1、第五章神經(jīng)胚和三胚層分化經(jīng)過原腸作用后，胚胎已具有外、中、內(nèi)三個(gè)胚層，它們是動(dòng)物體所有器官形成的細(xì)胞基礎(chǔ)(器官原基)。魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類都具有相同的器官發(fā)生(organogenesis)模式：外胚層形成神經(jīng)系統(tǒng)和皮膚；內(nèi)胚層形成呼吸系統(tǒng)和消化管；中胚層形成結(jié)締組織、血細(xì)胞、心臟、泌尿系統(tǒng)以及大部分內(nèi)臟器官等Baer定律：脊椎動(dòng)物早期胚胎先形成亞門共有特征，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。本章知識(shí)要點(diǎn)：1、外胚層分化與神經(jīng)管的形成外胚層分化神經(jīng)管的形成神經(jīng)嵴2、中胚層分化與體節(jié)形成體節(jié)形成與分化【一】外胚層分化與神經(jīng)管的形成1. 外胚層分化脊椎動(dòng)物外

2、胚層將形成三個(gè)主要部分：表皮外胚層、神經(jīng)嵴和神經(jīng)管。人胚發(fā)育到第三周末，背部的部分外胚層細(xì)胞受中胚層特別是脊索中胚層的誘導(dǎo)，特化形成神經(jīng)外胚層，這部分形態(tài)上呈柱狀的胚胎結(jié)構(gòu)稱為神經(jīng)板(neuralplate)。神經(jīng)板組織將來發(fā)育為中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基神經(jīng)管(neuraltube)。神經(jīng)管的形成過程稱為神經(jīng)胚形成(neurulation)，正在發(fā)生神經(jīng)形成的胚胎稱為神經(jīng)胚(neurula)。神經(jīng)管的前端發(fā)育為腦，后端發(fā)育為脊髓(spinalcord)。表皮外胚層發(fā)育為表皮及皮膚衍生物，與來自間充質(zhì)的真皮一起形成皮膚。2. 神經(jīng)胚形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的形成胚胎形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)原基即神經(jīng)管的作用稱為神經(jīng)胚

3、形成(neurulation)，正在進(jìn)行神經(jīng)管形成的胚胎稱為神經(jīng)胚(neurula)。神經(jīng)胚形成主要由兩種方式：初級(jí)神經(jīng)胚形成(primaryneurulation)和次級(jí)神經(jīng)胚形成(secondaryneurulation)。初級(jí)神經(jīng)胚形成是指由脊索中胚層誘導(dǎo)覆蓋于上面的外胚層細(xì)胞分裂、內(nèi)陷并與表皮脫離形成中空的神經(jīng)管。而次級(jí)神經(jīng)胚形成是指外胚層細(xì)胞下陷進(jìn)入胚胎形成實(shí)心細(xì)胞索，接著再空洞化(cavitate)形成中空的神經(jīng)管。胚胎在多大程度上依賴于上述神經(jīng)管構(gòu)建方式取決于脊椎動(dòng)物的種類。如魚類神經(jīng)胚形成屬完全次級(jí)型；鳥類前端部分神經(jīng)管構(gòu)建屬初級(jí)型，而后端部分(后肢以后)神經(jīng)管構(gòu)建屬次級(jí)型。一

4、、初級(jí)神經(jīng)胚形成胚胎背部的中胚層和覆蓋在上面的外胚層之間的相互作用是發(fā)育中最重要的相互作用之一，它啟動(dòng)器官形成(organogenesis)，即特異性組織和器官的產(chǎn)生。脊索中胚層指導(dǎo)上方的外胚層形成中空的神經(jīng)管，后者將來分化成腦和脊髓。初級(jí)神經(jīng)胚形成過程中，最初的外胚層形成三種類型的細(xì)胞：位于內(nèi)部的神經(jīng)管細(xì)胞，將來分化成腦和脊髓；位于外部的皮膚表皮細(xì)胞和神經(jīng)嵴細(xì)胞，神經(jīng)嵴細(xì)胞從神經(jīng)管和表皮連接處遷移出來，將來形成周圍神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)、皮膚的色素細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞。初級(jí)神經(jīng)胚形成的過程可以分為彼此獨(dú)立但在時(shí)空上又相互重疊的5個(gè)時(shí)期：1、神經(jīng)板(neuralplate)形成2、神經(jīng)底板(neur

