第六章 卵裂

一、 两栖类卵裂
• 大多数蛙、蝾螈的卵裂与棘皮动物如海胆 相同，属辐射式卵裂。但由于其植物半球 辐射式卵裂。 辐射式卵裂 富含卵黄，妨碍卵裂，因此当第一次卵裂 从动物极开始，还在沿经线分割植物极的 细胞质时，第二次卵裂已经从动物极开始 了，第二次与第一次成直角，也是经裂。 第三次为纬裂，但卵裂沟靠近动物极，形 成动物半球的4个小卵裂球和植物极的4个 大卵裂球。之后，动物半球与植物半球的 卵裂不同步，在动物半球，形成大量小的 卵球，植物半球，形成数目少的大卵裂球。
二、不全卵裂
• 卵裂仅发生在细胞质的一小部分。这 种卵裂方式是由于卵中含有大量卵黄， 卵黄是一种惰性物质影响卵裂。 • 包括：①盘状卵裂，即细胞分裂是在 一小片不含卵黄的盘状细胞质里。代 表动物：鸟类、鱼类。 • ②表面卵裂。即卵裂发生在卵 子细胞质的表层，细胞质中心由于富 含卵黄而不分裂。代表动物：大多数 昆虫的卵裂方式。
（二）表面卵裂
•1. 概念：即卵裂发生在卵 子细胞质的表层。细胞质中 心由于富含卵黄而不分裂。 代表动物：大多数昆虫的卵 裂方式。
2. 果蝇卵裂特点：
• 第一，中央有大量卵黄，卵裂只能在卵子细胞质周 边进行。这种卵裂只是细胞核分裂，而胞质不立即 分裂。果蝇经8次卵裂，产生256个细胞核。这些核 迁移到卵的周边，因此，形成含有许多细胞核的合 胞体囊胚（syncytial blastoderm）。 • 第二，胚胎的表面向内生长，卵膜陷于核之间，把 每个细胞核分隔成为单细胞。形成了单层细胞囊胚 （cellular blastoderm），所有的细胞都围绕中 央的卵黄排列成一层。 • 第三，昆虫卵发育的第一个分化事件是把未来的生 殖细胞与胚胎的其余部分区分开来。约13次分裂， 合胞体就变成囊胚。
卵裂基本过程： • 经裂（meridinal cleavage）：指由 动物极到植物极的裂面通常称经裂。 • 纬裂（horizontal cleavage）：位 于动物极与植物极之间的卵裂称为纬 裂。 • 一个典型的无黄卵的卵裂：有一经、 二经、三纬、四二经、五二纬，32整 （32-细胞期）。
表6.1 卵裂方式的分类
• MPF： • 小的催化亚基“Cdc2激酶”：为Cdc2基因 的产物，是进化中高度保守的分子，相对 分子质量为3.4X104，简称p34。p34以两 种形式存在，①磷酸化和非磷酸化，在16 1位苏氨酸（T-161）磷酸化②15位酪氨酸 （Y-15）、14位苏氨酸（T-14）等去磷酸 化时，才显示出高活性，能使多种蛋白质 磷酸化。 • 一个略大的调节亚基“周期蛋白”： Cdc 2激酶
卵裂方式 卵黄位置 卵裂的对称性 代表性的动物
稀疏和均匀 分布的卵黄 完全卵裂 中度卵黄
辐射状对称 螺旋状对称 两侧对称 交替旋转对称 辐射状对称
棘皮动物，文昌鱼 大多数的软体动物、 环节动物、扁虫、线虫 海鞘 哺乳动物 两栖类
端卵黄 不完全卵裂 中央卵黄
两侧对称 园盘形 表面的
头足纲扁虫 爬行类，鱼，鸟类 大多数节肢动物
• 七、细胞分裂检查点：DNA和纺锤体 细胞分裂检查点：DNA和纺锤体 • 维持细胞内各事件之间正常依赖关系的调 控机制。 • 八、细胞静止因子 • MPF的合成和降解导致细胞的周期性分裂， 如MPF一直保持活性，细胞分裂相则停滞 于M相。细胞静止因子（cytostatic fact or，CSF）含有c-mos和cdk2基因产物，通 过阻止周期蛋白降解而发挥作用。
第六章
卵裂
第一节
胚胎的卵裂方式
两栖类 哺乳动物 斑马鱼 果蝇
卵裂指受精卵最初的一些子细胞分裂 卵裂 （cleavage）。
• 卵裂阶段的细胞称卵裂球。 • 特点：类似于一般的有丝分裂但又不同于 有丝分裂。 • 类似之处：一个细胞分裂时都分裂成两个 子细胞； • 不同之处：第一, 卵母细胞远比一正常细 胞大。第二, 除哺乳动物外, 大多数物种 的卵裂速度以及卵裂球所处的位置，都是 由母本贮存在卵母细胞中的mRNA和蛋白质 (母型蛋白质和母型RNA) 所控制的。第三， 卵裂以极高的速度分裂。
2. 紧密化方式
