发育生物学第八章-神经胚和三胚层分化-课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,*,第八章 神经胚和三胚层分化,经过原肠作用后，胚胎已具有外、中、内三个胚层，它们是动物体所有器官形成的细胞基础（器官原基）。,鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类都具有相同的器官发生（,organogenesis,）模式,：外胚层形成神经系统和皮肤；内胚层形成呼吸系统和消化管；中胚层形成结缔组织、血细胞、心脏、泌尿系统以及大部分内脏器官等。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,哺乳动物的三个胚层特化形成身体各特化谱系（,lineage,）的示意图,。虽然生殖细胞位于预定的内胚层或中胚层，在此作为一种特殊的细胞类型与身体的三个胚层分开。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,Baer,定律：,脊椎动物早期胚胎先形成亚门共有特征，随着发育进行，胚胎逐渐出现纲、目和科的特征，最终出现种的特征。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,本章要点：,1.,神经胚形成：,中枢神经系统的形成和神经嵴,2.,中胚层的分化：,脊索和体节的分化,、,侧板中胚层的分化和血细胞的发育,3.,内胚层的分化,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,1.,神经胚形成,中枢神经系统的形成,胚胎形成中枢神经系统原基即神经管的作用称为,神经胚形成（,neurulation,）,，正在进行神经管形成的胚胎称为神经胚（,neurula,）。,神经胚形成主要由两种方式：,初级神经胚形成（,primary neurulation,）,和,次级神经胚形成（,secondary neurulation,）,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,初级神经胚形成,是指由脊索中胚层诱导覆盖于上面的外胚层细胞分裂、内陷并与表皮脱离形成中空的神经管。而,次级神经胚形成,是指外胚层细胞下陷进入胚胎形成实心细胞索，接着再空洞化（,cavitate,）形成中空的神经管。,胚胎在多大程度上依赖于上述神经管构建方式取决于脊椎动物的种类。如鱼类神经胚形成属完全次级型；鸟类前端部分神经管构建属初级型，而后端部分（后肢以后）神经管构建属次级型。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,一、 初级神经胚形成,胚胎背部的,中胚层,和覆盖在上面的,外胚层,之间的相互作用是发育中最重要的相互作用之一，它启动器官形成（,organogenesis,），即特异性组织和器官的产生。,脊索中胚层指导上方的外胚层形成中空的神经管,，后者将来分化成脑和脊髓。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,初级神经胚形成过程中，最初的外胚层形成三种类型的细胞：位于,内部的神经管细胞,，将来分化成脑和脊髓；位于,外部的皮肤表皮细胞,和,神经嵴细胞,，,神经嵴细胞从神经管和表皮连接处迁移出来，将来形成周围神经元和神经胶质、皮肤的色素细胞和其他类型的细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,初级神经胚形成的过程,可以分为彼此独立,但在时空上又相互重叠的,5,个时期：,1,、神经板（,neural plate,）形成,2,、神经底板（,neural floor plate,）形成,3,、神经板的整形（,shaping,）,4,、神经板弯曲成神经沟（,neural groove,）,5,、神经沟闭合形成神经管（,neural tube,）,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,两栖类和羊膜动物神经管形成示意图。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,两栖类和羊膜动物神经管形成示意图（续）,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,1.,神经板形成,位于背中线处,预定形成神经组织的外胚层细胞变长,，而预定形成表皮的细胞则变得更加扁平，使预定神经区上升到周围外胚层的上面，由此形成,神经板（,neural plate,）,。,神经板和表皮细胞都能发生固有运动（,intrinsic movements,）。神经板和表皮细胞协调一致的运动最终引起神经管举起和交叠。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经板的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2.,神经底板形成,以前认为只有,神经板中线处细胞才能形成神经底板,，而外缘部分和神经褶则构成神经管最靠近背面的部分。头部神经底板形成方式可能是这样的。