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
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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）。
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。
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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。
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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。 .
25体节时期鸡胚尾区的次级神经形成
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）。
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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。
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脑泡壁和脑泡腔在成体中形成的衍生物
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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。
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神经嵴部 分衍生物
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鸡胚躯干部神经嵴细胞的迁移
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神经嵴细 胞的迁移 路径由胚 胎的胞外 基质决定。
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）。
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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。
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表皮增 殖异常 与生长 因子
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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。
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。
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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。
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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。
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两栖类和羊膜动 物神经管形成示 意图。
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两栖类和羊膜动 物神经管形成示 意图（续）
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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。
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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）
5. 头部间质（head mesenchyme）形成面部结缔 组织和肌肉
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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
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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。
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。
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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。
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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。
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在胚胎发育的早期，体节形成的时间顺序就已经确立了。 .
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。
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爪蟾神经形成时，两种粘附蛋白N-cadherin和E-cadherin的表达
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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。
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C，神经管闭合区域；D，无脑畸形；E，脊髓裂 .
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。
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神经板的形成
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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。
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6体节鸡胚横切，示亨氏节形成脊索和神经底板
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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。
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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。
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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。
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两栖类和羊膜动 物神经管的闭合 与神经嵴细胞的 迁出。
.Байду номын сангаас
鸡胚神经管 的闭合
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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。
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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。
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人脑的早期发育
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。
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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。
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。
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神经褶的形成和举起
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细胞形状的改变和细胞顶部的收缩驱动神经褶的形成
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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。