动物成体组织结构的形成和器官系统的发

第一部分第一部分 动物的发育动物的发育5.动物成体组织结构的动物成体组织结构的形成和器官系统的发生形成和器官系统的发生5.1 动物器官系统发生总论动物器官系统发生总论l肌肉组织肌肉组织:来自中胚层，又有平滑肌、骨胳来自中胚层，又有平滑肌、骨胳肌和心肌，主要组分是肌原纤维。肌和心肌，主要组分是肌原纤维。二、二、哺乳动物哺乳动物骨骼肌发育中的基因调节骨骼肌发育中的基因调节 1 1骨骼肌细胞发育包括骨骼肌细胞发育包括3 3个阶段个阶段1 1）由胚胎的体节细胞出现细胞决定（分化方向），由胚胎的体节细胞出现细胞决定（分化方向），并分化为成肌细胞；并分化为成肌细胞；2 2）成肌细胞向胚胎肢芽迁移并保持增殖能力；成肌细胞向胚胎肢芽迁移并保持增殖能力；3 3）成肌细胞停止分裂，彼此融合成多核体细胞（或成肌细胞停止分裂，彼此融合成多核体细胞（或 肌管），伴随细胞融合的出现，对骨骼肌发育肌管），伴随细胞融合的出现，对骨骼肌发育 及其功能有关的各种肌细胞特异基因的表达使其及其功能有关的各种肌细胞特异基因的表达使其 分化为成熟的骨骼肌细胞。分化为成熟的骨骼肌细胞。骨骼肌细胞发育程序包括骨骼肌细胞发育程序包括3 3个阶段个阶段已鉴定出已鉴定出4 4种控制骨骼肌细胞发育的基因种控制骨骼肌细胞发育的基因：myoD、myf 5、myogenin及及mrf4，分别表达相应的，分别表达相应的myoD、myf 5、myogenin及及mrf 4蛋白，统称蛋白，统称为为myoDmyoD家族蛋白家族蛋白。这些蛋白均具有碱性螺旋这些蛋白均具有碱性螺旋-环螺旋（环螺旋（bHLH）结构，）结构，属属DNA结合蛋白并行使结合蛋白并行使转录因子转录因子的功能。的功能。l 1.1 在肌肉特异表达的磷酸激酶和乙酰胆碱受体基在肌肉特异表达的磷酸激酶和乙酰胆碱受体基因上游有因上游有MyoD的结合位点，最终诱导肌动蛋白重的结合位点，最终诱导肌动蛋白重链等成分的表达。链等成分的表达。1.2 MyoD基因的表达在非肌肉发生的部位受到了来基因的表达在非肌肉发生的部位受到了来自环境因素的抑制，这就决定了前体细胞是进入生自环境因素的抑制，这就决定了前体细胞是进入生肌母细胞还是其他细胞类型。肌母细胞还是其他细胞类型。l 1.3 调节基因主要有调节基因主要有Twist、Wnt、Notch1等基因。等基因。l 1.4 MyoD的表达与细胞分裂的相关基因表达相互抑的表达与细胞分裂的相关基因表达相互抑制。制。2.许多器官的发生往往从建立生发中心开始许多器官的发生往往从建立生发中心开始l神经发育研究表明，中脑和后脑的结合带对于神经发育研究表明，中脑和后脑的结合带对于脑的构建有重要的组织作用，构成未来脑发育脑的构建有重要的组织作用，构成未来脑发育结构形成的诱导中心。结构形成的诱导中心。l主要的基因有主要的基因有Wnt1、Fgf8、shh等基因在不等基因在不同的区域都有精确的表达。同的区域都有精确的表达。3.发育过程中、体位结构、功能上的变迁发育过程中、体位结构、功能上的变迁现象是一些器官发生的又一特征。现象是一些器官发生的又一特征。l1.心脏发生于脏器中胚层左右两个心原基的趋心脏发生于脏器中胚层左右两个心原基的趋中和融合。中和融合。l2.血管和血细胞的发生也表现出迁移的特征。