,但最近证据表明，躯干神经底板具有独立起源，是,由亨氏节一部分细胞,“,插入,”,神经板中央形成,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,6,体节鸡胚横切，示亨氏节形成脊索和神经底板,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡和鹌鹑亨氏节移植实验（,Catala et al., 1996,）,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,躯干部神经底板有两个来源：外胚层和亨氏节,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,3.,神经板的整形和弯曲,神经板的整形与神经板细胞内在力量直接有关。,神经板最主要的整形作用是通过位于脊索上面的神经板中线细胞,实现的，这些细胞被称为,中间铰合点,（,median hinge point,，,MHP,），它们由亨氏节前端中线细胞衍生而来。,神经板的弯曲通过,神经板细胞内在力量,的作用而实现，同时,外胚层细胞为神经管的弯曲提供另一种动力,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经褶的形成和举起,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,细胞形状的改变和细胞顶部的收缩驱动神经褶的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,在三个绞合点（,MHP,和两个,DLHP,）上，神经板细胞改变自己的形状，并发生顶端收缩。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,4.,神经管闭合,左右神经褶被牵引到背中线结合到一起，神经管随即闭合。,某些动物神经褶连接处的细胞形成神经嵴细胞,，但哺乳类神经褶举起时头部神经嵴细胞就开始迁移。,神经管的形成并非在整个外胚层同时发生,，如,24,小时鸡神经胚的尾部区域仍在进行原肠作用时，头部神经管已明显形成。神经管前后两端的开口分别称为前端神经孔和后端神经孔。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,两栖类和羊膜动物神经管的闭合与神经嵴细胞的迁出。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚神经管的闭合,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经管最终形成一个与表面外胚层分离的闭合的圆柱体。神经管和表面外胚层的分离被认为是受,不同的细胞粘连分子表达调节,的。神经管细胞最初都表达,E-,细胞选择蛋白（,E-cadherin,）选择蛋白，代之以合成,N-,选择蛋白（,N-cadherin,）和,N-CAM,。结果两种组织不再粘附在一起。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,爪蟾神经形成时，两种粘附蛋白,N-cadherin,和,E-cadherin,的表达,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人类的神经形成。,A,，,22,天胚胎前后神经孔都开口与羊水相通；,B,，前端神经孔已经闭合，后端神经孔仍然开口。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,C,，神经管闭合区域；,D,，无脑畸形；,E,，脊髓裂,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,二、次级神经胚形成,次级神经胚形成可以看作是,原肠作用的继续,，只是背唇细胞并没有内卷到胚胎内部，而是在腹面不断生长。次级神经胚形成包括,髓索（,medullary cord,）形成及其随后空洞化成为神经管,。,蛙和鸡胚的腰椎和尾椎形成时能观察到这种形式的神经胚形成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,爪蟾次级神经胚形成过程中的细胞运动。,A,，原肠胚中期中胚层的内卷；,B,，晚期原肠胚,/,早期神经胚阶段，,中胚层细胞内卷停止,，构成胚孔背唇的外胚层和中胚层细胞都向后端延伸。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,早期蝌蚪的胚孔衬里细胞形成神经肠管，其一部分形成神经管腔。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,25,体节时期鸡胚尾区的次级神经形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,三、脑区形成,神经管同时在三个层次水平上分化成中枢神经系统的不同区域。,在解剖学水平,，神经管及其管腔膨胀和收缩而形成脑室和脊髓的中央管。,在组织学水平,，神经管壁细胞发生重排形成脑和脊髓不同的功能区域。,在细胞学水平,，神经上皮细胞本身分化成身体中不同类型的神经元和神经胶质。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人脑的早期发育,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,脑泡壁和脑泡腔在成体中形成的衍生物,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经嵴,尽管,神经嵴来源于外胚层,，由于其重要性而有时被称为,第四胚层,。,神经嵴细胞起源于神经管最靠近背部的区域。