第七章三胚層與器官發(fā)生

第七章三胚層與器官發(fā)生第1頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一KarlErnstvonBaer(1792-1876)第2頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一VonBaer法則脊椎動(dòng)物早期胚胎先形成亞門(mén)共有特征，隨著發(fā)育進(jìn)行，胚胎逐漸出現(xiàn)綱、目和科的特征，最終出現(xiàn)種的特征第3頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一馮·貝爾法則（vonBaer’slaws)在胚胎中，動(dòng)物的一般特征比特化特征出現(xiàn)早。一般特征發(fā)育成較特化特征，而較特化最后發(fā)育成完全特化的特征。給定物種的每個(gè)胚胎，并不經(jīng)歷其他動(dòng)物的成年期特征，而是逐漸遠(yuǎn)離這些動(dòng)物的成年期特征。高等動(dòng)物的早期胚胎從來(lái)都不像低等動(dòng)物的成體，而只與其早期胚胎相似。第4頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一VonBaer還認(rèn)識(shí)到，所有脊椎動(dòng)物的發(fā)育都存在一個(gè)共同的模式：三胚層形成動(dòng)物不同的器官。第5頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一?？藸枺℉aeckel）的生物發(fā)生律個(gè)體發(fā)育快速重演它的系統(tǒng)(種族)發(fā)育過(guò)程。提出“囊胚蟲(chóng)”、“原腸蟲(chóng)”，但并不存在。有人認(rèn)為?？藸栠^(guò)于狂熱，把個(gè)體發(fā)育與物種進(jìn)化混淆起來(lái)。但?？藸柕纳锇l(fā)生律大體上還是反映了生物發(fā)生的規(guī)律。第6頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)管(neuraltube)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基，其形成稱(chēng)為神經(jīng)胚形成（neurulation）。其方式分初級(jí)神經(jīng)胚形成（primaryneurulation）和次級(jí)神經(jīng)胚形成（secondaryneurulation）兩種。神經(jīng)胚（neurula):正在進(jìn)行神經(jīng)管形成的胚胎。神經(jīng)胚是脊椎動(dòng)物特有的胚胎發(fā)育階段。

一、外胚層與中樞神經(jīng)系統(tǒng)第7頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一外胚層細(xì)胞的命運(yùn)：背部中線區(qū)的細(xì)胞將形成腦和脊髓；中線區(qū)外側(cè)的細(xì)胞將生成皮膚；上述二者相交處的細(xì)胞為神經(jīng)嵴細(xì)胞(neuralcrest)，它們將遷移各處形成外周神經(jīng)元、色素細(xì)胞、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞等。第8頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1.初級(jí)神經(jīng)胚形成

由外胚層細(xì)胞增殖、內(nèi)陷并最終離開(kāi)外胚層表面而形成中空的神經(jīng)管。絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物前部神經(jīng)管的形成采用此種方式。整個(gè)初級(jí)神經(jīng)胚形成過(guò)程可分為5個(gè)連續(xù)的階段：神經(jīng)板形成；神經(jīng)底板形成；神經(jīng)板變形；神經(jīng)板彎曲形成神經(jīng)溝；神經(jīng)溝封閉形成神經(jīng)管。第9頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蛙神經(jīng)胚形成整體背面觀經(jīng)胚胎中線的矢狀面觀經(jīng)胚胎中部的橫切面觀第10頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一外胚層中預(yù)定形成神經(jīng)組織的第一個(gè)標(biāo)志是細(xì)胞形狀的改變：中線處的外胚層細(xì)胞變長(zhǎng)，而預(yù)定形成表皮的細(xì)胞變的更加扁平。初級(jí)神經(jīng)管形成第11頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)管形成的起始來(lái)自背部中胚層的信號(hào)誘導(dǎo)預(yù)置神經(jīng)板邊緣的細(xì)胞的背測(cè)收縮，而預(yù)置的表皮細(xì)胞向中線移動(dòng)，使表皮與神經(jīng)板交接處凸起形成神經(jīng)褶。第12頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雞神經(jīng)胚上皮彎曲示意圖A.當(dāng)預(yù)定表皮細(xì)胞向胚胎中線處運(yùn)動(dòng)時(shí)，形成神經(jīng)褶；B.由于神經(jīng)板（底板細(xì)胞）栓系于脊索上，神經(jīng)褶上舉；C.在三個(gè)絞合處（中間絞合點(diǎn)MHP和兩個(gè)背側(cè)絞合點(diǎn)DLHP）神經(jīng)板細(xì)胞變長(zhǎng)，頂部收縮。第13頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一24h雞胚胎的立體結(jié)構(gòu)圖神經(jīng)管沿A－P軸線依次閉合，完成形成過(guò)程。第14頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人胚的神經(jīng)管閉合缺陷癥不同區(qū)域的神經(jīng)管的封口時(shí)間不同。第二區(qū)封口失敗，胚胎的前腦不發(fā)育，即致死性的無(wú)腦癥；第5區(qū)不封口導(dǎo)致脊柱裂口癥。