5、alfloorplate)形成3、神經(jīng)板的整形(shaping)4、神經(jīng)板彎曲成神經(jīng)溝(neuralgroove)5、神經(jīng)溝閉合形成神經(jīng)管(neuraltube)1. 神經(jīng)板形成位于背中線處預(yù)定形成神經(jīng)組織的外胚層細(xì)胞變長(zhǎng)，而預(yù)定形成表皮的細(xì)胞則變得更加扁平，使預(yù)定神經(jīng)區(qū)上升到周圍外胚層的上面，由此形成神經(jīng)板(neuralplate)。神經(jīng)板和表皮細(xì)胞都能發(fā)生固有運(yùn)動(dòng)(intrinsicmovements)。神經(jīng)板和表皮細(xì)胞協(xié)調(diào)一致的運(yùn)動(dòng)最終引起神經(jīng)管舉起和交疊。2. 神經(jīng)底板形成以前認(rèn)為只有神經(jīng)板中線處細(xì)胞才能形成神經(jīng)底板，而外緣部分和神經(jīng)褶則構(gòu)成神經(jīng)管最靠近背面的部分。頭部神經(jīng)底板形成方式

6、可能是這樣的。但最近證據(jù)表明，軀干神經(jīng)底板具有獨(dú)立起源，是由亨氏節(jié)一部分細(xì)胞“插入”神經(jīng)板中央形成。軀干部神經(jīng)底板有兩個(gè)來源：外胚層和亨氏節(jié)3. 神經(jīng)板的整形和彎曲神經(jīng)板的整形與神經(jīng)板細(xì)胞內(nèi)在力量直接有關(guān)。神經(jīng)板最主要的整形作用是通過位于脊索上面的神經(jīng)板中線細(xì)胞實(shí)現(xiàn)的，這些細(xì)胞被稱為中間鉸合點(diǎn)(medianhingepoint，MHP)，它們由亨氏節(jié)前端中線細(xì)胞衍生而來。神經(jīng)板的彎曲通過神經(jīng)板細(xì)胞內(nèi)在力量的作用而實(shí)現(xiàn)，同時(shí)外胚層細(xì)胞為神經(jīng)管的彎曲提供另一種動(dòng)力。4. 神經(jīng)管閉合左右神經(jīng)褶被牽引到背中線結(jié)合到一起，神經(jīng)管隨即閉合。某些動(dòng)物神經(jīng)褶連接處的細(xì)胞形成神經(jīng)嵴細(xì)胞，但哺乳類神經(jīng)褶舉起時(shí)頭部

7、神經(jīng)嵴細(xì)胞就開始遷移。神經(jīng)管的形成并非在整個(gè)外胚層同時(shí)發(fā)生，如24小時(shí)雞神經(jīng)胚的尾部區(qū)域仍在進(jìn)行原腸作用時(shí)，頭部神經(jīng)管已明顯形成。神經(jīng)管前后兩端的開口分別稱為前端神經(jīng)孔和后端神經(jīng)孔。神經(jīng)管最終形成一個(gè)與表面外胚層分離的閉合的圓柱體。神經(jīng)管和表面外胚層的分離被認(rèn)為是受不同的細(xì)胞粘連分子表達(dá)調(diào)節(jié)的。神經(jīng)管細(xì)胞最初都表達(dá)E-細(xì)胞選擇蛋白(E-cadherin)選擇蛋白，代之以合成N-選擇蛋白(N-cadherin)和N-CAM。結(jié)果兩種組織不再粘附在一起。二、次級(jí)神經(jīng)胚形成次級(jí)神經(jīng)胚形成可以看作是原腸作用的繼續(xù)，只是背唇細(xì)胞并沒有內(nèi)卷到胚胎內(nèi)部，而是在腹面不斷生長(zhǎng)。次級(jí)神經(jīng)胚形成包括髓索(medul