神经嵴细胞广泛迁移，产生各种类型的分化细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经嵴部分衍生物,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚躯干部神经嵴细胞的迁移,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经嵴细胞的迁移路径由胚胎的,胞外基质决定,。,一种蝾螈的突变体中神经嵴细胞能够形成但不能迁移，除背部之外的部位将缺乏色素细胞（,B,）。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,表皮和皮肤结构起源,1.,表皮细胞起源,神经胚形成之后，覆盖胚胎表面的细胞构成预定表皮。多数脊椎动物的表皮分为两层：外面一层为胚皮（,periderm,），是临时性结构，一旦底层细胞分化成表皮，胚皮便脱落；内面一层细胞称为,基层（,basal,）或生发层,，它是能形成所有表皮细胞的生发性上皮。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人表皮图解,基部细胞进行活跃有丝分裂，而表皮外层充分角质化的细胞不断死亡脱落。位于基部的色素细胞通过突起将色素转移到角质细胞中。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,生发层细胞分裂产生外面另一层细胞，构成,棘层（,spinous layer,）。棘层和生发层一起构成马尔皮基层,（,Malpighian layer,）。马尔皮基层细胞再分裂产生表皮的颗粒层（,grannual layer,）。,颗粒层细胞不再分裂，开始分化成表皮细胞，即角质细胞,（,kenatinocytes,）。最终角质细胞形成角质层（,cornified layer,）。角质层细胞生成后不久就脱落，并被颗粒层新形成的细胞所取代。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,有两种主要生长因子能刺激表皮发育。,第一种是转化生长因子,-,（,transforming growth factor-,TGF-,）。,TGF-,由基层细胞合成，并促进基层细胞自身分裂。,银屑病（,psoriasis,）,患者特征是大量表皮细胞脱落，可能与,TGF-,过度表达有关。,另一种生长因子是角质细胞生长因子（,keratinocyte growth factor, KGF,），也称为成纤维细胞生长因子,7,（,FGF7,）。,KGF,是真皮下面的成纤维细胞产生的一种外分泌生长因子，调节基层细胞的增殖。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,表皮增殖异常与生长因子,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2.,中胚层的分化,脊椎动物中胚层的分化对于器官和系统的发生起着,主导和奠基,的作用。其中,脊索是这一阶段发育的启动和组织者,，而在脊索和神经管的作用下，中胚层分化深入。,脊椎动物中胚层的分化发育与神经胚的形成几乎是同时进行，相互促进的，而神经胚发育的完成又为中胚层的进一步发育奠定了形态结构以及诱导控制环境的基础。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经胚时期中胚层可分成,5,个区域,:,1.,脊索中胚层（,chordamesoderm,）,形成脊索,2.,背部体壁中胚层（,somitic dorsal mesoderm,）,形成体节和神经管两侧的中胚层细胞,3.,中段中胚层（,intermediate mesoderm,）,形成泌尿系统和生殖器官,4.,侧板中胚层（,lateral plate,）,形成心脏、血管、血细胞以及体腔衬里和除肌肉之外的四肢所有中胚层成分,5.,头部间质（,head mesenchyme,）,形成面部结缔组织和肌肉,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚中胚层的渐进发育。,A,，原条阶段；,B,，脊索和近轴中胚层的形成；,C,，,D,，体节、体腔和背主动脉的特化,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,一、背部中胚层：脊索和体节分化,1.,轴旁中胚层,中胚层和内胚层器官的形成与神经管同步发生。,在脊索两侧加厚的中胚层带，即轴旁中胚层（,paraxial mesoderm,）,。随着原条退化和神经褶开始在胚胎中央合拢，轴旁中胚层分隔成细胞团块，称为,体节（,somite,）,。体节是临时性结构，对脊椎动物分节模式（,segmental pattern,）的建成具有深远的影响。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经管和体节,，示已形成的体节和尚未形成体节的轴旁中胚层。,体节出现于身体的前部，并依次向后迁移形成。,神经嵴细胞由神经管顶部向腹侧迁移。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2.,体节小体和体节形成,体节能够产生构成脊椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及体壁与四肢骨骼肌的细胞。,第一对体节在胚胎前端形成,，新体节以规则的间隔从吻端轴旁中胚层“萌发”。由于胚胎发育速度略有差异，因此,体节数目通常是发育进程的最佳指标,。