第六章-胚胎发育

四细胞期胚胎分裂形成8细胞胚胎，在第三次卵裂后经历致密化以及紧密连接的形成。致密化过程使卵裂球出现了顶部、底部和侧面。虽然8细胞期的卵裂球外表看起来相同，但它们并不相同，因为8细胞期胚胎中已具有原始的胚极－对胚极轴（Em－Ab）。8细胞期细胞的分裂在几何学上不同，一些细胞的分裂为侧向分裂，一些细胞的分裂则为辐射分裂。经历侧向分裂的细胞大约为辐射分裂细胞的两倍。在16细胞期的胚胎中，位于外层的细胞数与内层细胞数的比例为2:1。在32细胞期，胚泡腔开始在对胚极形成。
第一次卵裂产生了两个不同的半球，但这种不同产生的原因还不清楚。排出的成熟卵中特定mRNAs或转录因子的不均匀分布可能导致2细胞期胚胎中的不同。细胞骨架等成分的不均匀分布可能也引起这种差异。第二次卵裂是不同步的，第一个卵裂半球主要分裂形成胚泡的内细胞团。胚泡腔的形成是卵极性的内在特性所决定的，在二细胞阶段就已建立了。因此，胚泡腔的特定位置在发生第一次卵裂之后就确定了。这个微妙的作用对于滋养层及内细胞团的命运有明显的影响。第一次卵裂的平面通过或接近精子融合的位置。卵表面80%的区域覆盖微绒毛，精子可在这些覆盖微绒毛的区域与卵融合。
2．人
人也为旋转卵裂。大约在受精后30小时，开始第一次卵裂。第一次分裂是将合子以与赤道面呈一定角度，并与极体呈一线的面分裂。以后的分裂就不同步了。第二次卵裂在受精后40小时完成，产生4个相等的卵裂球。到第三天发育到6-12细胞期。在第四天由16-32个细胞组成。在32细胞期的胚胎为桑椹胚。桑椹胚的细胞不仅发育成为胚胎，还发育成为胎盘以及相关的组织。从8细胞阶段开始，刚开始互相结合比较疏松的卵裂球开始扁平，胚胎显示出内、外极性，使卵裂球之间最大限度地接触。之后外层的细胞开始凸起，而内层细胞开始内陷，这个重组的过程为致密化，包括细胞骨架蛋白以及卵裂球黏附性的改变。不同卵裂球之间的粘附也导致胚胎中的细胞发生分离，一些细胞进入桑椹胚的中心，而其它细胞则位于胚胎的外表面。一般认为，位于内部的细胞将发育形成内细胞团，而外围的细胞则发育形成滋养层。
二细胞胚的第一个卵裂球的卵裂是经裂，与A-V轴平行（图6-3）。第二个卵裂球的卵裂在同一个平面进行，但是这个平面因为细胞质移动，相对于第一个卵裂球的卵裂发生了旋转，结果形成了一个平面。这时四个四分之一卵裂球的位置象一个四面体。在兔子中，第二个卵裂球分裂时旋转的方向与第一个卵裂球分裂的方向一致。每个四分之一卵裂球具有不同的发育潜能。现在仍不清楚这种旋转为何出现在小鼠和人中，以及是否在发育过程中起重要作用。
3．盘状卵裂
为不完全分裂的一种，卵裂时子细胞之间的细胞质并不完全分开。首先，在卵表面进行极少量的垂直分裂，随后进行与卵表面平行的分裂。卵裂只在卵表面的一个很小区域内进行。这种卵裂方式的代表动物为现代鱼类、爬行类及鸟类。
4．旋转卵裂
为完全卵裂的一种类型，为有胎盘哺乳动物中特有的一种卵裂方式（图6-1）。第一次卵裂为经裂，将受精卵分为两个相等的卵裂球。第二次卵裂时，一个卵裂球为经裂，而第二个卵裂球则为纬裂。由于在以后的卵裂过程中，每个卵裂球的卵裂速度不同，可能会出现3、5、6及7个等不同数目卵裂球的胚胎。哺乳动物的卵裂不仅不同步，而且每次卵裂间隔的时间也很长。