8、larycord)形成及其隨后空洞化成為神經(jīng)管。蛙和雞胚的腰椎和尾椎形成時(shí)能觀察到這種形式的神經(jīng)胚形成。三、腦區(qū)形成神經(jīng)管同時(shí)在三個(gè)層次水平上分化成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的不同區(qū)域。在解剖學(xué)水平，神經(jīng)管及其管腔膨脹和收縮而形成腦室和脊髓的中央管。在組織學(xué)水平，神經(jīng)管壁細(xì)胞發(fā)生重排形成腦和脊髓不同的功能區(qū)域。在細(xì)胞學(xué)水平，神經(jīng)上皮細(xì)胞本身分化成身體中不同類型的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)。3.神經(jīng)嵴盡管神經(jīng)嵴來源于外胚層，由于其重要性而有時(shí)被稱為第四胚層。神經(jīng)嵴細(xì)胞起源于神經(jīng)管最靠近背部的區(qū)域。神經(jīng)嵴細(xì)胞廣泛遷移，產(chǎn)生各種類型的分化細(xì)胞。表皮和皮膚結(jié)構(gòu)起源1.表皮細(xì)胞起源神經(jīng)胚形成之后，覆蓋胚胎表面的細(xì)胞構(gòu)成預(yù)定表皮

9、。多數(shù)脊椎動(dòng)物的表皮分為兩層：外面一層為胚皮(periderm)，是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，一旦底層細(xì)胞分化成表皮，胚皮便脫落；內(nèi)面一層細(xì)胞稱為基層(basal)或生發(fā)層，它是能形成所有表皮細(xì)胞的生發(fā)性上皮。生發(fā)層細(xì)胞分裂產(chǎn)生外面另一層細(xì)胞，構(gòu)成棘層(spinouslayer)。棘層和生發(fā)層一起構(gòu)成馬爾皮基層(Malpighianlayer)。馬爾皮基層細(xì)胞再分裂產(chǎn)生表皮的顆粒層(grannuallayer)。顆粒層細(xì)胞不再分裂，開始分化成表皮細(xì)胞，即角質(zhì)細(xì)胞(kenatinocytes)。最終角質(zhì)細(xì)胞形成角質(zhì)層(cornifiedlayer)。角質(zhì)層細(xì)胞生成后不久就脫落，并被顆粒層新形成的細(xì)胞所取代有兩

10、種主要生長(zhǎng)因子能刺激表皮發(fā)育。第一種是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-a(transforminggrowthfactor-a,TGF-a)。TGF-a由基層細(xì)胞合成，并促進(jìn)基層細(xì)胞自身分裂。銀屑病(psoriasis)患者特征是大量表皮細(xì)胞脫落，可能與TGF-a過度表達(dá)有關(guān)。另一種生長(zhǎng)因子是角質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)因子(keratinocytegrowthfactor,KGF)，也稱為成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子7(FGF7)。KGF是真皮下面的成纖維細(xì)胞產(chǎn)生的一種外分泌生長(zhǎng)因子，調(diào)節(jié)基層細(xì)胞的增殖?！径恐信邔臃只c體節(jié)形成1. 中胚層的分化脊椎動(dòng)物中胚層的分化對(duì)于器官和系統(tǒng)的發(fā)生起著主導(dǎo)和奠基的作用。其中脊索是這一階段發(fā)育的啟

11、動(dòng)和組織者，而在脊索和神經(jīng)管的作用下，中胚層分化深入。脊椎動(dòng)物中胚層的分化發(fā)育與神經(jīng)胚的形成幾乎是同時(shí)進(jìn)行，相互促進(jìn)的，而神經(jīng)胚發(fā)育的完成又為中胚層的進(jìn)一步發(fā)育奠定了形態(tài)結(jié)構(gòu)以及誘導(dǎo)控制環(huán)境的基礎(chǔ)。神經(jīng)胚時(shí)期中胚層可分成5個(gè)區(qū)域:1 .脊索中胚層(chordamesoderm)形成脊索2. 背部體壁中胚層(somiticdorsalmesoderm)形成體節(jié)和神經(jīng)管兩側(cè)的中胚層細(xì)胞3. 中段中胚層(intermediatemesoderm)形成泌尿系統(tǒng)和生殖器官4. 側(cè)板中胚層(lateralplate)形成心臟、血管、血細(xì)胞以及體腔襯里和除肌肉之外的四肢所有中胚層成分5. 頭部間質(zhì)(head