所形成的体节总数具有种的特异性。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,在胚胎发育的早期，体节形成的时间顺序就已经确立了。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体节的形成机制尚未很好研究。鸡胚研究表明，其体节板细胞组织形成轮状，称为,体节小体（,somitomere,）,。随着最前端的体节由松散的间充质变成致密性的上皮性结构，体节小体便转变成,体节,。,从体节小体转变成体节的过程与两种细胞外基质蛋白,纤连蛋白（,fibronectin,）和,N-,细胞选择蛋白（,N-Cadherin,）,的合成有关。这些蛋白的合成又受,Notch1,和,paraxis,的表达调控。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体节小体向体节的转变。,A,，,N-Cadherin,表达与体节小体向体节的转变是相关的。,B,，,Notch1,在未分节的轴旁中胚层的最前端表达。,C,，,Notch1,缺陷时体节的形成被扰乱。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,Notch1,基因编码的转录因子在,未分节背部中胚层最前端区域,有活性；缺乏,Notch,蛋白的小鼠体节排列紊乱，大小不一。,Paraxis,也编码一种转录因子，在小鼠和鸡胚吻端未分节中胚层表达。注射与,paraxis,互补的反义寡核苷酸导致体节分节出现缺陷。,Paraxis,蛋白是实现体节从间充质到上皮转换的必要成分,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,Notch,信号传导途径,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,3.,体节细胞的分化,当体节最初形成时，各部位的细胞在发育上是等潜能的,，任何体节细胞都能变成所有体节衍生的结构。但随着体节成熟，体节各区定型，只能形成一定的细胞类型。,体节的特化是通过几种组织相互作用而完成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体节形成之前，各部位的预定体节细胞在发育潜能上是等同的,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人胚胎,4,周早期（,A,）和晚期（,B,）的横切面，示体节各部分结构的形成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体节腹中部细胞在脊索和神经管底板分泌的因子尤其是,sonic hedgehog,蛋白诱导下，失去圆形上皮细胞的特性，再度变成间充质细胞，产生这些细胞的体节部分称为,生骨节（,sclerotome,）,。这些间充质细胞最终变成脊椎的,软骨细胞（,chondrocyte,）,，,软骨细胞将负责构建轴性骨骼,。,体节侧面的细胞也分散开，形成四肢和体壁的肌肉前体。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,随着细胞迁移的发生，鸡胚体节的结构也在发生变化。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,随着四肢和腹部肌肉细胞前体的迁出，生骨节、生肌节和生皮节形成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,一旦生骨节细胞和体壁及四肢肌细胞前体从体节中迁移出来，最靠近神经管的体节细胞向腹面迁移，保留下来的体节上皮细胞形成双层实心上皮，称为,生皮肌节（,dermamyotome,）,。生皮肌节的背层称为,生皮节（,dermatome,）,，产生背部真皮（身体其他部位的真皮由另外的间充质细胞形成，并非来自体节）。而其内层细胞称为,生肌节（,myotome,）,，产生横跨脊椎使背部能够弯曲的脊椎肌肉。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,脊索在为早期胚胎提供完整的体轴和诱导背部神经管形成之后，大部分脊索退化，在脊椎之间，,脊索细胞形成椎间盘的组织即髓核（,nuclei pulposi,）,。,脊索和神经管底板分泌的因子,Sonic hedgehog,蛋白诱导生骨节细胞表达一种新的转录因子,Pax1,。,Pax1,能够激活软骨特异性基因表达，它的存在对于脊椎的形成是必要的。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体节模式建成过程中的基因调控。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,生骨节细胞表达的,I-mf,是启动肌肉形成的转录因子,MyoD,家族的抑制因子。,生肌节围绕体轴的,轴上肌（,epaxial muscle,）细胞,来自体节中部，由背部神经管分泌的因子（,Wnt,家族成员）诱导形成。从体节中部形成并产生四肢和体壁肌肉的,轴下肌（,hypaxial muscle,）,可能由来自表皮的,Wnt,蛋白和来自侧板中胚层的,BMP-4,联合诱导形成。,这些因子诱导肌细胞表达特殊的转录因子,MyoD,和,Myf5,，激活肌肉特异性基因的表达。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,生皮节在神经管分泌的另一个因子,神经营养蛋白,3,（,neurotrophin 3,，,NT-3,）,诱导下发生分化。