1、第七章 三胚層與器官發(fā)生Karl Ernst von Baer (1792-1876) Von Baer法則脊椎動物早期胚胎先形成亞門共有特征，隨著發(fā)育進行，胚胎逐漸出現(xiàn)綱、目和科的特征，最終出現(xiàn)種的特征馮貝爾法則（von Baers laws)在胚胎中，動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。給定物種的每個胚胎，并不經(jīng)歷其他動物的成年期特征，而是逐漸遠離這些動物的成年期特征。高等動物的早期胚胎從來都不像低等動物的成體，而只與其早期胚胎相似。Von Baer 還認識到，所有脊椎動物的發(fā)育都存在一個共同的模式：三胚層形成動物不同的器官。海克爾（

2、Haeckel）的生物發(fā)生律個體發(fā)育快速重演它的系統(tǒng)(種族)發(fā)育過程。提出“囊胚蟲”、“原腸蟲”，但并不存在。有人認為海克爾過于狂熱，把個體發(fā)育與物種進化混淆起來。 但海克爾的生物發(fā)生律大體上還是反映了生物發(fā)生的規(guī)律。神經(jīng)管(neural tube)是中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基，其形成稱為神經(jīng)胚形成（neurulation）。其方式分初級神經(jīng)胚形成（primary neurulation）和次級神經(jīng)胚形成（secondary neurulation）兩種。神經(jīng)胚（neurula):正在進行神經(jīng)管形成的胚胎。神經(jīng)胚是脊椎動物特有的胚胎發(fā)育階段。 一、外胚層與中樞神經(jīng)系統(tǒng)外胚層細胞的命運：背部中線區(qū)的細胞

3、將形成腦和脊髓；中線區(qū)外側(cè)的細胞將生成皮膚；上述二者相交處的細胞為神經(jīng)嵴細胞(neural crest)，它們將遷移各處形成外周神經(jīng)元、色素細胞、神經(jīng)膠質(zhì)細胞等。1.初級神經(jīng)胚形成 由外胚層細胞增殖、內(nèi)陷并最終離開外胚層表面而形成中空的神經(jīng)管。絕大多數(shù)脊椎動物前部神經(jīng)管的形成采用此種方式。整個初級神經(jīng)胚形成過程可分為5個連續(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。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外胚層中預(yù)定形成神經(jīng)組織的第一個標(biāo)志是細胞形狀的改變：中線處的外胚層細胞變長，而預(yù)定形成表皮的細胞變的更加扁平。初級神經(jīng)

4、管形成神經(jīng)管形成的起始來自背部中胚層的信號誘導(dǎo)預(yù)置神經(jīng)板邊緣的細胞的背側(cè)收縮，而預(yù)置的表皮細胞向中線移動，使表皮與神經(jīng)板交接處凸起形成神經(jīng)褶。雞神經(jīng)胚上皮彎曲示意圖A.當(dāng)預(yù)定表皮細胞向胚胎中線處運動時，形成神經(jīng)褶；B.由于神經(jīng)板（底板細胞）栓系于脊索上，神經(jīng)褶上舉；C.在三個絞合處（中間絞合點MHP和兩個背側(cè)絞合點DLHP）神經(jīng)板細胞變長，頂部收縮。24h雞胚胎的立體結(jié)構(gòu)圖神經(jīng)管沿AP 軸線依次閉合，完成形成過程。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，即致死性的無腦癥；第5區(qū)不封口導(dǎo)致脊柱裂口癥。 Sonic Hedgehog、Pax3等因子是

