第10讲 附肢发育

外胚层嵴顶端对于肢芽近远轴图式的发育是必须的。 外胚层嵴顶端对于肢芽近远轴图式的发育是必须的。 从正在发育的肢芽中去除AER，将导致肢芽生长的停 止；在发育后期将AER去除，可得到较为完整的肢。
附肢内中胚层细胞 的命运是由它们在 渐进带的区域中保 留多长时间决定的： 留多长时间决定的： 在渐进带中细胞持 续增殖，那些首先 续增殖，那些首先 被推离渐进带的细 被推离渐进带的细 胞脱离开AER的影 胞脱离开 的影 响，将形成附肢最 端的成分； 近端的成分； 而那些在渐进带保 持较长 持较长时期的细胞 将形成附肢较远 将形成附肢较远端 的成分. 的成分
美西螈（ maculatum） 美西螈（Ambystoma maculatum）的预定前肢场
视黄酸RA对于肢芽的向外生长具有重要的 视黄酸RA对于肢芽的向外生长具有重要的 意义。用药物阻断RA的合成 的合成， 意义。用药物阻断RA的合成，将抑制肢芽 最初的形成。 最初的形成。 Hensen’s结可能是产生RA的源泉。沿身体 前后轴呈梯度分布的RA可以激活某些同源 框基因，促使这些细胞形成肢场。RA还可 以引起再生尾中的同源转化现象（homeotic transformation） 。
第一节 脊椎动物附肢的发育
脊椎动物的附肢是一个极其复杂的器官 脊椎动物的附肢是一个极其复杂的器官， 极其复杂的器官， 每一块骨和肌肉的位置都被精密地组织在 一起。 一起。 附肢在三个基本轴上是不对称的， 附肢在三个基本轴上是不对称的，但左前 肢总是和右前肢呈镜面对称。 肢总是和右前肢呈镜面对称。 脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层 体壁中胚层和 脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部 表皮共同组成 共同组成。 表皮共同组成。
① ② ③ ④
附肢发育中至少要求三种类型的外胚层和 中胚层间的相互作用： 中胚层间的相互作用：
第一，中胚层起始附肢芽向外生长和形成AER； 第一，中胚层起始附肢芽向外生长和形成AER； AER 第二，AER进一步刺激肢芽的向外生长以及肢 第二，AER进一步刺激肢芽的向外生长以及肢 芽中胚层的增殖和分化； 芽中胚层的增殖和分化； 第三，附肢芽中胚层提供保持AER所必须的刺 第三，附肢芽中胚层提供保持AER所必须的刺 激。
五、附肢发育时期轴的建立
脊椎动物完全形成的附肢包含三个轴的发 近远轴（proximalP- ）、背腹 育：近远轴（proximal-distal, P-D）、背腹 dorsal-ventral， 轴（dorsal-ventral，D-V）和前后轴 anteriorA（anterior-posterior, A-P）。 附肢发育中三个轴的建立具有各自的时间 性，它们好像是按下列顺序决定的：前后 它们好像是按下列顺序决定的： 背腹轴和近远轴。 轴、背腹轴和近远轴。
2.背腹轴的分化 2.背腹轴的分化
背腹轴的组成部分：由早期胚胎预定肢芽区域的外胚层决 背腹轴的组成部分：由早期胚胎预定肢芽区域的外胚层决 并在背腹轴之间发育形成顶外胚层嵴。 定，并在背腹轴之间发育形成顶外胚层嵴。
Wnt-7a在背部外胚层中表达， lmx-1基因在背中胚层中被 在背部外胚层中表达， 中表达 基因在背中胚层中被 Wnt-7a诱导表达，并且参与背部结构的确定。 诱导表达， 诱导表达 并且参与背部结构的确定。 基因在腹部外胚层中表达。 而Engrailed基因在腹部外胚层中表达。 基因在腹部外胚层中表达
鸡胚胎的肢芽
孵化后第三天胚胎 的侧面出现肢芽。 的侧面出现肢芽。
翅肢芽 体节 腿肢芽 顶外胚层嵴
附肢域
能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢域 能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢域 field）或附肢场。 （limb field）或附肢场。 附肢域包括位于中央的 包括位于中央的、 附肢域包括位于中央的、产生附肢本身的 中胚层细胞（附肢盘， disc） 中胚层细胞（附肢盘，limb disc）以及形成 周围的躯干组织和肩带/腰带细胞。 周围的躯干组织和肩带/腰带细胞。 附肢域起初具有调节失去或增加部分附肢 起初具有 附肢域起初具有调节失去或增加部分附肢 的能力， 的能力，附肢域中的每个细胞都能被指令 形成附肢的任意一部分-调和等能系统。 形成附肢的任意一部分-调和等能系统。
扫描电镜观察孵化4.5 扫描电镜观察孵化4.5 天的鸡胚肢芽
腹侧 背侧
显示顶外胚 层嵴AER 层嵴AER
附肢发育中外胚层和中胚层间的相互作用 附肢的向外生长涉及AER和中胚层间持续 附肢的向外生长涉及AER和中胚层间持续 的相互作用： 的相互作用：
一旦中胚层诱导其上方的外胚层形成AER， 一旦中胚层诱导其上方的外胚层形成AER， AER与中胚层的相互作用对附肢的向外生长是 AER与中胚层的相互作用对附肢的向外生长是 最重要的。 最重要的。 AER起初的形成和继续的存在依赖于位于其下 AER起初的形成和继续的存在依赖于位于其下 的中胚层。当非附肢的中胚层移植到AER下方 下方， 的中胚层。当非附肢的中胚层移植到AER下方， AER退化 附肢发育停止。 退化， 则AER退化，附肢发育停止。
第10讲 附肢的发育 ห้องสมุดไป่ตู้0讲 和再生
概述