血管和血细胞的发生也表现出迁移的特征。出生后循环出生后循环胎儿循环胎儿循环PDAl由于动物的异养方式不仅带来了动物形态由于动物的异养方式不仅带来了动物形态结构功能的高度复杂的特点，而且还造就结构功能的高度复杂的特点，而且还造就了一个显著存在的胚胎发育的阶段，要求了一个显著存在的胚胎发育的阶段，要求在这一阶段中基本完成有独立生活能力的在这一阶段中基本完成有独立生活能力的个体的结构建设。个体的结构建设。l但是在动物系统发生中，结构和功能的表但是在动物系统发生中，结构和功能的表达会表现出相当程度的分离。达会表现出相当程度的分离。两条推理路线两条推理路线l1.复杂器系统的形成来自于个体与环境的相复杂器系统的形成来自于个体与环境的相互作用，即形态结构和功能表达是同时形成互作用，即形态结构和功能表达是同时形成和获得的，随后就被纳入到了发育程序，进和获得的，随后就被纳入到了发育程序，进入胚胎发育的阶段。入胚胎发育的阶段。l2.由于生物的随机变异而使生物器官多样化由于生物的随机变异而使生物器官多样化的发育，而胚后的个体生活过程使特定结构的发育，而胚后的个体生活过程使特定结构的功能潜在性得到表达，并通过物种选择保的功能潜在性得到表达，并通过物种选择保留下来。留下来。5.2 脊椎动物神经系统的发生脊椎动物神经系统的发生l1、神经管的分化与发育、神经管的分化与发育l神经管的分化包括神经管的分化包括l脑区的形成，脑区的形成，l神经系统的组织（皮层）建设、神经系统的组织（皮层）建设、l神经细胞的迁移、分化等。神经细胞的迁移、分化等。脑的发生脑的发生 一、脑泡的形成和演变一、脑泡的形成和演变胚胎第胚胎第4 4周末，神经管头段形成周末，神经管头段形成3 3个膨大，即脑泡，由前向后分个膨大，即脑泡，由前向后分别为前脑泡、中脑泡和菱脑泡。别为前脑泡、中脑泡和菱脑泡。至第至第5 5周时，前脑泡的头端向两侧膨大，形成左右两个端脑，以周时，前脑泡的头端向两侧膨大，形成左右两个端脑，以后演变为大脑两半球，而前脑泡的尾段则形成间脑。中脑泡变后演变为大脑两半球，而前脑泡的尾段则形成间脑。中脑泡变化不大，演变为中脑。菱脑泡演变为头侧的后脑和尾侧的末脑化不大，演变为中脑。菱脑泡演变为头侧的后脑和尾侧的末脑，后脑演变为桥脑和小脑，末脑演变为廷脑。，后脑演变为桥脑和小脑，末脑演变为廷脑。随着脑泡的形成和演变，神经管的管腔也演变为各部位的脑室随着脑泡的形成和演变，神经管的管腔也演变为各部位的脑室。前脑泡的腔演变为左右两个侧脑室和间脑中的第三脑室；中。前脑泡的腔演变为左右两个侧脑室和间脑中的第三脑室；中脑泡的腔很小，形成狭窄的中脑导水管；菱脑泡的腔演变为宽脑泡的腔很小，形成狭窄的中脑导水管；菱脑泡的腔演变为宽大的第四脑室。大的第四脑室。脑脑泡的脑脑泡的发生发生及和演变及和演变平平(侧面观侧面观和和 矢状切矢状切面面)l1.前脑和中脑的脊索对脑的形成有重要的前脑和中脑的脊索对脑的形成有重要的影响，影响，Lim1、Otx2基因有影响。基因有影响。l2.而后脑和脊髓的发育受到而后脑和脊髓的发育受到Hox基因的控制。基因的控制。l2.初形成的神经管的管壁由单层原神经上初形成的神经管的管壁由单层原神经上皮组成，之后通过原神经上皮的迅速分裂皮组成，之后通过原神经上皮的迅速分裂增值使管壁不断加厚。