5、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。神經(jīng)管與相鄰?fù)馀邔蛹毎蛛x與細胞粘連分子有關(guān)2.次級神經(jīng)胚形成特點：神經(jīng)管由胚胎內(nèi)細胞組成的實心索中空而成。鳥類、哺乳類、兩棲類動物胚胎的后部神經(jīng)管及魚類胚胎的全部神經(jīng)管的形成采取此種方式。25體節(jié)期雞胚胎次級神經(jīng)管的形成神經(jīng)管的分化雞胚神經(jīng)嵴細胞在軀干中的遷移途徑途徑1：細胞通過前生骨節(jié)向副腹側(cè)遷移，這些細胞形成交感神經(jīng)節(jié)、副交感神經(jīng)節(jié)、腎上腺髓質(zhì)細胞和背根神經(jīng)節(jié)；途經(jīng)2：細胞沿表皮和皮生肌節(jié)之間向背側(cè)面遷移，這些細胞變?yōu)楹谏匦纬杉毎＼|干神經(jīng)嵴細胞的發(fā)育多能性將熒光葡聚糖標(biāo)記的單個神經(jīng)嵴細胞注射到神經(jīng)嵴中，其后代細胞也含有

6、一定的熒光標(biāo)記分子。（A）在神經(jīng)嵴細胞遷移之前注射標(biāo)記細胞；（B）2d之后，帶有標(biāo)記的神經(jīng)嵴細胞的分布神經(jīng)嵴細胞的終分化神經(jīng)嵴細胞的終分化很大程度上是由細胞的發(fā)育環(huán)境所控制的。遷入腎上腺髓質(zhì)中雞軀干神經(jīng)嵴細胞有2個分化方向表皮及其衍生物的發(fā)育人類皮膚分層示意圖 基底層細胞具有分裂能力，而外層完全角質(zhì)化的細胞為死細胞，并最終脫落。角質(zhì)化細胞中的色素來源于基底層內(nèi)的成黑色素細胞的黑色體 皮膚的發(fā)育與2種生長因子密切相關(guān)，即TGF-和KGF又稱FGF-7（A）基底上皮細胞稍稍陷入真皮，形成柱形泡狀結(jié)構(gòu)；（B）上皮細胞繼續(xù)增殖，真皮間充質(zhì)細胞聚集于初級毛芽的基部；（C）在伸長的毛芽中形成毛干；（D）從

7、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)的毛囊干細胞人類胎兒皮膚毛囊的發(fā)育二、中胚層與器官形成中胚層可分為5個大的區(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)。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)、體腔和背主動脈（它們最后將融合在一起）的分化。脊索與體節(jié)脊索 (notochord): 棒狀的臨時結(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)褶開始向胚胎中央聚攏時，軸旁中胚層的一團團細

8、胞塊，稱為體節(jié)。體節(jié)只是一個暫時性的結(jié)構(gòu)，但對脊椎動物胚胎分節(jié)模式的形成極為重要。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)育進程的一個很好的指標(biāo)從體節(jié)球向體節(jié)的轉(zhuǎn)變 這一過程與纖連蛋白和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體節(jié)細胞的分化體節(jié)形成的初始，各部位的細胞在發(fā)育上是等潛能性的，但很快不同部位的體節(jié)細胞被限定在特定的分化方向上。生骨節(jié)（sclerotome）：體節(jié)的腹中細胞（位于遠離背部但靠近神經(jīng)管的區(qū)域）經(jīng)過分裂以后，失去其上皮細胞的特性，變?yōu)殚g充質(zhì)細胞，這一部分體節(jié)稱為生骨節(jié)。生皮節(jié)（dermatome）：生骨節(jié)細胞和體壁、

9、肢肌肉祖先細胞遷出體節(jié)后，最靠近神經(jīng)管的體節(jié)細胞向腹面遷移，形成一個實體雙層結(jié)構(gòu)，靠近背側(cè)的一層稱為生皮節(jié)。生肌節(jié)（dermamyotome）：內(nèi)層稱為生肌節(jié)。體節(jié)發(fā)育分化的基因調(diào)控來自脊髓和底板的SHH蛋白誘導(dǎo)生骨節(jié)形成，來自神經(jīng)管的Wnt蛋白誘導(dǎo)生肌節(jié)形成軸上肌肉，來自表皮的Wnt蛋白和來自側(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，來自神經(jīng)管的神經(jīng)營養(yǎng)蛋白3可能誘導(dǎo)生皮肌節(jié)細胞分化。骨骼肌形成的兩種可能機制核分裂模式細胞融合模式成肌細胞是如何發(fā)生融合的呢？ 第一步：細胞退出細胞分裂周期 第二步：成肌細胞排列成鏈 第三步：細胞融合骨骼肌的形成骨生成骨是由體節(jié)中胚層形成