12、mesenchyme)形成面部結(jié)締組織和肌肉2.脊索和體節(jié)分化一、軸旁中胚層中胚層和內(nèi)胚層器官的形成與神經(jīng)管同步發(fā)生。在脊索兩側(cè)加厚的中胚層帶，即軸旁中胚層(paraxialmesoderm)。隨著原條退化和神經(jīng)褶開始在胚胎中央合攏，軸旁中胚層分隔成細(xì)胞團(tuán)塊，稱為體節(jié)(somite)。體節(jié)是臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，對(duì)脊椎動(dòng)物分節(jié)模式(segmentalpattern)的建成具有深遠(yuǎn)的影響。二、體節(jié)小體和體節(jié)形成體節(jié)能夠產(chǎn)生構(gòu)成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及體壁與四肢骨骼肌的細(xì)胞。第一對(duì)體節(jié)在胚胎前端形成，新體節(jié)以規(guī)則的間隔從吻端軸旁中胚層“萌發(fā)”。由于胚胎發(fā)育速度略有差異，因此體節(jié)數(shù)目通常是發(fā)育進(jìn)程的最

13、佳指標(biāo)。所形成的體節(jié)總數(shù)具有種的特異性。體節(jié)的形成機(jī)制尚未很好研究。雞胚研究表明，其體節(jié)板細(xì)胞組織形成輪狀，稱為體節(jié)小體(somitomere)。隨著最前端的體節(jié)由松散的間充質(zhì)變成致密性的上皮性結(jié)構(gòu)，體節(jié)小體便轉(zhuǎn)變成體節(jié)。從體節(jié)小體轉(zhuǎn)變成體節(jié)的過程與兩種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白纖連蛋白(fibronectin)和N-細(xì)胞選擇蛋白(N-Cadherin)的合成有關(guān)。這些蛋白的合成又受Notch1和paraxis的表達(dá)調(diào)控。Notch1基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子在未分節(jié)背部中胚層最前端區(qū)域有活性；缺乏Notch蛋白的小鼠體節(jié)排列紊亂，大小不一。Paraxis也編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，在小鼠和雞胚吻端未分節(jié)中胚層表達(dá)。注射

14、與paraxis互補(bǔ)的反義寡核苷酸導(dǎo)致體節(jié)分節(jié)出現(xiàn)缺陷。Paraxis蛋白是實(shí)現(xiàn)體節(jié)從間充質(zhì)到上皮轉(zhuǎn)換的必要成分。三、體節(jié)分化中的誘導(dǎo)作用當(dāng)體節(jié)最初形成時(shí)，各部位的細(xì)胞在發(fā)育上是等潛能的，任何體節(jié)細(xì)胞都能變成所有體節(jié)衍生的結(jié)構(gòu)。但隨著體節(jié)成熟，體節(jié)各區(qū)定型，只能形成一定的細(xì)胞類型。體節(jié)的特化是通過幾種組織相互作用而完成。體節(jié)腹中部細(xì)胞在脊索和神經(jīng)管底板分泌的因子尤其是sonichedgehog蛋白誘導(dǎo)下，失去圓形上皮細(xì)胞的特性，再度變成間充質(zhì)細(xì)胞，產(chǎn)生這些細(xì)胞的體節(jié)部分稱為生骨節(jié)(sclerotome)。這些間充質(zhì)細(xì)胞最終變成脊椎的軟骨細(xì)胞(chondrocyte)，軟骨細(xì)胞將負(fù)責(zé)構(gòu)建軸性骨骼

15、。體節(jié)側(cè)面的細(xì)胞也分散開，形成四肢和體壁的肌肉前體。一旦生骨節(jié)細(xì)胞和體壁及四肢肌細(xì)胞前體從體節(jié)中遷移出來，最靠近神經(jīng)管的體節(jié)細(xì)胞向腹面遷移，保留下來的體節(jié)上皮細(xì)胞形成雙層實(shí)心上皮，稱為生皮肌節(jié)(dermamyotome)。生皮肌節(jié)的背層稱為生皮節(jié)(dermatome)，產(chǎn)生背部真皮(身體其他部位的真皮由另外的間充質(zhì)細(xì)胞形成，并非來自體節(jié))。而其內(nèi)層細(xì)胞稱為生肌節(jié)(myotome)，產(chǎn)生橫跨脊椎使背部能夠彎曲的脊椎肌肉。脊索在為早期胚胎提供完整的體軸和誘導(dǎo)背部神經(jīng)管形成之后，大部分脊索退化，在脊椎之間，脊索細(xì)胞形成椎間盤的組織即髓核(nucleipulposi)。脊索和神經(jīng)管底板分泌的因子Son