附肢发育的研究是发育生物学的一个重要 课题。脊椎动物， 课题。脊椎动物，特别是鸟类和两栖类附 limb）的发育包含了大量的、 肢（limb）的发育包含了大量的、各种各 样的诱导作用 诱导作用。 样的诱导作用。 有尾类的蝾螈和美西螈附肢具有明显的再 生能力，是研究再生的极好模型。 生能力，是研究再生的极好模型。
FGF10的表达及其在鸡肢发育过程中的作用 FGF10的表达及其在鸡肢发育过程中的作用
三、前肢和后肢的特化
Gain-of-function实验结果表明 Gain-of-function实验结果表明，转录因子 实验结果表明， TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化有 TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化有 分别与后肢 关。 Loss-of-function资料也表明 人类TBX5基 Loss-of-function资料也表明，人类TBX5基 资料也表明， 因缺失会导致上肢和心脏的异常， 因缺失会导致上肢和心脏的异常，但下肢 基本不受影响。 基本不受影响。
TBX4 和TBX5在肢型特化中的作用 TBX5在肢型特化中的作用
TBX4和TBX5在FGF10诱导形成的肢芽中的表达 TBX4和TBX5在FGF10诱导形成的肢芽中的表达
异位表达 TBX4，可 ， 以使FGF10 以使 诱导形成的 前肢转变为 后肢
四、顶外胚层嵴的形成
随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区， 随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区， 它们分泌的因子诱导肢芽顶端前、 它们分泌的因子诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚 层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶 层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶 外胚层嵴（ ridge，AER）。 ）。AER 外胚层嵴（apical ectoderm ridge，AER）。AER 是一个临时的结构， 是一个临时的结构，对于附肢的继续向外生长是 至关重要的。 至关重要的。 FGF10能够诱导鸡胚背腹交界处的外胚层形成 FGF10能够诱导鸡胚背腹交界处的外胚层形成 能够诱导鸡胚背腹交界处 AER。 AER。 背部化的肢芽突变体中 由于没有背腹交界， 在背部化的肢芽突变体中，由于没有背腹交界， 便不能形成AER。 便不能形成AER。
1.近远轴的发育 1.近远轴的发育
附肢沿近远轴的分化：由 附肢沿近远轴的分化： AER和附肢中胚层诱导的 AER和附肢中胚层诱导的 相互作用产生的。 相互作用产生的。 附肢芽的逐渐向外生长： 附肢芽的逐渐向外生长：
由于位于AER下面间质细胞 由于位于AER下面间质细胞 的增殖； 的增殖； AER释放的分子（ AER释放的分子（成纤维细 释放的分子 胞生长因子FGF） 胞生长因子FGF）维持间质 细胞不断进行分裂。 细胞不断进行分裂。 一旦细胞从生长的顶端离开， 一旦细胞从生长的顶端离开， 其位置信息就固定了。 其位置信息就固定了。
鸡翅内骨的排列模式及其不对称性
孵化10天的完整鸡翅标本，示三个发育轴：近侧孵化10天的完整鸡翅标本，示三个发育轴：近侧-远 10天的完整鸡翅标本 侧轴、前后轴及背腹轴。 侧轴、前后轴及背腹轴。
在所有的四足动物中，附肢发育的基本形 在所有的四足动物中，附肢发育的基本形 态发生原则（ rules） 态发生原则（basic morphogenetic rules） 是相同的。 是相同的。 构建一个附肢所需要的位置信息要在一个 三维（或包括时间在内的四维） 三维（或包括时间在内的四维）的、相互 协调的系统中发挥作用。 协调的系统中发挥作用。现在已鉴定了一 系列蛋白，在附肢近远轴、 系列蛋白，在附肢近远轴、前后轴和背腹 轴的形成过程中发挥作用。 轴的形成过程中发挥作用。
A，RA处理蝌蚪的尾巴引起肢的再生； C，RA处理 促进肢芽的形成（箭头所指部位）。
二、附肢的早期发育
1 附肢发育中外胚层和中胚层间的相互作用 附肢发育起始于肢场侧板中胚层 四肢骨的前体 侧板中胚层（ 的前体） 附肢发育起始于肢场侧板中胚层（四肢骨的前体） 体节中胚层（四肢肌肉的前体 的前体） 和体节中胚层（四肢肌肉的前体）间质细胞的增 殖。 这些间质细胞向侧面迁移到侧板中胚层和表皮之 牢固地贴附于表皮内表面。 间，牢固地贴附于表皮内表面。 覆盖在间质细胞团表面的表皮变得稍微增厚， 覆盖在间质细胞团表面的表皮变得稍微增厚，同 时被包裹在内部的间质细胞团向外突出，形成肢 时被包裹在内部的间质细胞团向外突出，形成肢 bud）。 芽（limb bud）。
AER与位于其下的中胚层的相互作用 AER与位于其下的中胚层的相互作用
①在附肢发育期间任何 时间除去 除去AER， 时间除去AER，远端附 肢的进一步发育停止。 肢的进一步发育停止。 额外的AER移植 移植到 ②当额外的AER移植到 附肢芽上将形成超数附 肢结构， 肢结构，通常朝向附肢 远端。 远端。 ③将腿间质直接置于翅 AER下方 下方， 的AER下方，远端的后 肢结构（ 肢结构（趾）在附肢末 端发育（然而， 端发育（然而，如果腿 间质离AER较远 较远， 间质离AER较远，后肢 间质进入翅的结构）。 间质进入翅的结构）。 ④当非附肢的中胚层移 植到AER下方 下方， 植到AER下方，则AER 退化，附肢发育停止。 退化，附肢发育停止。