SonicHedgehog、Pax3等因子是神經(jīng)管閉合所必需的。孕婦服用適量的葉酸可降低胎兒神經(jīng)管缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。第15頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)管與相鄰?fù)馀邔蛹?xì)胞分離與細(xì)胞粘連分子有關(guān)第16頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2.次級(jí)神經(jīng)胚形成特點(diǎn)：神經(jīng)管由胚胎內(nèi)細(xì)胞組成的實(shí)心索中空而成。鳥(niǎo)類(lèi)、哺乳類(lèi)、兩棲類(lèi)動(dòng)物胚胎的后部神經(jīng)管及魚(yú)類(lèi)胚胎的全部神經(jīng)管的形成采取此種方式。第17頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一25體節(jié)期雞胚胎次級(jí)神經(jīng)管的形成第18頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)管的分化第19頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雞胚神經(jīng)嵴細(xì)胞在軀干中的遷移途徑途徑1：細(xì)胞通過(guò)前生骨節(jié)向副腹側(cè)遷移，這些細(xì)胞形成交感神經(jīng)節(jié)、副交感神經(jīng)節(jié)、腎上腺髓質(zhì)細(xì)胞和背根神經(jīng)節(jié)；途經(jīng)2：細(xì)胞沿表皮和皮生肌節(jié)之間向背側(cè)面遷移，這些細(xì)胞變?yōu)楹谏匦纬杉?xì)胞。第20頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞的發(fā)育多能性將熒光葡聚糖標(biāo)記的單個(gè)神經(jīng)嵴細(xì)胞注射到神經(jīng)嵴中，其后代細(xì)胞也含有一定的熒光標(biāo)記分子。（A）在神經(jīng)嵴細(xì)胞遷移之前注射標(biāo)記細(xì)胞；（B）2d之后，帶有標(biāo)記的神經(jīng)嵴細(xì)胞的分布第21頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)嵴細(xì)胞的終分化神經(jīng)嵴細(xì)胞的終分化很大程度上是由細(xì)胞的發(fā)育環(huán)境所控制的。遷入腎上腺髓質(zhì)中雞軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞有2個(gè)分化方向第22頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一表皮及其衍生物的發(fā)育人類(lèi)皮膚分層示意圖

基底層細(xì)胞具有分裂能力，而外層完全角質(zhì)化的細(xì)胞為死細(xì)胞，并最終脫落。角質(zhì)化細(xì)胞中的色素來(lái)源于基底層內(nèi)的成黑色素細(xì)胞的黑色體皮膚的發(fā)育與2種生長(zhǎng)因子密切相關(guān)，即TGF-α和KGF又稱(chēng)FGF-7第23頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一（A）基底上皮細(xì)胞稍稍陷入真皮，形成柱形泡狀結(jié)構(gòu)；（B）上皮細(xì)胞繼續(xù)增殖，真皮間充質(zhì)細(xì)胞聚集于初級(jí)毛芽的基部；（C）在伸長(zhǎng)的毛芽中形成毛干；（D）從毛根中伸出角質(zhì)化毛干，由副芽形成皮脂腺，其下面的區(qū)域中含有能再次形成毛發(fā)的毛囊干細(xì)胞人類(lèi)胎兒皮膚毛囊的發(fā)育第24頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、中胚層與器官形成中胚層可分為5個(gè)大的區(qū)域：脊索中胚層；軸旁中胚層；中間中胚層；側(cè)中胚層；頭部間充質(zhì)。第25頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雞胚胎發(fā)育中的中胚層分化由上到下為24-28h不同發(fā)育階段的胚胎：A.原條階段，示中胚層和內(nèi)胚層前提細(xì)胞的遷移。B.脊索和軸旁中胚層的形成。C-D.體節(jié)、體腔和背主動(dòng)脈（它們最后將融合在一起）的分化。第26頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脊索與體節(jié)脊索(notochord):棒狀的臨時(shí)結(jié)構(gòu)，可誘導(dǎo)其上方的外胚層形成神經(jīng)板以及建立前后體軸。體節(jié)（somite）：當(dāng)原條退化，神經(jīng)褶開(kāi)始向胚胎中央聚攏時(shí)，軸旁中胚層的一團(tuán)團(tuán)細(xì)胞塊，稱(chēng)為體節(jié)。體節(jié)只是一個(gè)暫時(shí)性的結(jié)構(gòu)，但對(duì)脊椎動(dòng)物胚胎分節(jié)模式的形成極為重要。第27頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)管與體節(jié)