大多数动物的卵裂为完全卵裂（holoblastic cleavage），胚胎沿着卵裂沟将子细胞彻底分开。而在另一些物种中为不完全卵裂（meroblastic cleavage），胚胎并不完全分裂开（最起码在发育的初期如此），子细胞之间有细胞质相连续，即不完全卵裂并不产生子细胞，而是产生一多核细胞，叫做多核体。由于第一次卵裂后，所产生的卵裂球在大小上有所差异，又将卵裂分为等裂和不等裂。卵裂后，植物半球的卵裂球中卵黄丰富且体积稍大，称为大分裂球（macromere）;而动物极的卵裂球体积较小，称为小分裂球（micromere）。可将各种动物的卵裂方式分为以下6类。
5．表面卵裂
为不完全卵裂的一种。细胞核分裂但细胞质并不分开，之后大多数细胞核迁移到卵表面的细胞质中，表面细胞质在细胞核之间分裂。这些动物的卵为中央黄卵，代表动物为昆虫。
6．螺旋式卵裂
与辐射型卵裂不同，胚胎的卵裂方向不是与卵轴呈平行或垂直方向进行，每次的卵裂方向之间有一定角度。在分裂到8细胞期时，动物极半球的4个卵裂球正好位于植物极半球的4个卵裂球之间。这种卵裂方式的代表动物为扁虫、线虫、环节动物及软体动物。
除哺乳动物外，很多动物的卵裂是一个迅速且同步的过程。由于没有胚胎的净生长期，分裂速度很快，细胞数目越来越多,但细胞变得越来越小。卵裂最终导致胚胎中卵裂球的大小达到正常体细胞的水平。此外，由于卵裂过程使卵裂球之间产生差异，从而分化为不同的细胞。
体细胞在分裂时经历正常的细胞周期，即G1、S、G2及M期，而且在M期伴随一迅速的细胞增长期，使子细胞增长到母细胞的水平，然后再分裂。然而，在卵裂的胚胎中，并不通过这一生长期，从而使卵裂球越分越小，达到体细胞的水平。海胆中，从最初胞质为核体积的550倍，减少到最后的6倍。
另外，在卵裂中，细胞周期缩短，并无G1及G2期，只有S及M期，而且S及M期均较短，这期间DNA从多位点上合成，而体细胞中仅在几个位点上合成。爪蟾在第12次卵裂后才有G1及G2期，而果蝇则在第14及17次卵裂时才有G1及G2期。
由于受精卵的基因组处于相对的转录不活跃状态，卵裂是同步的过程，主要依赖于卵细胞质中的母源性物质。通常，即使在抑制转录或去细胞核的情况下，卵裂也能正常进行。在两栖类，直到原肠形成期之前，早期胚胎可以从母体核糖核蛋白体（RNP）中得到所有需要的mRNA，mRNA从这些微粒体中释放出来后，可用于翻译，并不需要合子基因组指导蛋白质的合成。在细胞质中存在很多拷贝的组蛋白mRNA和其它染色体蛋白，并且这些蛋白质可以快速地供给，使染色体的复制在20-30分钟内结束，然后很快凝集形成染色体。
1．完全等裂
这些动物的卵为均黄卵，含有极少量的卵黄。受精卵经过完全分裂后得到的卵裂球大小相等，卵裂球呈辐射对称。这种卵裂方式的代表动物为海星和海胆。
2．完全不均等卵裂
这些动物的卵为极性均黄卵。受精卵分裂后得到大小不等的卵裂球，动物极的分裂球较植物极的小。这种卵裂方式的代表动物为文昌鱼。但另外一些动物的卵为具有中等程度卵黄的极性端黄卵，卵裂后动物极分裂球的体积远远小于植物极。由于植物极半球的卵黄阻滞了胞浆的流动，动物极半球进行同步分裂并且分裂速度快于植物极。这种卵裂方式的代表动物为远古鱼类及两栖类。
在发育到第四天时，桑椹胚开始吸收体。液体可能最初是在卵裂球间细胞内的空隙中产生的，在细胞之间聚集。同时，在外层细胞间形成紧密连接，液体继续进入腔内主要分布在内层细胞和外层细胞之间。随着胚胎中液体压力的增大，胚胎形成了腔，到达胚泡阶段。
四、着床前胚胎的极性及分化
