5 发育神经生物学基础(2-1神经元的生长发育和死亡)
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成神经细胞的细胞体
室管膜层
神经上皮层
两侧壁套层神经母细胞和成胶质细 腹侧—两基板→灰质前角、侧角 胞的迅速增生而增厚，称为侧板 背侧—两翼板→灰质后角
神经管顶壁和底壁薄而窄 Neuroscience 顶板 底板
前脑泡 • 三个原始脑泡是脑的原基 中脑泡 菱脑泡
Neuroscience
端脑泡 前脑泡 间脑
M
This mode predominates in later development neuronal precursor
㈠神经元的发生
神经元结构发展的三个主要阶段：细胞增殖 细胞迁移 细胞分化
1、细胞增殖 (cell proliferation )：
S期(合成DNA)，胞核靠近外侧膜处。 M期(有丝分裂)， 胞核移到靠近管腔的位置，分裂产生的子细胞又移行至外界 膜，再合成DNA并重复其增殖周期。
到靶区并激发突触联系的形成。
然而突触接触一旦形成，他们的继续发育与成熟则主要取 决于突触前后成分之间的协调的神经活动。
Neuroscience
三、神经元的程序性死亡(programmed cell death, PCD)
PCD多是指发育过程中自然出现的或生理性的细胞 死亡；
凋亡（apoptosis）多是指由各种外源性因素诱导 的或病理情况下（如脑缺血、脑损伤）的细胞死亡；
•神经上皮细胞的增殖(proliferation) •细胞间的联系(connection)和黏附(adhesion) •细胞的迁移(migration) •神经细胞的分化(differentiation)
•细胞群体中特殊联系的建立
•神经元之间的联系和细胞死亡 •已建立联系的神经组织的功能发育
Neuroscience
分裂后子细胞(daughter cell)的命运取决定很多因素， 其中非常重要的是基因表达(gene expression)的差异性， 而基因表达的调控取决于转录因子（transcription factors） 的类型。
Neuroscience
2、细胞迁移（cell migration)：由靠近脑室的发源地出发， 新发育成的神经元向神经管外周迁移，然后定位于不同的层次 神经管闭合后，部分子细胞从管壁顺着放射状胶质细胞
Neuroscience
The choreography of cell proliferation
This mode of nerve cell division predomination in early development neuronal precursor
边缘层
室管膜层
G1
S
G2
Neuroscience
参与神经系统发生的主要因子：
• 神经诱导因子：骨形成蛋白（BMP）
脊索信号因子（Shh） • 神经发生基因：delta，notch，numb • 神经营养因子：NGF，BDNF，PDGF，CNTF NT-3/4/5，FGF • 细胞外基质（ECM） • 神经黏附分子（CAM） • noggin
左、右大脑半球 两个侧脑室 丘脑、下丘脑
脑 泡
中脑泡
中脑
后脑 菱脑泡 末脑 （后） 脑泡腔
Neuroscience
第三脑室 翼板：四叠体 中：中脑导水管 基板：被盖 端脑纤维下延：大脑脚 脑桥 小脑 延髓
第四脑室wenku.baidu.com
二、神经系统的组织发生
神经系统的形态发生的主要过程 ：
•神经诱导(neural induction)
第二章 神经细胞的生长、发育和 损伤、修复及再生
（发育神经生物学）
Neuroscience
第一节 神经元的生长、发育和死亡
一、神经系统的个体发生
• 整个神经系统起源于外胚层，启动于中胚层。
Neuroscience
原条：胚第3周初， 胚盘尾端正中线的上胚 层细胞增生，形成的一 条纵行的细胞索。
脊索:原结深处的中胚 层细胞增殖，并向头端增 生迁移形成的细胞索。脊 索向头端增长，原条相对 缩短，最终消失。
支
• 树突发育的时空规律：胞体大、轴突长的神经元树突发育起 始时间早于胞体小、轴突短的神经元树突
Neuroscience
3、突触的形成（Synapse Formation）
当生长锥接触到相应target 后即形成了突触，在发育过程
中，突触后成分发育在前，突
触前成分发育在后。
突触形成的影响因素： • 突触后成分与突触前成分 相互作用的结果－Ca2+ 发挥 重要作用 • 蛋白聚集素(agrin)在突触 形成过程中发挥正性调节的 作用
neural groove（神经沟）
神经板沿中线下陷 形成的沟，称神经沟。
神经沟两侧边缘隆