16、ichedgehog蛋白誘導(dǎo)生骨節(jié)細(xì)胞表達(dá)一種新的轉(zhuǎn)錄因子Pax1。Pax1能夠激活軟骨特異性基因表達(dá)，它的存在對(duì)于脊椎的形成是必要的。生骨節(jié)細(xì)胞表達(dá)的I-mf是啟動(dòng)肌肉形成的轉(zhuǎn)錄因子MyoD家族的抑制因子。生肌節(jié)圍繞體軸的軸上肌(epaxialmuscle)細(xì)胞來自體節(jié)中部，由背部神經(jīng)管分泌的因子(Wnt家族成員)誘導(dǎo)形成。從體節(jié)中部形成并產(chǎn)生四肢和體壁肌肉的軸下肌(hypaxialmuscle)可能由來自表皮的Wnt蛋白和來自側(cè)板中胚層的BMP-4聯(lián)合誘導(dǎo)形成。這些因子誘導(dǎo)肌細(xì)胞表達(dá)特殊的轉(zhuǎn)錄因子MyoD和Myf5，激活肌肉特異性基因的表達(dá)。生皮節(jié)在神經(jīng)管分泌的另一個(gè)因子神經(jīng)營養(yǎng)蛋白3(n

17、eurotrophin3，NT-3)誘導(dǎo)下發(fā)生分化。NT-3抗體能阻止上皮性生法層細(xì)胞轉(zhuǎn)化成在表皮下遷移的松散的真皮間質(zhì)細(xì)胞。Hox基因的作用在所有脊椎動(dòng)物中，體節(jié)沿前后軸的模式化與Hox基因表達(dá)有關(guān)。脊椎動(dòng)物有4組Hox基因，它們可能來自一組基因的重復(fù)。這些同源盒基因具有一個(gè)共同的特征，即它們?cè)跁r(shí)間和空間上的表達(dá)順序反映了其在染色體上的排列順序。Hob基因控制區(qū)域化特性的直接證據(jù)來自小鼠和雞的相對(duì)應(yīng)區(qū)域(頸部、胸部等)的基因表達(dá)的比較。鳥的頸椎數(shù)目是哺乳類的兩倍，但是，Hoxc5和Hoxc6基因表達(dá)的最前端在雞和小鼠中都是位于頸部和胸部的交界處。Hox基因的過表達(dá)或刪除會(huì)導(dǎo)致體軸模式的改變。

18、Hox基因的缺失可以影響細(xì)胞的位置效應(yīng)。Hox基因的缺失常常導(dǎo)致同源轉(zhuǎn)化，身體的一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為另一種結(jié)構(gòu)。Hoxc8基因的缺失改變了正常情況下表達(dá)該基因的細(xì)胞的發(fā)育，使它們獲得了靠前的位置效應(yīng)。在Hoxd11發(fā)生突變的小鼠中，第一薦椎轉(zhuǎn)化為腰椎。兩棲類的原腸作用兩棲類原腸作用的主要過程1、瓶狀細(xì)胞的內(nèi)陷引發(fā)原腸作用2、邊緣區(qū)細(xì)胞的內(nèi)卷3、預(yù)定脊索中胚層細(xì)胞的集中和延伸4、預(yù)定外胚層細(xì)胞的外包兩棲類的原腸作用是實(shí)驗(yàn)胚胎學(xué)中最古老也是最新興的一個(gè)領(lǐng)域。兩棲類囊胚與棘皮動(dòng)物和魚類的囊胚所面臨的基本任務(wù)完全相同:將形成內(nèi)胚層器官的細(xì)胞拖入胚胎內(nèi)部，將形成外胚層的細(xì)胞置于胚胎的四周，形成中胚層的細(xì)胞置于

19、外胚層和內(nèi)胚層之間適當(dāng)?shù)奈恢谩?、瓶狀細(xì)胞的內(nèi)陷引發(fā)原腸作用蛙類原腸作用首先是從將來胚胎的背部，即動(dòng)物半球和植物半球匯合的赤道(邊緣區(qū))下方的灰色新月區(qū)開始的?；疑略聟^(qū)的預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞瓶狀細(xì)胞(bottlecell)內(nèi)陷，形成狹縫狀胚孔(slit-likeblastopore)，引發(fā)原腸作用。內(nèi)陷的瓶狀細(xì)胞沿最初的原腸排列。2、邊緣區(qū)細(xì)胞的內(nèi)卷瓶狀細(xì)胞的收縮拉動(dòng)邊緣區(qū)細(xì)胞向植物極運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將植物極的內(nèi)胚層細(xì)胞推向胚胎的內(nèi)部，形成原腸；預(yù)定前端中胚層細(xì)胞沿囊胚腔內(nèi)表面延伸；邊緣區(qū)細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致外胚層細(xì)胞向植物極外包。遷移中的緣區(qū)細(xì)胞到達(dá)胚孔的背唇時(shí)，轉(zhuǎn)向內(nèi)部沿著外層細(xì)胞的內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)，因此構(gòu)成背