,NT-3,抗体能阻止上皮性生法层细胞转化成在表皮下迁移的松散的真皮间质细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,位于体节不同区域的不同转录因子的表达，预示了不同的的细胞发育命运。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,MyoD,是肌肉发生的主控基因,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,MyoD,基因家族的转录因子介导的肌肉细胞发育命运决定和分化,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,生肌节细胞增殖和分化之间的切换,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2.,侧板中胚层,侧板中胚层（,lateral plate mesoderm,）,与体节中胚层毗连，在水平方向上分成背部的,体壁中胚层（,dorsal somatic mesoderm,）,和腹部的,脏壁中胚层（,ventral splanchnic/visceral mesoderm,）,。,体壁中胚层和脏壁中胚层之间是,体腔（,coelom,）,，从未来颈区延伸到身体后部。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,神经胚阶段蛙胚中胚层和体腔的渐进发育,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚横切面，示中胚层的发育。,与大量卵黄分离之后，鸡胚与蛙胚在某一阶段相似。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,在胚胎发育后期，左边和右边体腔融合，并从体节中胚层伸出,皱褶（,fold,），将体腔分成分离的腔,。在哺乳动物，体腔又细分为包裹胸、心脏和腹部的胸膜腔、围心腔和腹膜腔。,产生中胚层体节和身体衬里的机制在整个脊椎动物的进化中几乎没有改变。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,1.,胚外膜的形成,爬行类胚胎形成了四套,胚外膜,，用以调节胚胎和环境之间的关系，实现在干燥陆地发育。,正在发育的爬行类、鸟类和哺乳类胚胎本身和胚外区域起初并无明显差别。随着胚体逐渐成形，边缘上皮不均等分裂，产生,体褶（,body fold,）,，把胚胎和卵黄分开，并勾画出胚胎本身和胚外结构的轮廓。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,体褶是位于中胚层上的外胚层和内胚层上皮扩展而成的。,外胚层和中胚层的混合体常被称为,体壁层（,somatopleure,），形成羊膜（,aminion,）和绒毛膜（,chorion membrane,）,；内胚层和中胚层的混合体被称为,脏壁层（,splanchnopleure,），形成卵黄囊（,yolk sac,）和尿囊（,allantois,）,。内胚层和外胚层作为功能性上皮细胞发挥作用，而中胚层的功能则是形成进出内胚层和外胚层上皮的血液。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2,天鸡胚的胚外膜,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,3,天鸡胚的胚外膜,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,5,天鸡胚的胚外膜,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,9,天鸡胚的胚外膜,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚后端结构示意图,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,羊膜细胞分泌羊水，因此产于陆地的卵其胚胎仍在水中发育。爬行类、鸟类和哺乳类都利用这种结构进行发育，并因此被归入一大类，即,羊膜类脊椎动物,。,尿囊存贮尿废物并调节气体交换，是正在发育的胚胎保存有毒新陈代谢副产物的场所。尿囊膜的中胚层常和绒毛膜的中胚层接触，并与之融合，产生,绒毛,-,尿囊膜（,chorioallantoic memberane,）,，后者含有极其丰富的血管，对于鸡胚发育至关重要。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,2.,心脏的发生,形成循环系统是侧板中胚层最重要的功能之一。循环系统是发育过程中最先行使功能的系统，而心脏是第一个行使功能的器官。,脊椎动物的心脏起源于脏壁中胚层的两个区域（心脏原基）,，分别位于身体的两侧。这两个区域与周围临近组织的相互作用决定心脏发育。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心脏发育的主要阶段：,预定心脏形成区,的形成（预定心脏形成细胞通过原条迁移形成,心脏原基,）。,心脏形成细胞,的分化。,两个心脏原基合拢形成,心管,。