發育神經生物學概論簡本第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三發育神經生物學簡介組織學與胚胎學教研室文建國第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

神經生物學所用的研究方法

神經系統發育的基本階段

發育的基因調控

細胞遷移的控制機制

神經細胞最后表型的形成講授提綱

概述第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

概述發育神經生物學是神經生物學的一個研究分支，是神經科學領域中一門新興的，綜合的基礎實驗科學。神經系統的發育過程，包括細胞間的識別與基因表達，神經通路的尋找與建立，神經細胞的衰老與防衰老，以及發育的可塑性等。探尋先天性畸形、腫瘤的發生與神經發育異常的相關性，等等。含義研究應用第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三特點強調兩個“相互作用”：①基因與環境：神經系統的發育是基因表達和環境因素交互作用的結果；②神經元與神經膠質細胞：神經系統的發育是神經元與神經膠質細胞相互作用的結果。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

環物有神細細細理機經胞胞胞環體系聚外質境境統合間隙

基因調節基因表達

DNA

第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞培養技術2、分子標記技術3、反義技術4、轉基因技術一、神經生物學所用的研究方法第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三通過實驗控制和影響發育過程，能對發育事件進行精確的時間順序分析?？煽朔X屏障與體內各種因素的影響，研究某個神經組織區域?？蓪Πl育中的神經系統進行細致的生化分析。1、細胞培養技術優點：第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經細胞培養技術類型①外植體細胞培養(explantcellculture)；②分離的細胞培養(dissociatedcellculture)；③重新聚合的細胞培養(reaggregatecellculture)；④克隆細胞培養(clonalcellculture)。前三類合稱原代培養，第四類是對單一細胞的后代譜系進行培養。這四類技術各有其優點，都對發育神經生物學有著獨特的貢獻。第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、分子標記技術發育系統的研究存在許多難點，細胞譜系多、發育階段轉換快、胚胎細胞缺乏。故難以對細胞類型進行精確定性和定位。隨著免疫學的發展，對每種細胞進行多克隆或單克隆抗體標記，可鑒定特異性細胞群。第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三核苷酸標記探針可檢測出特異性的核苷酸順序及mRNA，與免疫細胞化學法結合，可以分析與細胞表型有關的基因表達過程。利用逆轉錄病毒載體（retrovirusvectorconstruct）,也可將一個異種標記基因引導至處于某個發育階段的細胞。第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、反義技術應用反義分子（反義DNA或RNA）干預目標基因的表達，使mRNA前體剪接和翻譯受阻，達到封閉或阻斷特異基因表達的目的。技術手段簡潔，構思精巧，有效可靠。不需改變基因結構就可分析基因的功能，從而避免對基因進行條件性突變，且不影響靶基因的鄰近基因的正常表達。第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①將體外合成的反義RNA注入早期胚胎，觀察基因表達受抑時表型的改變；②以受條件啟動子啟動的反義表達載體轉染培養的組織細胞；③將反義基因整合于種系細胞以在個體水平上分析基因的功能。上述方法可有助于研究結構基因的功能、基因的表達調控、細胞分化的遺傳控制、程編性死亡的機理、基因表達的時序關系等神經生物學的重大問題。反義技術的三種方法：第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、轉基因技術生殖工程與遺傳工程結合的一種技術方法。原理：將目的基因（外源基因）在體外改造構建成可表達的融合基因后，將其導入受精卵或囊胚期的全能干細胞內，使目的基因在染色體上穩定整合。然后將受精卵或囊胚移入假孕母體子宮，使之發育成為能把目的基因傳給子代的個體。用此技術培養出的動物稱轉基因動物。第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三轉基因技術的方法有：①畸胎瘤細胞植入法②逆轉錄病毒轉染法③顯微注射法④胚胎干細胞法該技術可利用建立的轉基因動物模型，檢測癌基因，轉錄特定基因，研究結構蛋白和功能蛋白基因胚胎發育中的作用，為基因治療等提供了新的思路。第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經誘導與神經外胚層的形成2、定位性細胞繁殖3、細胞遷移4、細胞類聚5、未成熟神經元的分化6、特異性聯系的形成7、程序性細胞死亡8、神經聯系的第二次調整二、神經系統發育的基本階段第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①細胞增殖(cellreproduction)；②細胞分化(celldifferentiation)；③形態發生(morphogenesis)。神經系統從較簡單的結構發育成極為復雜的結構網絡，是以高度有序的時間與空間順序貫穿于整個胚胎發育的全過程。大致經過了以下八個階段：胚胎神經系統發育的三個方面與八個階段：三個方面八個階段第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經誘導與神經外胚層的形成含義：中、外胚層相互作用誘導出神經外胚層。原理：中胚層釋放：①神經化因子，使神經組織特化；②中胚層化因子，其濃度梯度，決定著腦的區域分化。結果：中胚層從頭端到尾端依次誘導前腦、中腦、后腦、脊髓。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、定位性細胞繁殖