體節(jié)首先在胚胎的前部形成；體節(jié)形成數(shù)目是衡量胚胎發(fā)育進(jìn)程的一個(gè)很好的指標(biāo)第28頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一從體節(jié)球向體節(jié)的轉(zhuǎn)變

這一過(guò)程與纖連蛋白和N-鈣粘素有關(guān)，Notch1和Paraxis基因又可調(diào)控這兩種蛋白的生成第29頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一體節(jié)細(xì)胞的分化體節(jié)形成的初始，各部位的細(xì)胞在發(fā)育上是等潛能性的，但很快不同部位的體節(jié)細(xì)胞被限定在特定的分化方向上。生骨節(jié)（sclerotome）：體節(jié)的腹中細(xì)胞（位于遠(yuǎn)離背部但靠近神經(jīng)管的區(qū)域）經(jīng)過(guò)分裂以后，失去其上皮細(xì)胞的特性，變?yōu)殚g充質(zhì)細(xì)胞，這一部分體節(jié)稱(chēng)為生骨節(jié)。生皮節(jié)（dermatome）：生骨節(jié)細(xì)胞和體壁、肢肌肉祖先細(xì)胞遷出體節(jié)后，最靠近神經(jīng)管的體節(jié)細(xì)胞向腹面遷移，形成一個(gè)實(shí)體雙層結(jié)構(gòu)，靠近背側(cè)的一層稱(chēng)為生皮節(jié)。生肌節(jié)（dermamyotome）：內(nèi)層稱(chēng)為生肌節(jié)。第30頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第31頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一體節(jié)發(fā)育分化的基因調(diào)控來(lái)自脊髓和底板的SHH蛋白誘導(dǎo)生骨節(jié)形成，來(lái)自神經(jīng)管的Wnt蛋白誘導(dǎo)生肌節(jié)形成軸上肌肉，來(lái)自表皮的Wnt蛋白和來(lái)自側(cè)板中胚層的BMP4（可能還有FGFs）配合誘導(dǎo)生肌節(jié)形成體壁肌，來(lái)自神經(jīng)管的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)蛋白3可能誘導(dǎo)生皮肌節(jié)細(xì)胞分化。第32頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨骼肌形成的兩種可能機(jī)制核分裂模式細(xì)胞融合模式成肌細(xì)胞是如何發(fā)生融合的呢？第一步：細(xì)胞退出細(xì)胞分裂周期第二步：成肌細(xì)胞排列成鏈第三步：細(xì)胞融合第33頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨骼肌的形成第34頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一骨生成骨是由體節(jié)中胚層形成的最顯著的結(jié)構(gòu)骨骼有三個(gè)發(fā)育來(lái)源：生骨節(jié)形成中軸骨側(cè)板中胚層形成肢骨腦神經(jīng)嵴形成鰓弓、顱面骨和軟骨骨有兩個(gè)主要的形成模式：膜內(nèi)成骨：由間充質(zhì)直接轉(zhuǎn)變成骨軟骨內(nèi)成骨：間充質(zhì)先形成軟骨，再由骨組織取代軟骨第35頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一膜內(nèi)成骨A：來(lái)源于神經(jīng)嵴的間充質(zhì)細(xì)胞聚集，產(chǎn)生成骨細(xì)胞，并分泌前骨質(zhì)基質(zhì)，陷入基質(zhì)中的成骨細(xì)胞就變成骨細(xì)胞；B：一月齡海龜?shù)亩菁?，?jīng)阿利新蘭-茜素紅雙染色第36頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一軟骨內(nèi)成骨的示意圖A、B間充質(zhì)細(xì)胞聚集形成軟骨小結(jié)，形成成骨的“模型”；C骨干中央的軟骨細(xì)胞變?yōu)榉蚀筌浌羌?xì)胞，并分泌新的基質(zhì)，便于血管的伸入；D、E血管在骨中生長(zhǎng)；F~H軟骨細(xì)胞形成骺生長(zhǎng)板。當(dāng)血管進(jìn)入骨的近端部時(shí)，在這些部位形成次級(jí)骨化中心。第37頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一側(cè)板中胚層側(cè)板中胚層在水平方向上分成背部位于外胚層下方的背部體節(jié)中胚層（somaticmesoderm）和腹部位于內(nèi)胚層上方的臟壁中胚層（splanchnicmesoderm）．體節(jié)中胚層和臟壁中胚層之間是體腔，在胚胎發(fā)育的后期，左右體腔融合，并從體節(jié)中胚層伸出皺褶，將體腔分成分離的腔．第38頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蛙胚和雞胚中胚層發(fā)育的比較第39頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一雞胚胚外膜的結(jié)構(gòu)外胚層和中胚層的混合體常被稱(chēng)為體壁層，形成羊膜和卵膜；內(nèi)胚層和中胚層混合體被稱(chēng)為臟壁層，形成卵黃囊和尿囊。第40頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一心臟的形成雞胚中心臟形成的細(xì)胞第41頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一心臟形成第42頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一A.雞胚左右心原基融合形成單一的心管；B.抑制其融合則形成心臟裂第43頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一心室與心房的形成A：發(fā)育33天的人類(lèi)胚胎心臟橫切面模式圖，房室隔朝心內(nèi)膜墊方向生長(zhǎng)；B：發(fā)育三個(gè)月的胎兒心臟橫切面，血液通過(guò)初級(jí)和次級(jí)房隔開(kāi)口從心臟右側(cè)流向左側(cè)第44頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一血管形成在雞胚中成血管細(xì)胞有2個(gè)來(lái)源：