,心脏腔室的分隔,，心脏四腔形成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,（,1,）心原基的形成,两栖类、鸟类和哺乳类是由成对的,预定心脏形成区（心脏原基，,heart rudiments,）,在心脏发育的后期融合形成心脏。,羊膜动物胚胎的预定心脏细胞在早期原条中发生，紧随亨氏节之后，向下大约延伸到亨氏节的一半,。预定心脏细胞通过原条迁移，在亨氏节侧面同一水平面形成两组中胚层细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心脏形成细胞前体通过原条后的迁移，到达,肠管前端的侧壁,时迁移停止。定向迁移的信号似乎是前肠的内胚层提供的。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,随后预定心脏细胞在内胚层和外胚层之间向胚胎中部移动，并与内胚层表面保持紧密接触。,当预定心脏细胞到达消化管前端侧壁时，迁移停止。,预定心脏细胞迁移的方向似乎为内胚层决定，,内胚层与心区细胞运动有关的成分是由前到后呈梯度分布的纤连蛋白（,fibronectin,）,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心肌中胚层的特化，中胚层各区在迁移过程中受不同的决定子调控。中胚层总是与内胚层保持着密切的联系。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,早期鸡胚心脏细胞的起源，原条的前后轴模式在心内膜和心肌外膜上可见。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,马蹄形的心脏形成中胚层,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心脏形成中胚层包含三种细胞类型的前体,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,（,2,）心脏形成细胞的分化,内胚层组织和原条对于心脏肌肉细胞的形成起到一定程度的诱导作用。,在前部内胚层表达的,Cerberus,蛋白和,BMP2,可能是心脏形成细胞的诱导因子,，它们通过诱导其临近心区细胞的,Nkx2-5,转录因子,的表达而使这些细胞变成心脏形成细胞。,Nkx2-5,在心脏发生中的作用在不同种属之间都相当保守。人的,Nkx2-5,基因的突变将导致先天性心脏发育缺陷。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,Nkx2-5,指导中胚层的细胞变成心脏细胞需要激活许多相关的下游转录因子，特别是,GATA,家族蛋白和,MEF2,家族蛋白,。通过这些转录因子的共同作用，从而激活了心脏肌肉的特异蛋白的表达。,心区细胞命运的限定,是一个渐进的过程，心室的细胞首先得到限定，然后才是心房的细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,两个心脏原基的细胞独立发生心肌细胞的分化。心脏原基细胞表达,N-cadherin,，并向一起迁移，组成了,成心上皮层,。然后上皮内的一小部分细胞下调,N-cadherin,的表达，并从上皮分离，形成心内膜。剩余的上皮细胞形成心肌层。,至此，,预定心脏细胞形成一个双壁管,，里面一层为,心内膜（,endocardium,）,外面一层为,心肌外膜（,epimyocardium,）,。,心内膜形成心脏内层衬里，心肌外膜形成心脏肌肉层,，为机体终生泵血。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,（,3,）心管的形成,随着神经胚形成的不断进行，脏壁中胚层形成皱褶将前肠包裹。,脏壁中胚层向内形成皱褶的运动将心脏两个双壁管带到一起，最终心肌外膜合并成一根管,。,两个心内膜,短时间内位于同一个腔内，但它们终将,融合在一起,。至此，,原先成对的体腔合并成一个，心脏位于其中,。阻止侧板中胚层的合并将导致发生心脏断裂（,cardia bifida,），即在身体两侧形成分裂的心脏。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚心脏的形成,1,。,A,，,25,小时；,B,，,26,小时,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚心脏的形成,2,。,C,，,28,小时；,D,，,29,小时,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心管形成过程中，,Xin,蛋白染色示预定心肌细胞的发育命运。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,A,，左右心原基融合形成一根心管；,B,，,阻止侧板中胚层的合并将导致发生心脏断裂（,cardia bifida,）。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心脏形成的下一步是,心内膜管融合,，,形成单个心房,。心内膜后端未融合的部分成为卵黄静脉（,vitelline veins,）进入心脏的通路。卵黄静脉从卵黄输送营养物质到静脉窦（,sinus venous,）。血液通过心脏的瓣膜进入心脏的心房区（,atrial region,），而动脉干（,truncus arteriosus,）的收缩使血液加速流入主动脉（,aorta,）。,心脏收缩的起搏器是静脉窦,，即使在复杂的瓣膜形成之前心脏就能泵血。