与其它动物不一样，哺乳动物的卵只有很少的卵黄，营养主要由胎盘供给。从外观上虽不能区分卵的极性，但分子水平上可以确立极性。瘦素（leptin）和信号转导和转录激活因子3（STAT3）等与极性分布相关的母本蛋白主要在人和小鼠卵的动物极表达。
第一节卵裂
一、卵裂的过程
卵裂(cleavage)为动物发育的第一个阶段，受精卵分裂产生很多小的细胞，称为卵裂球（blastomere）。虽然不同动物中，卵裂的方式变化很大，但大多数动物在经过卵裂后，都形成一个细胞球，称为囊胚（blastula），中间为囊胚腔（blastocoel）。但在昆虫等无脊椎动物中并不形成腔。
第一次卵裂为经裂，将细胞质分为几乎相等的半球，但它们之间存在微小的差异。瘦素和STAT3在卵极性轴中的分布与胚胎分裂轴中的分布有大约20％的不同。这些蛋白在2细胞期的每个子细胞中得以继承，表明每个2和4细胞分裂球已具有特定的发育命运。
2细胞胚胎的第一个卵裂球的分裂也是经裂，得到的两个子细胞大小完全相等，并且胚胎轴与卵中的轴完全一致。相比之下，第二个卵裂球因纺锤体轴旋转产生了横向的卵裂。纺锤体旋转可能标志着产生了其它类型的分化细胞。在胚胎中，在第二个卵裂球进行的水平分裂也会产生不同的子细胞，各自继承大多数动物极或植物极的细胞质。因此，控制卵裂的平面可能决定4细胞胚胎中每个卵裂球的发育方向。
但当母源性基因产物失活后或消耗尽后，发育过程开始依赖于合子的基因转录。在有些物种中，合子基因一开始表达后，通常都伴有细胞分裂的突然变慢、失去同步化及细胞表型发生改变。将胚胎发育过程中的这一现象称为囊胚中期转换（midblastula transition, MBT）。以后，细胞周期开始变长，并且细胞的分裂开始不同步。哺乳动物的卵是一例外，卵裂的细胞周期很长。
第六章胚胎发育
精子和卵子相遇后，在受精的同时，也使得卵子得以激活。受精卵中的雌原核和雄原核融合后，细胞质中发生重排，然后开始进行分裂和分化，从而开始多细胞有机体的形成过程，由一个全能性的细胞逐渐形成能够执行不同功能的各种各样的细胞。此外，由于卵子的体积一般都比体细胞大很多倍，通过多次的有丝分裂可将大量的卵细胞质分配到较小的细胞中，使所形成的细胞的大小达到体细胞的水平。
对hCG在人早期胚胎的每个卵裂球中表达的分析表明，在未受精的卵母细胞以及4-和5-细胞胚胎中均检测到低水平的hCGmRNA表达，这些可能为潜在的母源性表达。hCG的转录水平从7细胞阶段逐渐升高，可能与4细胞期后胚胎基因组的转录相一致。
五、哺乳动物卵及胚胎轴的形成。
未受精的小鼠卵是圆的，具有动物－植物（A-V）极轴，动物极是以第二极体的位置为标记的（图6-2）。这个轴在胚泡阶段也可以确认（图6-2）。小鼠卵沿A-V轴极化，动物极位于细胞质帽的中心，没有微绒毛，而卵子其余的部分则覆盖微绒毛。最近的研究显示，胚轴在第一次卵裂或更早时就特化了。第一次卵裂发生的平面接近或穿过A-V轴。这个平面也为穿过两个卵裂球的垂直轴。当进行几次细胞分裂形成胚泡后，胚极（embryonic pole）以及对胚极（abembryonic pole）分布在相同的垂直轴上，第一次卵裂面的一侧为胚极的滋养层，而另一侧则为对胚极的滋养层。2细胞胚的第一个卵裂球在经历第二次卵裂后形成胚极，而第二个卵裂球则形成对胚极。在胚泡中仍保留A-V轴。将胚极和对胚极一分为二的横切面来看，胚泡是椭圆形的（图6-2）。