20、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。3、預(yù)定脊索中胚層細(xì)胞的集中和延伸瓶狀細(xì)胞和發(fā)育為頭部中胚層前體的細(xì)胞進(jìn)入胚胎內(nèi)部后，預(yù)定脊索中胚層細(xì)胞經(jīng)由胚孔背唇內(nèi)卷進(jìn)入胚胎，將來形成脊索。脊索是一個(gè)臨時(shí)性中胚層脊柱(backbone)，對(duì)誘導(dǎo)神經(jīng)系統(tǒng)的分化起重要的作用。隨著胚孔細(xì)胞的內(nèi)卷，胚唇從背面向側(cè)面和腹面延伸，形成新月狀結(jié)構(gòu)。新月狀胚孔進(jìn)一步延伸，先形成側(cè)唇，再形成腹唇。中胚層和內(nèi)胚層細(xì)胞通過側(cè)唇和腹唇繼續(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(yolkplug

21、)。4、預(yù)定外胚層細(xì)胞的外包囊胚腔頂壁預(yù)定外胚層細(xì)胞形狀的改變和細(xì)胞重排，合并成單層細(xì)胞，向植物極下包。最終，卵黃栓也被包入胚胎內(nèi)部。至此，所有內(nèi)胚層細(xì)胞都已進(jìn)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(gè)事件和諧的組合，結(jié)果是把內(nèi)中外三個(gè)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。兩棲類原腸作用總結(jié)：1. 邊緣區(qū)瓶狀細(xì)胞在準(zhǔn)確的時(shí)間和位置內(nèi)陷。2. 邊緣區(qū)細(xì)胞通過胚唇進(jìn)行內(nèi)卷形成原腸，內(nèi)卷的中胚層細(xì)胞沿胚孔頂壁內(nèi)表面遷移。3. 預(yù)定脊索中胚層在胚胎背部集中延伸。4. 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

22、極下包。兩棲類胚軸的形成兩棲類是調(diào)整型胚胎發(fā)育的經(jīng)典模型，對(duì)其胚軸的形成機(jī)制有較多的了解。脊椎動(dòng)物胚軸形成的機(jī)制A、定位于囊胚期大量分裂球中的各種決定因子B、發(fā)育過程中發(fā)生在鄰近細(xì)胞之間的一系列相互作用。兩棲類胚胎的背-腹軸和前-后軸是由受精時(shí)卵質(zhì)的重新分布而決定的。a、背腹軸：受精時(shí)在精子入卵處的對(duì)面產(chǎn)生有色素差異的灰色新月區(qū)，由此標(biāo)志預(yù)定胚胎的背側(cè)，精子進(jìn)入的一側(cè)發(fā)育成為胚胎的腹側(cè)。b、前后軸：在動(dòng)物極附近的背側(cè)形成頭部，而與其相反的一側(cè)形成尾，從而形成胚胎的背腹軸和前-后軸。c、中側(cè)軸或左右軸：隨著脊索的形成而確定的。1、胚胎的動(dòng)植物極性源于卵子兩棲類原腸作用的準(zhǔn)備工作可以追溯到精卵的結(jié)

23、合之前。未受精卵沿動(dòng)植物極存在一個(gè)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(dòng)植物極分布的母源性mRNA和蛋白質(zhì)的差異分布決定的。未受精卵的胚層圖譜爪蟾未來三個(gè)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。2.背腹軸的確立（ 1）精子的穿入點(diǎn)最早決定背腹軸受精后，質(zhì)膜下方的皮層（corticallayer）向著精子入卵點(diǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。皮層轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果是Nieukoop中心或信號(hào)中心的形成，這樣就確定了胚胎的背方。細(xì)胞質(zhì)的運(yùn)動(dòng)激活精子入卵點(diǎn)對(duì)面的細(xì)胞質(zhì)開啟原腸作用。精子入卵點(diǎn)代表胚胎未來的腹面，而與之相對(duì)的一面