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,（,4,）心腔的形成,最初的心脏是具有一个心房和一个心室的双腔管,。当心肌细胞产生一种因子（可能是转化生长因子,3,）导致毗邻的心内膜细胞脱离并进入两者之间含有丰富透明质的心胶质（,cardiac jelly,）时，,心内膜垫（,endocardial cushion,）形成，把心脏双腔管分成左右房室管,。同时原始心房被向心内膜垫生长的的两个,心房隔膜,分隔开。心室的分隔是由向心内膜垫生长的,心室隔膜,完成的，至此心脏变成,4,个腔的结构。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人胚胎心腔的形成。,A,，,4.5,周人胚胎心脏切面；,B,，出生前人胎儿心脏切面图,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人心脏发育图解,人胚胎发育至,15,天时，心脏原基形成新月状（马蹄形），此时心脏的主要区域已发生特化；马蹄形的两臂沿身体中线合拢，形成心管，形成各腔室沿身体前后轴排列的模式。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人心脏形成图解,经过弯曲（,looping,）心脏腔室的排列已接近它们最终的位置；以后的发育过程中心脏四腔的模式逐渐形成，心房和心室之间形成瓣膜。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,3,周龄胚胎心腔的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,心脏开始形成时左右对称，随着发育的进行出现左右极性。研究表明，,脾脏的存在和心脏的左侧存在关联,。目前对心脏左右不对称的机制了解还不多。,在胚胎发育早期，心脏形成细胞外基质蛋白,弯曲素（,flectin,）,的不对称沉淀可能导致心脏的一侧发育有别于另一侧。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,3.,血管的形成,血管形成是生理限制、物理限制和进化限制协调统一的产物。,由中胚层形成血管称为,血管形成（,vasculogenesis,）,。鸡胚有两种成血管细胞。第一种是,脑区轴旁中胚层,提供形成头部血管的成血管细胞。第二种成血管细胞来自,脏壁中胚层,，它们移居到内脏器官、肠和主动脉基底部。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,脏壁中胚层细胞的侵入是羊膜发育的关键一步,，因为卵黄囊成簇排列的血管生成细胞即,血岛（,blood island,）形成卵黄静脉,，向胚体输送营养，并负责气体进出交换。,基膜能启动血管中的细胞分化为不同的类型,。血岛中央的细胞分化成胚胎血细胞。随着血岛生长，它们最终融合形成毛细血管网，逐渐消失于卵黄静脉中，而卵黄静脉把食物和血细胞运输到新形成的心脏中。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血管形成首先见于卵黄囊壁上，未分化的间质细胞聚集形成形成细胞簇。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血管形成细胞簇（血岛）的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血管形成中央细胞形成胚胎,血细胞,，外层细胞形成,血管内皮细胞,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,有三种生长因子可能参与血管形成的启动,。第一种是,碱性成纤维细胞生长因子（,FGF2,）,，为中胚层细胞形成成血管细胞所必需。第二种是,血管内皮生长因子（,VEGF,）,，,VEGF,能特异性地促进成血管细胞分化，并促进成血管细胞分裂增殖，形成血管内皮。第三种是,血管生成素,angiopoietin-1,，能调节内皮细胞和平滑肌之间的相互作用。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血管形成并非生成血管的唯一途径，,由原先存在的血管增殖而形成新血管的方式称为血管的生长（,angiogenesis,）,。如在肢芽、肾和大脑等器官中，现存血管能迅速生长，并把内皮细胞送到正在发育的器官中。,血管生长对任何组织的生长，包括肿瘤的生长都是至关重要的。肿瘤分泌血管生长因子，使血管改变方向进入自身。抑制血管生长因子的形成可能有助于阻止肿瘤的生长和转移。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚翅芽早期发育时血管系统的形成,鸡前肢器官形成区分泌,血管形成因子,，促进器官形成区内皮细胞的有丝分裂，并迁移到器官形成区。,VEGF,也能促进内皮细胞从器官表面现存血管中迁移到前肢器官中。,四肢血管化的程度和肢芽中,VEGF,水平相关,，,VEGF,表达的时空模式与血管进入肾和大脑的时间和地点非常一致。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚翅芽早期发育时血管系统的形成（血管生长）,1,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,鸡胚翅芽早期发育时血管系统的形成（血管生长）,2,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,44,小时鸡胚的循环系统。