neural fold（神经褶）
起，称神经褶。
neural tube(神经管)
Neuroscience
neural plate (神经板)
neural groove（神经沟）
• 两侧神经褶靠拢 并愈合成管状，称 神经管。是CNS的 原基，分化为脑和 脊髓等。 • 神经板外缘细胞 迁移到神经管背侧 形成细胞索，称神 经嵴。是PNS的原 基，分化为神经节、 周围神经、神经胶 质、肾上腺髓质细 胞等。
轴突的长出，选择合适的途径到达正确的靶细胞
树突的长出，并形成特定的树突形态
轴突选择特定的靶细胞 除去不正确的和多余的突触和轴突及树突的分枝，并剔除 错配的神经元 突触联系最终模式的功能性改造
Neuroscience
大脑皮层神经元之间的联系由两个基本不同的发育程序即
分子线索和神经活动获得。 分子线索控制神经元的身份，引导轴突从特定周围区投射
在多层结构的脑皮质区域，较大的神经元先迁移，并 形成最内层，顺序向外的层次，由较小的神经元，通过先 前已形成的层次迁移，并形成在其外的新的层次。
神经管神经上皮显示一种空间梯度的增殖活性， 神 经元的产生呈现一种“内－外”（inside-out）层状结 构：较早分化的神经元位于皮层的深部，而新近分化的 神经元位于皮层的表层。故不论皮层的什么区域，其最 内层总是最早分化，而最外层则最后分化。
4、突触的消退（Elimination of Synapses）
程序性突触形成Programmed synapse formation
突触形成的启动是按照一个明确不变的程序发生的。突触是
突然出现，随后迅速增多，并形成过量的突触，最后多余无用 的突触迅速消失。
在CNS发育期间，突触的消退被认为是一种消除错误结构的
• follistatin
• chordin
Neuroscience
㈠ 神经元的发生
神经元结构发展的三个主要阶段：细胞增殖 细胞迁移 细胞分化
1、细胞增殖 (cell proliferation )：
S期(合成DNA)，胞核靠近外侧膜处。 M期(有丝分裂)， 胞核移到靠近管腔的位置，分裂产生的子细胞又移行至外界 膜，再合成DNA并重复其增殖周期。
（radial glial cells）发出的纤维移行，穿过合成DNA的神经上皮
细胞到达靠近外界膜下面，这些称为成神经细胞(neuroblast)， 他们开始伸出突起，成为树突和轴突的前身。——放射状胶质 细胞在引导neuron迁徙过程中起着决定性作用。
Neuroscience
迁移神经元
放射状 胶质细胞
在神经元发育的过程中，轴突沿着特定的路线生长、延
长，并伸向将与它发生突触联系的靶细胞。轴突是靠识别行
进道路上的导向分子朝向其正确方向行进的。 ⑴细胞骨架：微管、微丝、中间丝
微管蛋白(tubulin)——运输
肌动蛋白(actin)、肌球蛋白(myosin)——伸缩、转向
Neuroscience
⑵生长锥( growth cone)：神经突发育和再生时轴突末端 膨大呈扇形的结构。 通过阿米巴样运动引导轴突延伸，有利于轴突的生长、 途径的选择、对靶细胞的识别。
Neuroscience
4、突触的消退（Elimination of Synapses）
程序性突触形成Programmed synapse formation
突触形成的启动是按照一个明确不变的程序发生的。突触是
突然出现，随后迅速增多，并形成过量的突触，最后多余无用 的突触迅速消失。
Neuroscience
机制，有利于neuron之间相互作用及其功能发挥的有效性考虑， 消除一些与功能不相适应的synapse，确定最后有用的结构是
很必要的。通过neuron之间的相互作用, 选择性促进neuron之
间可以共存和依赖的结构发育，这样可以使得CNS的功能和该 动物的生存环境更加匹配。
Neuroscience
5、活动依赖的突触重派
神经系统发育过程中的三个特点：
•中枢神经系统源自排列紧密、缺少细胞间质的神经上 皮细胞(早期的神经管管壁及后来的室管膜层) •在发育过程中，由于细胞间的相互作用导致细胞及其 突起的重新配布 •发育过程中任一精密的时空整合程序均反映了基因及
基因外因素的相互作用，其中细胞间的相互作用是起
着关键作用的因素
neural plate (神经板)
• 神经管的形成
neural groove（神经沟）
神经板：脊索诱导 其背侧的外胚层细胞 增厚成板状，称神经 板。
neural fold（神经褶）
神经板由单层柱状上皮
构成，称为神经上皮。
neural tube(神经管)
Neuroscience
neural plate (神经板)
Neuroscience
• 集束化(fasciculation): 轴突沿着ECM上分子行进，最后生 长在一起形成束状结构。