10、的最顯著的結(jié)構(gòu)骨骼有三個發(fā)育來源： 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膜內(nèi)成骨A：來源于神經(jīng)嵴的間充質(zhì)細胞聚集，產(chǎn)生成骨細胞，并分泌前骨質(zhì)基質(zhì)，陷入基質(zhì)中的成骨細胞就變成骨細胞；B：一月齡海龜?shù)亩菁祝?jīng)阿利新蘭-茜素紅雙染色軟骨內(nèi)成骨的示意圖A、B間充質(zhì)細胞聚集形成軟骨小結(jié)，形成成骨的“模型”；C骨干中央的軟骨細胞變?yōu)榉蚀筌浌羌毎⒎置谛碌幕|(zhì)，便于血管的伸入；D、E 血管在骨中生長；FH軟骨細胞形成骺生長板。當(dāng)血管進入骨的近端部時，在這些部位形成次級骨

11、化中心。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（somatic mesoderm）和腹部位于內(nèi)胚層上方的臟壁中胚層（splanchnic mesoderm）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蛙胚和雞胚中胚層發(fā)育的比較雞胚胚外膜的結(jié)構(gòu)外胚層和中胚層的混合體常被稱為體壁層，形成羊膜和卵膜；內(nèi)胚層和中胚層混合體被稱為臟壁層，形成卵黃囊和尿囊。心臟的形成雞胚中心臟形成的細胞心臟形成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心室與心房的形成A：發(fā)育33天的人類胚胎心臟橫切面模

12、式圖，房室隔朝心內(nèi)膜墊方向生長；B：發(fā)育三個月的胎兒心臟橫切面，血液通過初級和次級房隔開口從心臟右側(cè)流向左側(cè)血管形成在雞胚中成血管細胞有2個來源： 1. 頭部軸旁中胚層為頭部毛細血管提供成血管細胞；軀干體節(jié)中胚層為體壁、肢、腎及主動脈背部的毛細血管提供成血管細胞。 2. 臟壁中胚層：內(nèi)臟器官、腸和主動脈底面提供成血管細胞血管發(fā)生需要3種生長因子： 1.堿性成纖維細胞生長因子（FGF2）：負責(zé)成血管細胞生成 2.血管內(nèi)皮細胞生長因子（VEGF）：是成血管細胞分化的特異因子 3.血管生成素-1（angiogenin-1）：介導(dǎo)內(nèi)皮細胞和平滑肌間的相互作用 由未分化的間充質(zhì)細胞（A)聚集成形成血管的

13、細胞簇（B），再在這些細胞簇中央形成血細胞，細胞簇的外圍細胞形成血管內(nèi)皮細胞（C），D為人胎兒血島照片，E為VEGF突變型小鼠，無血管形成卵黃囊壁中的血管發(fā)生血管的出芽發(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為血管生成。人胚胎在四周時的循環(huán)系統(tǒng)人胚胎動脈弓血細胞的分化多能造血干細胞(hematopoietic stem cell)：脾集落生成單位（colony-forming unit of the spleen, CFU-S)骨髓和淋巴CFU(CFU-M,CFU-L)脾集落生成單位 將包含有多能干細胞的小鼠骨髓細胞注射到造血細胞被殺死的相同品系的小鼠中，結(jié)果在一些供體細胞在宿主動物的脾臟中形成一些不連續(xù)的結(jié)節(jié)，稱為脾集落生成單位（CFU-S）。具有干細胞的顯著特點，能產(chǎn)生多種類型的血細胞，但不能形成淋巴細胞。 CFU-S和淋巴細胞都起源于另外的一種多能造血干細胞，稱為骨髓和淋巴C