示,终窦（,sinus terminalis,）是循环系统的外围限制,和,血细胞的产生点,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,4,周龄胚胎的循环系统,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,胎儿心脏中血流的方向,动脉导管,卵原孔,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,新生儿肺的扩张形成压力变化致使胎儿的血流方向发生变化，示动脉导管和卵原孔的闭锁。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,三、血细胞的发育,1.,干细胞的概念,干细胞（,stem cell,）是能够保持,胚胎细胞特性,，大量增殖以产生更多的干细胞（自我更新）和更多的分化细胞的细胞群，它们在成年体内连续不断地经历进一步的发育变化。,有些干细胞锁定在,G,0,期，而另一些干细胞则处于活跃的细胞周期中。干细胞后代进入的发育途径依赖于它所处位置的分子环境。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血细胞增殖和分化的动态模型,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,血细胞增殖和分化的动态模型,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,干细胞存在于所有组织中，最容易研究且研究最多的干细胞是,多能造血干细胞的发育,。,多能造血干细胞可以产生所有类型的血细胞,，,Till,和,McCulloch,（,1961,）证实了它们的存在。,最早的多能造血干细胞是,CFU-M,L,。,CFU-M,L,的发育取决于转录因子,SCL,。缺少,SCL,的小鼠将死于血细胞及淋巴细胞缺乏。,CFU-M,L,能产生,CFU-S,细胞（血细胞）和,CFU-L,细胞（淋巴细胞）,，两者都是多能干细胞，它们的后代能分化成大量不同类型的细胞。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,CFU-S,形成的直接后代是限制系（,lineage restriction,）干细胞,，每个细胞除更新自己外只能产生一种类型的细胞。,有些造血生长因子（如,IL-3,）可以刺激较原始干细胞的分裂和成熟，使所有类型的血细胞数量增加。另一些生长因子只能刺激特定的细胞系细胞分裂和成熟。,细胞对生长因子的反应能力取决于细胞表面是否存在生长因子受体,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,3,内胚层的分化,胚胎内胚层的功能是构建两根管道消化管和呼吸管的衬里。,消化管和呼吸管均起源于原肠,。随着内胚层向胚胎中央挤压。出现前肠和后肠区域。起初口端被称为,口板（,oral plate,）或原口（,stomodeum,）,的外胚层堵塞，最终原口破裂形成消化管开口，这个开口本身由外胚层衬里。,消化管和呼吸管的内胚层部分开始于咽,。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,16,天胚胎的消化管，示原肠的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,18,天胚胎的消化管，示前肠和后肠的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,22,天胚胎消化管的形成，示原口、咽、泄殖腔（,cloacal plate,）等的形成。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,28,天胚胎消化管的形成，示口、肺芽、胃、胰腺、肝脏的形成,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,人,6,周胚胎内胚层的发育,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,A,，人,30,天胚胎胰腺的发育；,B,，人,35,天胚胎胰腺的发育,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,C,，发育至,6,周时，腹胰腺芽和背胰腺芽发生接触；,D,，大部分人的背胰腺芽消失，少部分人（,10,）存留。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,在咽后部，消化管紧缩形成食管，其后依次是胃、小肠和大肠。,内胚层细胞只产生消化管的衬里及腺体，而中胚层间充质包围消化管，产生用于蠕动（,peristalsis,）的肌肉,。内胚层还形成紧位于胃后的三种附属器官肝脏、胰腺和胆囊的衬里。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,肺虽然不起任何消化作用，但却是消化管的衍生物,。在咽底部中央第四对咽囊之间，,喉气管沟（,laryngotrocheal,）,向腹部延伸。然后喉气管沟分支形成两个管，其中一个形成一对支气管，另一个形成肺。,肺在进化上是一种较新的结构，是哺乳动物器官中分化最充分的器官。新生儿肺泡细胞向浸润肺的液体中分泌一种由,鞘磷脂和卵磷脂组成的表面活化剂,，使肺泡相互接触而不粘在一起，以保证婴儿第一次呼吸时就能吸进氧。,发育生物学第八章 神经胚和三胚层分化,