2、树突的生长发育
• 树突晚于轴突长出 • 轴突从支配的靶区中逆行运输一些化学信息(如NTF等) 到神
经元胞体，启动树突的生长
• 树突发育早期，会出现过多生长和分支，后来通过“修剪” 过程，把与功能不相适应的树突分支“修剪”，保留其基本分
片状伪足
丝状伪足
Neuroscience
• 介导轴突生长的机制 轴突生长受到细胞外基质(extracellular matrix, ECM)、细胞 粘连分子(cell adhesion molecule, CAM)及其周围的可溶性物质 如生长因子和靶细胞释放的可溶性物质的影响，这些物质可 增强和吸引或抑制和排斥生长锥的生长。
Neuroscience
Inside-out development of cortex
3、细胞分化(Neuron differentiation):
由一个neuroblast转变成具有neuron特性的多步骤 过程，不仅包括形态上的改变（细胞从圆形或卵圆形到有 突起，轴突的发生在前，树突的发生在后），更重要的是 其内在的变化。
细胞坏死（necrosis）多发生在突然及严重损伤的 情况下，如感染、严重缺血等，其形态学特征与PCD和 apoptosis不同。
Neuroscience
neural fold（神经褶）
neural tube(神经管)
Neuroscience
• 神经褶愈合过程中，头尾两端各有一开口，称前、后神经孔。 • 前神经孔闭合脑泡 后神经孔闭合脊髓
• 神经管的尾侧段分化、发育为脊髓
基 本 保 持 三 层 结 构
边缘层—白质
成神经细胞的轴突
套层—脊髓灰质
神经元形成递 质的性质受其接触 的靶器官所分泌的 物质的调控。
Neuroscience
㈡ 神经联系的发生
通路形成的三个阶段: 通路选择(pathway selection)
目标选择(target selection)
地点选择(address selection)
Neuroscience
1、轴突生长
Activity Dependent Synapse Rearrangement
突触重派是神经活动及突触传递的结果。 神经活动是驱动皮质内神经环路发育的重要因素，同时也
是突触联系通路三个阶段中address selection中的最后步骤。
Neuroscience
Neuroscience
神经元联系最终模式的建立与下列的五个过程有关
室管膜层
神经上皮层
两侧壁套层神经母细胞和成胶质细 腹侧—两基板→灰质前角、侧角 胞的迅速增生而增厚，称为侧板 背侧—两翼板→灰质后角
神经管顶壁和底壁薄而窄 Neuroscience 顶板 底板
前脑泡 • 三个原始脑泡是脑的原基 中脑泡 菱脑泡
Neuroscience
端脑泡 前脑泡 间脑
M
This mode predominates in later development neuronal precursor
㈠神经元的发生
神经元结构发展的三个主要阶段：细胞增殖 细胞迁移 细胞分化
1、细胞增殖 (cell proliferation )：
S期(合成DNA)，胞核靠近外侧膜处。 M期(有丝分裂)， 胞核移到靠近管腔的位置，分裂产生的子细胞又移行至外界 膜，再合成DNA并重复其增殖周期。
到靶区并激发突触联系的形成。
然而突触接触一旦形成，他们的继续发育与成熟则主要取 决于突触前后成分之间的协调的神经活动。
Neuroscience
三、神经元的程序性死亡(programmed cell death, PCD)
PCD多是指发育过程中自然出现的或生理性的细胞 死亡；
凋亡（apoptosis）多是指由各种外源性因素诱导 的或病理情况下（如脑缺血、脑损伤）的细胞死亡；
•神经上皮细胞的增殖(proliferation) •细胞间的联系(connection)和黏附(adhesion) •细胞的迁移(migration) •神经细胞的分化(differentiation)
•细胞群体中特殊联系的建立
•神经元之间的联系和细胞死亡 •已建立联系的神经组织的功能发育
Neuroscience
分裂后子细胞(daughter cell)的命运取决定很多因素， 其中非常重要的是基因表达(gene expression)的差异性， 而基因表达的调控取决于转录因子（transcription factors） 的类型。
Neuroscience
2、细胞迁移（cell migration)：由靠近脑室的发源地出发， 新发育成的神经元向神经管外周迁移，然后定位于不同的层次 神经管闭合后，部分子细胞从管壁顺着放射状胶质细胞
Neuroscience