24、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(yùn)動(dòng)并不一定需要精子，但精子對(duì)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(yùn)動(dòng)方向來決定。通過機(jī)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(diǎn)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(gè)原腸作用起點(diǎn)，最終形成聯(lián)體雙胞胎蝌蚪（BlackandGerhart，1985）。（ 2）組織者與背腹軸的確立灰色新月區(qū)對(duì)胚胎的正常發(fā)育是必需的?；疑略聟^(qū)產(chǎn)生的細(xì)胞形成胚孔背唇（組織者）。Spemann等研究證實(shí)：來源于灰色新月區(qū)細(xì)胞的胚孔背

25、唇組織不僅具有自我分化能力，還具有組織和誘導(dǎo)鄰近細(xì)胞開始原腸作用的能力。在原腸作用過程中，由組織者（organizer）誘導(dǎo)背部外胚層形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)的原基神經(jīng)管，并作用于側(cè)中胚層共同形成背-腹軸和前-后軸。背唇細(xì)胞及其衍生物脊索和脊索中胚層雖然還不足以作為整個(gè)胚胎的誘導(dǎo)者，在以后器官原基形成和器官形成中都存在誘導(dǎo)作用，但組織者啟動(dòng)了胚胎發(fā)育中的一系列誘導(dǎo)事件。組織者細(xì)胞在早期胚胎發(fā)育中的重要功能：1)組織者能夠啟動(dòng)原腸作用；2)組織者細(xì)胞有能力發(fā)育成背部中胚層包括前脊索板，脊索中胚層等；3)組織者能夠誘導(dǎo)外胚層背部化形成神經(jīng)板，并使后者發(fā)育為神經(jīng)管。4)組織者能夠誘導(dǎo)其周圍的中胚層背部化，分

26、化為側(cè)板中胚層，而不是腹側(cè)中胚層。(3)Nieukoop中心與背腹軸的確立荷蘭胚胎學(xué)家PieterNieuwkoop發(fā)現(xiàn)。兩棲類囊胚中最靠近背側(cè)的一群植物半球細(xì)胞，對(duì)組織者具有特殊的誘導(dǎo)能力，稱為Nieuwkoop中心(Nieuwkoopcenter)。Nieuwkoop中心是兼具動(dòng)物極和植物極細(xì)胞質(zhì)的特殊區(qū)域，含有背部中胚層誘導(dǎo)信號(hào)。原腸作用過程中新形成的中胚層是由其下方的植物極半球預(yù)定內(nèi)胚層細(xì)胞對(duì)動(dòng)物半球預(yù)定外胚層細(xì)胞誘導(dǎo)的結(jié)果。Nieuwkoop中心的分子生物學(xué)研究爪蟾的內(nèi)胚層細(xì)胞通過誘導(dǎo)預(yù)定中胚層細(xì)胞表達(dá)XenopusBrachyury(Xbra)基因，進(jìn)而誘導(dǎo)中胚層的形成。最靠近背側(cè)

27、的植物半球細(xì)胞，由于表達(dá)一些特殊的細(xì)胞因子而形成Nieuwkoop中心。3-CATENIN是Nieuwkoop中心的一個(gè)主要細(xì)胞因子。3-catenin是一種母體效應(yīng)基因，其編碼的蛋白質(zhì)3-CATENIN既能錨定細(xì)胞膜上的鈣粘著蛋白，又是一個(gè)核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子。3-CATENIN在受精時(shí)卵質(zhì)的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)過程中在預(yù)定胚胎背部累積，在整個(gè)早期卵裂階段仍然主要在胚胎背部累積。到卵裂晚期只有Nieuwkoop中心的細(xì)胞具有3-CATENIN。3-CATENIN對(duì)于形成背部結(jié)構(gòu)是必要的。3-CATENIN屬于Wnt信號(hào)傳導(dǎo)途徑的一個(gè)分子，糖原合成激酶-3(GSK-3)對(duì)3-CATENIN有負(fù)調(diào)控作用，進(jìn)而對(duì)背側(cè)