（locallizedcellproliferation）①神經管形成，細胞迅速繁殖神經板凹陷形成神經管時，細胞數量變化不大；

一旦神經管閉合，管壁的單層上皮迅速增殖為假復層神經上皮，繼而增殖為復層上皮。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②腦區內細胞數量決定于：繁殖期的長短；有絲分裂周期的長短；神經前體細胞數量的多少。第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③細胞的生日細胞喪失合成DNA的能力、停止有絲分裂的時間，稱為細胞的生日，它是細胞生活史中的關鍵階段。細胞的生日嚴格不變。知道某種細胞的生日，就能知道其最終在何部位定居，甚至可知道某些神經元與其它神經元的聯系形式。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三體積較大（包括突起很長）的細胞，出生較早；較小（包括突起較短的）的細胞出生較晚；對各腦區來說，細胞層次與繁殖順序有關。如大腦皮質最深層的細胞出生最早，最淺層的細胞出生最晚；在多數腦區內，第一批膠質細胞與神經元出現時間相同，但膠質細胞繁殖期持續得較長，甚至終生都可由干細胞繁殖。細胞出生的三條規律第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、細胞遷移（cellmigration）多數神經元產生于或靠近于神經管室帶，但最終定居部位卻離管室帶有一定距離，這就必須發生細胞遷移。遷移方式：多呈阿米巴樣運動。遷移細胞先伸出一個引導突，細胞本身附著在適宜的底物上，并將胞核注入引導突，最后，細胞核后方的尾隨突撤回。第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三圖2放射狀膠質細胞所起的“腳手架”作用放射狀膠質細胞突起跨架神經管整個管壁厚度，神經元沿突起爬行，右側為局部放大。神經元引導突遷移神經細胞核膠質細胞突起神經元尾突邊緣帶中間帶放射狀膠質細胞腦室下帶腦室帶外表面內表面皮質板第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、細胞類聚(cellsorting)

神經元到達最終定居部位后，同類細胞既互相識別，又互相粘附，使同類細胞按一定方向和位置聚合在一起，以便形成特定的結構形態。第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三5.未成熟神經元的分化神經元突起的細致加工；神經纖維尋找路途；神經纖維集束化；神經化學特異性方式的選擇。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三6、特異性聯系的形成神經元之間的精確聯系，如神經回路的建立；神經元的區域特異性、聯系部位特異性、化學特異性的建立；突觸的形成和調控機制的建立等。發育的早期階段，上述聯系大多已建立完成。這與神經元和神經膠質細胞之間的識別與粘附密切相關。第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三7、程序性細胞死亡正常發育過程中，特定的神經元在特定的時間自然淘汰性死亡。一般取決于神經元是否與靶組織及時建立關聯。發育早期，神經元發生的數目過剩，當神經元細胞數量與支配的靶組織大小相適應后，沒有找到靶細胞的多余的神經元最終在特定的時間淘汰死亡。死亡機制與神經細胞競爭靶組織細胞內的營養物質（如神經營養因子）有關。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三8、神經聯系的第二次調整表現為起初建立的某些神經聯系的撤出與另一些神經聯系的穩定過程。此次調整，不是神經元數目的調整，而是神經元突起數目的精細重調。調整的機理與程序性死亡類似。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

圖8-3神經纖維與靶的匹配

神經纖維競爭靶組織內有限的神經營養物質，通過匹配調整，部分神經纖維存活，其它纖維則以自然死亡形式淘汰。起源組織靶組織第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經系統發育的基本階段神經外胚層形成定位性細胞繁殖細胞遷移細胞類聚未成熟神經元分化特異性聯系形成程序型細胞死亡聯系的第2次調整第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三強調神經系統的發育貫穿于生命的大部分時間。神經發生及神經回路建立的活動主要發生在胚胎時期，但也持續到出生后的早期；神經元發育及其功能特性在整個生命過程中均能表現，無論是在正常條件下或是對損傷與衰老的反應中都能表現出來。第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網絡2．發育調控基因的多次表達3.其它因素對神經系統發育的影響三、發育的基因調控第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網絡

整個發育過程在層次網絡控制下進行；層次網絡由發育調控基因組成；這些基因呈現階段性表達。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三四種水平的基因對NS發生的調控原神經基因：賦予早期發育中的外胚層細胞成為神經前體細胞的潛能；神經生成基因：決定其中哪些細胞成為神經前體細胞；神經類型選擇基因：決定神經前體細胞的類別；細胞譜系基因：決定神經前體細胞后代的類別。第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2．發育調控基因的多次表達現已發現：一個發育調控基因可以在完全不同的幾個發育途徑中反復使用，分別參與不同的控制系統。第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3.其它因素對神經系統發育的影響①癌基因----大多作為調節基因，控制發育的開關，以激活相應基因的表達，通過其表達的產物進而控制神經細胞的增殖和分化。②生長因子----通過與細胞膜上相應受體結合，觸發細胞周期中相關生化過程，導致細胞的一系列活動。第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三影響神經發育的各種生長因子