The choreography of cell proliferation
This mode of nerve cell division predomination in early development neuronal precursor
边缘层
室管膜层
G1
S
G2
Neuroscience
参与神经系统发生的主要因子：
• 神经诱导因子：骨形成蛋白（BMP）
脊索信号因子（Shh） • 神经发生基因：delta，notch，numb • 神经营养因子：NGF，BDNF，PDGF，CNTF NT-3/4/5，FGF • 细胞外基质（ECM） • 神经黏附分子（CAM） • noggin
左、右大脑半球 两个侧脑室 丘脑、下丘脑
脑 泡
中脑泡
中脑
后脑 菱脑泡 末脑 （后） 脑泡腔
Neuroscience
第三脑室 翼板：四叠体 中：中脑导水管 基板：被盖 端脑纤维下延：大脑脚 脑桥 小脑 延髓
第四脑室wenku.baidu.com
二、神经系统的组织发生
神经系统的形态发生的主要过程 ：
•神经诱导(neural induction)
第二章 神经细胞的生长、发育和 损伤、修复及再生
（发育神经生物学）
Neuroscience
第一节 神经元的生长、发育和死亡
一、神经系统的个体发生
• 整个神经系统起源于外胚层，启动于中胚层。
Neuroscience
原条：胚第3周初， 胚盘尾端正中线的上胚 层细胞增生，形成的一 条纵行的细胞索。
脊索:原结深处的中胚 层细胞增殖，并向头端增 生迁移形成的细胞索。脊 索向头端增长，原条相对 缩短，最终消失。
支
• 树突发育的时空规律：胞体大、轴突长的神经元树突发育起 始时间早于胞体小、轴突短的神经元树突
Neuroscience
3、突触的形成（Synapse Formation）
当生长锥接触到相应target 后即形成了突触，在发育过程
中，突触后成分发育在前，突
触前成分发育在后。
突触形成的影响因素： • 突触后成分与突触前成分 相互作用的结果－Ca2+ 发挥 重要作用 • 蛋白聚集素(agrin)在突触 形成过程中发挥正性调节的 作用
neural groove（神经沟）
神经板沿中线下陷 形成的沟，称神经沟。
神经沟两侧边缘隆
neural fold（神经褶）
起，称神经褶。
neural tube(神经管)
Neuroscience
neural plate (神经板)
neural groove（神经沟）
• 两侧神经褶靠拢 并愈合成管状，称 神经管。是CNS的 原基，分化为脑和 脊髓等。 • 神经板外缘细胞 迁移到神经管背侧 形成细胞索，称神 经嵴。是PNS的原 基，分化为神经节、 周围神经、神经胶 质、肾上腺髓质细 胞等。
轴突的长出，选择合适的途径到达正确的靶细胞
树突的长出，并形成特定的树突形态
轴突选择特定的靶细胞 除去不正确的和多余的突触和轴突及树突的分枝，并剔除 错配的神经元 突触联系最终模式的功能性改造
Neuroscience
大脑皮层神经元之间的联系由两个基本不同的发育程序即
分子线索和神经活动获得。 分子线索控制神经元的身份，引导轴突从特定周围区投射
在多层结构的脑皮质区域，较大的神经元先迁移，并 形成最内层，顺序向外的层次，由较小的神经元，通过先 前已形成的层次迁移，并形成在其外的新的层次。
神经管神经上皮显示一种空间梯度的增殖活性， 神 经元的产生呈现一种“内－外”（inside-out）层状结 构：较早分化的神经元位于皮层的深部，而新近分化的 神经元位于皮层的表层。故不论皮层的什么区域，其最 内层总是最早分化，而最外层则最后分化。
4、突触的消退（Elimination of Synapses）
程序性突触形成Programmed synapse formation
突触形成的启动是按照一个明确不变的程序发生的。突触是
突然出现，随后迅速增多，并形成过量的突触，最后多余无用 的突触迅速消失。
在CNS发育期间，突触的消退被认为是一种消除错误结构的
• follistatin
• chordin
Neuroscience
㈠ 神经元的发生
神经元结构发展的三个主要阶段：细胞增殖 细胞迁移 细胞分化
1、细胞增殖 (cell proliferation )：
S期(合成DNA)，胞核靠近外侧膜处。 M期(有丝分裂)， 胞核移到靠近管腔的位置，分裂产生的子细胞又移行至外界 膜，再合成DNA并重复其增殖周期。
（radial glial cells）发出的纤维移行，穿过合成DNA的神经上皮
细胞到达靠近外界膜下面，这些称为成神经细胞(neuroblast)， 他们开始伸出突起，成为树突和轴突的前身。——放射状胶质 细胞在引导neuron迁徙过程中起着决定性作用。