增值使管壁不断加厚。l3.在人的大脑中大约有在人的大脑中大约有1011个神经细胞和个神经细胞和1012个神经胶质细胞，具有树突和轴突的结个神经胶质细胞，具有树突和轴突的结构。构。2.神经嵴的发育神经嵴的发育l脊椎动物的神经嵴细胞包括脊椎动物的神经嵴细胞包括4个功能区，分个功能区，分别是别是1.脑神经嵴区；脑神经嵴区；2.躯体神经嵴区；躯体神经嵴区；3.荐荐神经嵴区；神经嵴区；4.心脏神经嵴区。心脏神经嵴区。躯体神经嵴躯体神经嵴l 第四周，神经管的头端膨大发育为第四周，神经管的头端膨大发育为脑脑，其余部分，其余部分保持管状，形成保持管状，形成脊髓脊髓。在由神经沟愈合为神经管。在由神经沟愈合为神经管的过程中，神经沟边缘与表面外胚层相延续处的的过程中，神经沟边缘与表面外胚层相延续处的神经外胚层细胞游离出来，形成左右两条与神经神经外胚层细胞游离出来，形成左右两条与神经管平行排列的索状细胞，在神经管的背外侧和表管平行排列的索状细胞，在神经管的背外侧和表面外胚层的下方，即为面外胚层的下方，即为神经嵴神经嵴，可分化为可分化为周围神周围神经系统的神经节和神经胶质细胞肾上腺髓质的嗜经系统的神经节和神经胶质细胞肾上腺髓质的嗜铬细胞、黑色素细胞、滤泡旁细胞、颈动脉体铬细胞、黑色素细胞、滤泡旁细胞、颈动脉体型细胞型细胞等。等。部分细胞还可变为间充质细胞，并由部分细胞还可变为间充质细胞，并由此分化为头颈部的骨、软骨、及结缔组织。因此此分化为头颈部的骨、软骨、及结缔组织。因此这部分神经嵴组织又称为中外胚层。这部分神经嵴组织又称为中外胚层。躯体神经嵴的迁移有两条途径，背部途径和腹躯体神经嵴的迁移有两条途径，背部途径和腹部途径。部途径。l背部途径背部途径：黑色素前体细胞沿胚体的外周，：黑色素前体细胞沿胚体的外周，经皮下的间质组织，穿过基膜小孔，定植在经皮下的间质组织，穿过基膜小孔，定植在皮肤中，分化成黑色素。皮肤中，分化成黑色素。l腹部途径腹部途径：神经嵴细胞在神经管的上方首先：神经嵴细胞在神经管的上方首先向前后者向后集中到自身体节的前方或者相向前后者向后集中到自身体节的前方或者相邻后一体节的前方位置，然后相对应的体节邻后一体节的前方位置，然后相对应的体节迁移至不同的部位，形成感觉神经、交感神迁移至不同的部位，形成感觉神经、交感神经、肾上腺髓质内分泌细胞、施万细胞。经、肾上腺髓质内分泌细胞、施万细胞。脑神经嵴区脑神经嵴区l脑神经嵴区细胞的迁移主要有三条途径：脑神经嵴区细胞的迁移主要有三条途径：l（1）从菱脑）从菱脑2迁移至第迁移至第1咽囊形成三叉神经咽囊形成三叉神经l（2）从菱脑）从菱脑4迁移至第迁移至第2咽囊形成颈部的舌软咽囊形成颈部的舌软骨。骨。l（3）从菱脑）从菱脑6迁移至第迁移至第3、4咽囊形成甲状腺、咽囊形成甲状腺、甲状旁腺、胸腺。甲状旁腺、胸腺。3.神经轴突的发育导向神经轴突的发育导向l神经轴突的延伸和走向是通过轴突前端的神经轴突的延伸和走向是通过轴突前端的生长锥的发育完成的生长锥的发育完成的影响神经锥生长方向有影响神经锥生长方向有4种不同的机制种不同的机制l1.化学吸引化学吸引l2.化学排斥化学排斥l3.接触吸引接触吸引l4.接触排斥接触排斥五、神经系统的常见畸形五、神经系统的常见畸形一、神经管缺陷一、神经管缺陷由神经管闭合和发育不全所引起的一类先天畸形。