生長因子分子量靶細胞組織來源腦生長因子12N腦膽堿能神經元生長因子20N眼，坐骨神經表皮生長因子6A，N，V頜下腺成纖維細胞生長因子（酸性）16A，N腦，視網膜，下丘腦成纖維細胞生長因子（堿性）16A，O，N腦，視網膜，垂體，下丘腦膠質細胞生長因子31A，S肝，其它細胞胰島素樣生長因子II7胎肝，胎腦白細胞介素I16A，C巨噬細胞，星形細胞，小膠質細胞白細胞介素II15OT淋巴細胞神經生長因子26N頜下腺，胎盤神經白細胞素56N頜下腺血小板源生長因子32A，O血小板，胎盤，星形C第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③粘附分子（adhesionmolecule,AM）

是一類介導細胞與細胞、細胞與細胞外基質間粘附作用的膜表面糖蛋白。種類繁多，包括選擇素家族，整合素家族，免疫球蛋白超家族，鈣依賴粘附素家族等。作用：調節細胞的粘連特性、決定細胞的形態、控制細胞的生長和分化、調節細胞運動等方面影響神經發育。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三AM對神經發育的具體作用可能包括：神經細胞粘附分子（NCAM）參與：

軸突生長遷移的膠質細胞引導機制；參與神經突起纖維束化過程；參與軸突與靶細胞的交互作用；參與細胞位置關系的建立與穩定過程；神經元-膠質細胞粘附分子（NgCAM）參與：

神經元與神經膠質細胞間的多種結合過程。第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三細胞間粘附分子

（intercellularadhesionmolecules，ICAMs）圍繞神經元的細胞外基板的成分，包括層粘連蛋白（LM）和纖維粘連蛋白（FM）等。參與細胞遷移和神經纖維長出過程。作用機制包括：①LM能將細胞表面與其它基質糖蛋白連結在一起；②FM與發育神經組織的細胞之間、細胞與基質之間的粘連，參與發育細胞的運動和細胞間的聚合與分化過程。FN對神經嵴細胞的分化和遷移亦有影響。第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞遷移與遷移方向的控制機制2、遷移信號①神經細胞粘附分子（NCAM）②細胞外基質（ECM）③其它信號分子四、細胞遷移的控制機制第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞遷移與遷移方向的控制機制單個的運動群體的運動近距離運動遠距離運動細胞先伸出一個突起，附著于底物上；接著通過細胞骨架系統，將整個神經細胞牽拉到突起附著點?？刂七w移的方式：①沿著膠質細胞形成的“腳手架”爬行；②受多種化學因子局部濃度梯度的指引，跨過多細胞的區域。形式：過程：控制：第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、遷移信號一種膜糖蛋白分子，結合有唾液酸。其唾液酸和多肽鏈因發育階段和發育部位而異，從而導致對神經元的不同影響。在細胞遷移前的胚胎早期和細胞分化定居后的晚期階段，含唾液酸多，粘著力弱，有利于細胞遷移和突起生長；如唾液酸減少，則粘著力增強，具有穩定細胞聚集和限制細胞遷移的作用。①神經細胞粘附分子（NCAM）第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②細胞外基質（ECM）細胞外基質中，大分子種類繁多，包括膠原蛋白，纖維連接蛋白，層粘連蛋白，蛋白聚糖及透明質酸等。幾乎所有的細胞外基質成分都參與了細胞遷移過程的調節；調節方式：可能是通過多種成分濃度梯度的變化來實現的，如神經嵴細胞的遷移過程。第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③其它信號分子

表皮生長因子（EGF），神經生長因子（NGF），神經元抗原L1等的參與。

EGF可增加透明質酸的釋放和蛋白聚糖的產生，從而控制細胞遷移過程；

NGF與神經元抗原L1則可增加小腦顆粒細胞遷移后附著的穩定性。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）2、神經元和膠質細胞的交互作用

①施萬細胞（schwancell,SC）②星形膠質細胞：3、細胞內機制4、神經纖維生長與通路尋找假說

①標記通路假說②引導標細胞假說③粘連或親合梯度假說④外周公路假說五、神經細胞最后表型的形成第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）

發育神經元引導突前端的結構，包括絲狀偽足和板狀偽足,是發現找尋神經通路、引導神經纖維延伸的前端結構。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、神經元和膠質細胞的交互作用誘導和促進神經突起的生長。可能機制：

SC表面的CAM與生