28、細(xì)胞的分化起抑制作用。在腹側(cè)細(xì)胞中GSK-3介導(dǎo)的磷酸化作用引起3-CATENIN的降解，而在背側(cè)細(xì)胞中由于存在GSK-3的抑制因子Disheveled(DSH)蛋白，所以背側(cè)的3-CATENIN不會(huì)被BI解。DSH蛋白開始存在于爪蟾未受精卵植物半球的皮層部，受精時(shí)沿微管遷移到胚胎的背側(cè)起作用。3-CATENIN與一種普遍存在的轉(zhuǎn)錄因子TCF3結(jié)合形成的復(fù)合物能夠激活對(duì)胚軸形成具有重要作用的其他基因，如siamois(sms)基因。SMS能激活goosecoid基因的表達(dá)。goosecoid基因是Nieuwkoop中心分泌蛋白因子作用的主要靶基因之一。gcdmRNA表達(dá)的區(qū)域與組織者的范圍有關(guān)

29、。GCD能夠激活腦形成關(guān)鍵基因Xotx2，使其在前端中胚層和預(yù)定腦外胚層表達(dá)。gcd基因的激活也同時(shí)受到定位于植物半球和Nieuwkoop中心的TGF3家族蛋白產(chǎn)物(Vg1、VegT和Nodal相關(guān)蛋白)的協(xié)同作用。3-CATENIN與VG1、VEGT信號(hào)相互作用白結(jié)果形成Nodal-相關(guān)蛋白從背側(cè)到腹側(cè)的濃度梯度。Nodal-相關(guān)蛋白的濃度梯度使中胚層細(xì)胞分化。含有大量Nodal相關(guān)蛋白的分化為組織者，較少的分化為側(cè)板中胚層，不含Nodal相關(guān)蛋白的分化成腹側(cè)中胚層?？傊瑸榫S持正常的發(fā)育，在胚胎背部細(xì)胞中必須含有3-CATENIN,并使sms基因表達(dá)，SMS與TGF-3基因家族的蛋白質(zhì)協(xié)同

30、作用使gcd基因激活，在SMS和GCD等共同作用下才能形成組織者。組織者的形成涉及多種基因的激活，存在于Nieuwkoop中心的分泌蛋白激活位于其上方中胚層細(xì)胞中一系列轉(zhuǎn)錄因子，后者再激活編碼組織者分泌產(chǎn)物的一些基因。卵裂方式及其各自過程一、完全卵裂1. 輻射式卵裂的基本特征：1）每個(gè)卵裂球的有絲分裂器與卵軸垂直或平行。2）卵裂溝將卵裂球分成對(duì)稱的兩半。2. 螺旋式卵裂環(huán)節(jié)動(dòng)物、渦蟲綱動(dòng)物、紐形動(dòng)物門動(dòng)物以及除頭足綱外的所有軟體動(dòng)物的卵裂是螺旋式卵裂。螺旋式的特征：1）卵裂的方向與卵軸成斜角，2）細(xì)胞之間采用熱力學(xué)上最穩(wěn)定的方式堆疊，細(xì)胞間接觸的面積更大，3）只經(jīng)過較少次數(shù)的卵裂就開始了原腸形

31、成。3. 兩側(cè)對(duì)稱式卵裂兩側(cè)對(duì)稱式卵裂主要發(fā)現(xiàn)于水螅中，其主要特征是：第一次卵裂平面是胚胎的唯一對(duì)稱面，它將胚胎劃分為左右成鏡像對(duì)稱的兩部分。第二次卵裂也是經(jīng)裂，但不通過卵子的中心。第三次卵裂是緯裂，生成一層動(dòng)物極卵裂球和一層植物極卵裂球。第四次卵裂是不規(guī)則的，第五次卵裂形成一個(gè)小的囊胚。4. 旋轉(zhuǎn)式卵裂哺乳動(dòng)物的卵裂方式屬于旋轉(zhuǎn)式卵裂，其特征包括：1. 卵裂速度緩慢；2. 第1次為經(jīng)裂，其后的2個(gè)卵裂球各采用不同的卵裂方式，一個(gè)是經(jīng)裂，一個(gè)是緯裂；這種卵裂的方式稱為交替旋轉(zhuǎn)對(duì)稱式卵裂。3. 早期卵裂不同步，因此哺乳動(dòng)物的胚胎常常含有奇數(shù)個(gè)細(xì)胞。4. 基因組在卵裂的早期就被激活并表達(dá)出進(jìn)行卵裂所必需的蛋白，如老鼠和山羊在2細(xì)胞期就發(fā)生了從母性控制到合子控制的轉(zhuǎn)換，在兔子的胚胎中，這個(gè)轉(zhuǎn)換發(fā)生在8細(xì)胞期。二、不完全卵裂1 .盤狀卵裂魚類的多卵黃卵的發(fā)育與鳥