1.頭部軸旁中胚層為頭部毛細(xì)血管提供成血管細(xì)胞；軀干體節(jié)中胚層為體壁、肢、腎及主動(dòng)脈背部的毛細(xì)血管提供成血管細(xì)胞。

2.臟壁中胚層：內(nèi)臟器官、腸和主動(dòng)脈底面提供成血管細(xì)胞血管發(fā)生需要3種生長(zhǎng)因子：

1.堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子（FGF2）：負(fù)責(zé)成血管細(xì)胞生成

2.血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（VEGF）：是成血管細(xì)胞分化的特異因子

3.血管生成素-1（angiogenin-1）：介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌間的相互作用第45頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

由未分化的間充質(zhì)細(xì)胞（A)聚集成形成血管的細(xì)胞簇（B），再在這些細(xì)胞簇中央形成血細(xì)胞，細(xì)胞簇的外圍細(xì)胞形成血管內(nèi)皮細(xì)胞（C），D為人胎兒血島照片，E為VEGF突變型小鼠，無(wú)血管形成卵黃囊壁中的血管發(fā)生第46頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一血管的出芽發(fā)生血管生成（angiogenesis）：由原先存在的血管增殖而形成新血管的血管形成方式稱(chēng)為血管生成。第47頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人胚胎在四周時(shí)的循環(huán)系統(tǒng)第48頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一人胚胎動(dòng)脈弓第49頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一血細(xì)胞的分化多能造血干細(xì)胞(hematopoieticstemcell)：脾集落生成單位（colony-formingunitofthespleen,CFU-S)骨髓和淋巴CFU(CFU-M,CFU-L)第50頁(yè)，共54頁(yè)，2023年，2月20日，星期一脾集落生成單位

將包含有多能干細(xì)胞的小鼠骨髓細(xì)胞注射到造血細(xì)胞被殺死的相同品系的小鼠中，結(jié)果在一些供體細(xì)胞在宿主動(dòng)物的脾臟