主要由神经管闭合和发育不全所引起的一类先天畸形。主要表现是脑和脊髓的异常，并常伴有颅骨和脊柱的异常。表现是脑和脊髓的异常，并常伴有颅骨和脊柱的异常。1、无脑畸形：、无脑畸形：因头侧的神经沟未闭。常伴有颅顶骨发因头侧的神经沟未闭。常伴有颅顶骨发 育不全，称露脑。育不全，称露脑。2、脊髓裂：因尾侧的神经沟未闭。常伴有相应节段的、脊髓裂：因尾侧的神经沟未闭。常伴有相应节段的 脊柱裂。轻重不等。脊髓裂常伴有脊柱裂。中度的脊柱裂脊柱裂。轻重不等。脊髓裂常伴有脊柱裂。中度的脊柱裂比较多见，在患处常形成一个大小不等的皮肤囊袋，如果囊比较多见，在患处常形成一个大小不等的皮肤囊袋，如果囊袋中内有脊膜袋中内有脊膜 和脑脊液，称脊髓膨出。如果囊袋中内既有脊和脑脊液，称脊髓膨出。如果囊袋中内既有脊膜膜 和脑脊液，又有脊髓和神经根，称脊髓脊膜膨出。和脑脊液，又有脊髓和神经根，称脊髓脊膜膨出。二、脑积水二、脑积水由脑室系统发育障碍、脑脊液生成和吸收失去平由脑室系统发育障碍、脑脊液生成和吸收失去平衡所致，以中脑水管和室间孔狭窄或闭锁最常见衡所致，以中脑水管和室间孔狭窄或闭锁最常见。表现为脑室中或蛛网膜下腔中积存大量液体。表现为脑室中或蛛网膜下腔中积存大量液体。导致颅脑增大、颅骨变薄，颅缝变宽。导致颅脑增大、颅骨变薄，颅缝变宽。无脑儿无脑儿 脊柱 脊柱裂和脑积水脊柱裂和脑积水-背面观背面观顶部脑膨出和颅盖缺如顶部脑膨出和颅盖缺如脑5.3 脊椎动物肾脏及排泄系统的发生脊椎动物肾脏及排泄系统的发生一、肾单位一、肾单位肾肾小小体体肾小肾小球球肾小肾小囊囊肾肾小小管管近球小管近球小管髓袢细段髓袢细段远球小管远球小管袢升细段袢升细段袢升粗段袢升粗段远曲小管远曲小管袢降粗段袢降粗段近曲小管近曲小管袢降细段袢降细段5.3入球入球小动脉小动脉肾肾单单位位出球出球小动脉小动脉肾小囊肾小囊肾小管肾小管肾小球肾小球哺乳动物排泄系统的发育哺乳动物排泄系统的发育l 1.在人胚胎大约在人胚胎大约22天的时候，原肾管首先出现在前天的时候，原肾管首先出现在前位体节腹面的中间中胚层中，向后延伸，同时前端位体节腹面的中间中胚层中，向后延伸，同时前端的原肾管诱导附近的中胚层细胞分化形成原肾肾小的原肾管诱导附近的中胚层细胞分化形成原肾肾小管。后期会退化，而后段的原肾管保留，成为中肾管。后期会退化，而后段的原肾管保留，成为中肾管。管。l 2.在哺乳动物发育中，当原肾退化时，中断中肾管在哺乳动物发育中，当原肾退化时，中断中肾管诱导附近的间质组织发生新的肾小管，称为中肾。诱导附近的间质组织发生新的肾小管，称为中肾。当中肾肾小管的形成并向后推移时，前端先行出现当中肾肾小管的形成并向后推移时，前端先行出现的中肾肾小管在雌性个体中完全退化，雄体中发育的中肾肾小管在雌性个体中完全退化，雄体中发育成输精管。成输精管。l3.生殖腺在中肾附近的组织中发生形成。之生殖腺在中肾附近的组织中发生形成。之后，在后端中肾管的诱导下，后肾间质组后，在后端中肾管的诱导下，后肾间质组织开始形成，同时中肾管向旁侧突起形成织开始形成，同时中肾管向旁侧突起形成输尿管牙，后肾形成。哺乳动物的肾脏构输尿管牙，后肾形成。哺乳动物的肾脏构建于输尿管芽和后肾间质组织间的相互诱建于输尿管芽和后肾间质组织间的相互诱导，输尿管芽形成输尿管，与中肾管脱离，导，输尿管芽形成输尿管，与中肾管脱离，两者会合于膀胱。