì)胞遷移。透明質(zhì)酸能使正在遷移的細(xì)胞處于彼此分離的狀態(tài)。另外，透明質(zhì)酸還可能通過它在水中膨脹的能力保持細(xì)胞彼此分離。細(xì)胞的遷移和上胚層胞外基質(zhì)片層中的纖連蛋白網(wǎng)有關(guān)。3. 脊索的二次形成鳥類前部脊索由通過亨氏節(jié)內(nèi)移的細(xì)胞向前遷移而形成，但后端脊索的形成方式則不同。如雞胚第17體節(jié)后面的脊索是由通過原條內(nèi)移的中胚層細(xì)胞聚集而成。后部脊索向后延伸，形成胚胎2850體節(jié)的尾芽。4. 外胚層的外包原腸作用期間，外胚層細(xì)胞向外擴展包被卵黃。外胚層細(xì)胞遷移時作為整體而非單個細(xì)胞運動。這種擴展只能在卵黃膜上進行，在其他表面上不會發(fā)生。緣區(qū)（暗

40、區(qū)）細(xì)胞是外胚層下包的動因。胚盤只有在緣區(qū)擴展時才擴展，去掉緣區(qū)細(xì)胞外胚層下包即告停止。因此外胚層細(xì)胞受緣區(qū)主動遷移細(xì)胞的牽拉而下包。6. 哺乳類的原腸作用哺乳類發(fā)育模式和鳥類以及爬行類相似。哺乳類的卵子為少黃卵，但其胚胎仍保留著為適應(yīng)多黃卵而進化形成的鳥類和爬行類胚胎的原腸作用方式。哺乳類的內(nèi)細(xì)胞團可以看作卵黃球頂部的胚盤，它按照與其祖先爬行類相似的模式發(fā)育。哺乳動物在母體內(nèi)發(fā)育，其胚胎直接從母體獲取營養(yǎng)，而不是從卵子所儲備的卵黃獲取營養(yǎng)。哺乳動物這一進化導(dǎo)致母體解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化（輸卵管膨大形成子宮）以及專司吸收母體營養(yǎng)的胎兒器官胎盤的出現(xiàn)。胎盤主要由胚胎滋養(yǎng)層細(xì)胞和內(nèi)細(xì)胞團形成的中胚層

41、細(xì)胞發(fā)育而來。人類胚胎從受精到植入的發(fā)育過程哺乳動物胚泡植入子宮的過程小鼠胚泡在Strypsin蛋白酶的作用下從透明帶中孵化出來原腸作用前的胚泡，示內(nèi)細(xì)胞團和滋養(yǎng)層細(xì)胞。內(nèi)細(xì)胞團內(nèi)最早的細(xì)胞隔離是下胚層（原始內(nèi)胚層）的形成。下胚層排列在囊胚腔周圍，形成卵黃囊內(nèi)胚層（yolk sac endoderm）。卵黃囊內(nèi)胚層不參與新生機體的任何組織。位于下胚層之上的內(nèi)細(xì)胞團稱為上胚層。上胚層細(xì)胞被縫隙（cleft）隔開；縫隙最后連接起來，把胚胎上胚層和形成羊膜腔壁的上胚層（羊膜外胚層）隔開。羊膜腔一旦形成，內(nèi)部便充滿羊水（amniotic fluid）。下胚層細(xì)胞從內(nèi)細(xì)胞團中分離出來形成卵黃囊，滋養(yǎng)層細(xì)

42、胞分裂形成細(xì)胞滋養(yǎng)層和合胞體滋養(yǎng)層；細(xì)胞滋養(yǎng)層形成絨毛，合胞體滋養(yǎng)層融入子宮組織。上胚層分裂形成羊膜外胚層（包繞羊膜腔）和胚胎上胚層，哺乳類胚胎由胚胎上胚層形成。9天人的胚泡胚外內(nèi)胚層形成卵黃囊胚胎第一周的發(fā)育與胚泡形成受精30h，合子分裂為2個細(xì)胞二細(xì)胞期受精40h50h，為4細(xì)胞期受精60h后，達(dá)到1216細(xì)胞大約第三天胚胎成為一個圓形實體，16個卵裂球組成，稱桑椹胚 morula。胚胎第一周的發(fā)育與胚泡形成此時桑椹胚已經(jīng)由輸卵管進入子宮。而且桑椹胚的細(xì)胞具有全能性，每一個細(xì)胞分開在合適的子宮內(nèi)均可以發(fā)育成一個完整的胚胎。桑椹胚在子宮內(nèi)繼續(xù)分裂，宮腔內(nèi)分泌液通過透明帶滲入細(xì)胞間，逐漸形成囊腔，即囊胚腔或胚泡腔 blastocyst cavity。囊胚腔增大后，此時胚胎稱為囊胚。在哺乳動物稱為胚泡。細(xì)胞分成兩部分： 滋養(yǎng)層細(xì)胞（外細(xì)胞群）：經(jīng)由該層從母體取得營養(yǎng)。 內(nèi)細(xì)胞團（胚結(jié)）：位于胚泡動物極中央。胚泡到達(dá)子宮腔