Neuroscience
迁移神经元
放射状 胶质细胞
在神经元发育的过程中，轴突沿着特定的路线生长、延
长，并伸向将与它发生突触联系的靶细胞。轴突是靠识别行
进道路上的导向分子朝向其正确方向行进的。 ⑴细胞骨架：微管、微丝、中间丝
微管蛋白(tubulin)——运输
肌动蛋白(actin)、肌球蛋白(myosin)——伸缩、转向
Neuroscience
⑵生长锥( growth cone)：神经突发育和再生时轴突末端 膨大呈扇形的结构。 通过阿米巴样运动引导轴突延伸，有利于轴突的生长、 途径的选择、对靶细胞的识别。
Neuroscience
4、突触的消退（Elimination of Synapses）
程序性突触形成Programmed synapse formation
突触形成的启动是按照一个明确不变的程序发生的。突触是
突然出现，随后迅速增多，并形成过量的突触，最后多余无用 的突触迅速消失。
Neuroscience
机制，有利于neuron之间相互作用及其功能发挥的有效性考虑， 消除一些与功能不相适应的synapse，确定最后有用的结构是
很必要的。通过neuron之间的相互作用, 选择性促进neuron之
间可以共存和依赖的结构发育，这样可以使得CNS的功能和该 动物的生存环境更加匹配。
Neuroscience
5、活动依赖的突触重派
神经系统发育过程中的三个特点：
•中枢神经系统源自排列紧密、缺少细胞间质的神经上 皮细胞(早期的神经管管壁及后来的室管膜层) •在发育过程中，由于细胞间的相互作用导致细胞及其 突起的重新配布 •发育过程中任一精密的时空整合程序均反映了基因及
基因外因素的相互作用，其中细胞间的相互作用是起
着关键作用的因素
neural plate (神经板)
• 神经管的形成
neural groove（神经沟）
神经板：脊索诱导 其背侧的外胚层细胞 增厚成板状，称神经 板。
neural fold（神经褶）
神经板由单层柱状上皮
构成，称为神经上皮。
neural tube(神经管)
Neuroscience
neural plate (神经板)
Neuroscience
• 集束化(fasciculation): 轴突沿着ECM上分子行进，最后生 长在一起形成束状结构。
2、树突的生长发育
• 树突晚于轴突长出 • 轴突从支配的靶区中逆行运输一些化学信息(如NTF等) 到神
经元胞体，启动树突的生长
• 树突发育早期，会出现过多生长和分支，后来通过“修剪” 过程，把与功能不相适应的树突分支“修剪”，保留其基本分
片状伪足
丝状伪足
Neuroscience
• 介导轴突生长的机制 轴突生长受到细胞外基质(extracellular matrix, ECM)、细胞 粘连分子(cell adhesion molecule, CAM)及其周围的可溶性物质 如生长因子和靶细胞释放的可溶性物质的影响，这些物质可 增强和吸引或抑制和排斥生长锥的生长。
Neuroscience
Inside-out development of cortex
3、细胞分化(Neuron differentiation):
由一个neuroblast转变成具有neuron特性的多步骤 过程，不仅包括形态上的改变（细胞从圆形或卵圆形到有 突起，轴突的发生在前，树突的发生在后），更重要的是 其内在的变化。
细胞坏死（necrosis）多发生在突然及严重损伤的 情况下，如感染、严重缺血等，其形态学特征与PCD和 apoptosis不同。
Neuroscience
neural fold（神经褶）
neural tube(神经管)
Neuroscience
• 神经褶愈合过程中，头尾两端各有一开口，称前、后神经孔。 • 前神经孔闭合脑泡 后神经孔闭合脊髓
• 神经管的尾侧段分化、发育为脊髓
基 本 保 持 三 层 结 构
边缘层—白质
成神经细胞的轴突
套层—脊髓灰质
神经元形成递 质的性质受其接触 的靶器官所分泌的 物质的调控。
Neuroscience
㈡ 神经联系的发生
通路形成的三个阶段: 通路选择(pathway selection)
目标选择(target selection)
地点选择(address selection)
Neuroscience
1、轴突生长
Activity Dependent Synapse Rearrangement
突触重派是神经活动及突触传递的结果。 神经活动是驱动皮质内神经环路发育的重要因素，同时也
是突触联系通路三个阶段中address selection中的最后步骤。
Neuroscience
Neuroscience
神经元联系最终模式的建立与下列的五个过程有关