两者会合于膀胱。l动物肾脏的发生经历了复杂的输尿管芽和后肾动物肾脏的发生经历了复杂的输尿管芽和后肾间质组织间的相互诱导。包括后肾间质组织诱间质组织间的相互诱导。包括后肾间质组织诱导输尿管的延长、分支和输尿管顶端诱导后肾导输尿管的延长、分支和输尿管顶端诱导后肾间质组织上皮样团聚以及向肾小球、肾小管的间质组织上皮样团聚以及向肾小球、肾小管的分化。分化。l共有共有6套信号系统参与这一发育过程。套信号系统参与这一发育过程。1.第一套信号系统相关于肾间质组织的初第一套信号系统相关于肾间质组织的初始形成。始形成。l输尿管芽对后肾间质组织的发育是以后肾输尿管芽对后肾间质组织的发育是以后肾间质组织具有发育为肾组织的定向性为先间质组织具有发育为肾组织的定向性为先决条件的，而这一能力的获得被认为是决条件的，而这一能力的获得被认为是WT1表达和作用的结果。表达和作用的结果。l基因转录调节因子，最早表达在中间中胚基因转录调节因子，最早表达在中间中胚层中，然后出现在发育为肾、性腺的前层中，然后出现在发育为肾、性腺的前体组织中。它的缺失将会导致输尿管芽的体组织中。它的缺失将会导致输尿管芽的分化。分化。第二套信号系统第二套信号系统l一组扩散性的分子，可以使输尿管芽从中一组扩散性的分子，可以使输尿管芽从中肾管中长出和持续发育。肾管中长出和持续发育。lGDNF对输尿管芽的形成很重要。对输尿管芽的形成很重要。lHGF，它的受体表达在输尿管芽的表面。，它的受体表达在输尿管芽的表面。lWnt11出现在输尿管芽的顶端，它的缺失出现在输尿管芽的顶端，它的缺失将会阻止输尿管芽向肾间质组织的伸入。将会阻止输尿管芽向肾间质组织的伸入。第三套信号分子第三套信号分子l产生于输尿管，而作用于肾间质组织的分化，产生于输尿管，而作用于肾间质组织的分化，如果没有来自输尿管的诱导，肾间质组织将会如果没有来自输尿管的诱导，肾间质组织将会凋亡。凋亡。l包括包括FGF2，BMP7，而间质组织则表达他们，而间质组织则表达他们的受体分子。的受体分子。lFGF2具有抑制间质组织细胞凋亡、促进间质具有抑制间质组织细胞凋亡、促进间质组织密集、维持组织密集、维持WT1生成等功能。生成等功能。lBMP7的缺失可造成肾间质组织的细胞凋亡。的缺失可造成肾间质组织的细胞凋亡。第四套信号系统第四套信号系统l其功能是驱动间质组织细胞向上皮的转化。其功能是驱动间质组织细胞向上皮的转化。l输尿管组织诱导间质组织细胞产生和分泌输尿管组织诱导间质组织细胞产生和分泌型胶原，使疏松的间质组织转变为上皮型胶原，使疏松的间质组织转变为上皮组织，从而奠定了肾脏皮质区域管道结构组织，从而奠定了肾脏皮质区域管道结构的基础。的基础。第五套信号系统第五套信号系统l作用为肾单位的形成，从密集的上皮组织作用为肾单位的形成，从密集的上皮组织分化出不同类型的细胞和形成肾小球、肾分化出不同类型的细胞和形成肾小球、肾小管、集合管等结构。小管、集合管等结构。l1.间隙连接蛋白间隙连接蛋白connexin43l2.Pax2l3.NGFR第六套第六套 信号系统信号系统l使输尿管的生长和肾单位的分化延续维持。使输尿管的生长和肾单位的分化延续维持。调节转录因子调节转录因子BF2，表达于基质细胞中。，表达于基质细胞中。