• 第一，在8-细胞期出现紧密化：8-细胞期以前 的胚胎结构松散，但在第三次卵裂后，突然相 互贴近，形成一个紧密的球体。外层细胞之间 有紧密连接，将球内部细胞与外环境隔开，为 胚胎发育提供微环境。而球内部的细胞之间有 间隙连接，使内部细胞之间又以相互交换小分 子和离子。 • 第二，内细胞团和滋养层细胞形成及各自的作 用。紧密化细胞再继续分裂，形成16-细胞的桑 椹胚，这时细胞有了内、外之分。内部的一小 细胞团（内细胞团）和包围它们的一层外部细 胞形成滋养层细胞。
• （2）通过细胞骨架重组使细胞之间 的连接更为紧密。在紧密化过程中， 由于肌动蛋白微丝延伸形成的微绒毛 出现在相邻细胞的表面，并在细胞间 相连。这些微绒毛可能是E-cadherin 介导细胞间粘着的位点。卵裂球间发 生接触是通过肌动蛋白解聚，使微绒 毛缩短，从而把卵裂球更紧密地拉在 一起。
4. 囊胚腔形成及囊胚脱离透明带
四、周期蛋白B 周期蛋白B
• 周期蛋白（Cyclin）的合成呈周期性。Cy clin B于S相末开始合成积累，于M相降解。 周期蛋白mRNAs贮存于卵母细胞的细胞质 中，如果它们的翻译过程被选择性地抑制， 那么细胞就不能进入M相。参与组成MPF的 周期蛋白为CyclinB，与Cdc2激酶结合成M PF复合物后，可使Cdc2激酶亚单位的14位 苏氨酸（T-14）残基、15位酪氨酸（Y-15） 残基和161位苏氨酸（T-161）残基磷酸化 （图6.12），其中T-161的磷酸化是MPF获 得活性的必要条件，而T-14和Y-15磷酸化 则抑制其活性。
图6.1
蛙卵的卵裂
• 用罗马数字标明的，显示出现的次序， （A、B）植物极卵黄阻碍卵裂，以至 于在第一次卵裂完成之前，第二次卵 裂已于动物半球开始。（C）第三次 卵裂靠近动物极，与动物半球相比， 植物半球细胞数少，并呈长形。(D-H) 与动物半球相比，植物半球的卵裂球 数量较少但体积较大。
二、代表动物：哺乳动物。
• 以人胚为例，大约在受精7天后，胚胎进入囊胚期。此 时，分裂球排列成球囊称胚泡。 • 内细胞团位于囊胚腔一端。滋养层细胞膜靠近囊胚腔的 一面有Na+/K+泵蛋白（Na+/K+ATPase），随着胚胎由输 卵管向子宫方向运动，Na+被泵入囊胚腔内，使腔内Na+ 升高，导致渗透压升高，水分子渗入，囊腔扩大，胚泡 在透明带中随之增大。由于透明带的存在，胚泡不能附 着于输卵管上，也不破裂，所以一般不发生宫外孕。 • 当胚胎到达子宫后，胚胎从透明带中“孵化”出来附着 到子宫壁。因为哺乳动物几乎没有卵黄，发育到这一阶 段的胚胎所需的营养物质需要从母体获得。胚胎孵出透 明带，是由于在胚泡的细胞膜上有一种类似于胰蛋白酶 的水解酶，它能溶解透明带的纤维性基质，使透明带出 现一个小洞胚胎由此洞而挤出。
1. 哺乳动物卵裂的特点
• 第一，卵裂最缓慢。第一次分裂将于受精一天后才开始。 以后每间隔12-24h才分裂一次。第一次卵裂发生在胚胎 被输卵管的纤毛推往子宫的旅途中。 • 第二，卵裂位置特别。第一次卵裂为正常经裂，但第二 次卵裂时，其中一个卵裂球为经裂，另一个为纬裂。形 成“旋转式卵裂”。 • 第三，早期卵裂不同步，因而常出现奇数细胞，这是由 于每次都是由较大的细胞先行分裂。 • 第四，合子基因组启动较大多数动物早，以合成卵裂所 必需的蛋白质（酶），如小鼠、山羊合子型基因启动在 2-细胞期就已发生。 • 第五，胚胎压缩现象。小鼠在8-细胞期发生胚胎“紧密 化”。 哺乳动物的卵裂方式见图6.2。
第二节
卵裂的机制
卵裂周期的调控 促成熟因子（ 促成熟因子（MPF） Cdc2激酶 周期蛋白B Cdc25磷酸酶 其它周期蛋白和依赖于周期蛋白的激酶 细胞分裂检查点： 细胞分裂检查点：DNA和纺锤体 细胞静止因子
一、卵裂周期的调控
• 躯体细胞的细胞周期能区分为4个 阶段（图6.11A）：核分裂相（M 相）之后有一个DNA复制前的间期 G1相，DNA在G1相之后的S期中合 成。DNA合成后又存在一个核分裂 前的间期G2相。这些时相的推进 一般是受到外源信号（如激素、 生长因子）等调控的。
（一）盘状卵裂
• 鱼类卵裂与鸟类相似，卵裂在动物极的胚盘里 进行卵裂速度很快，每15min一次。前12次同步 进行，在动物极形成一个细胞团。但胚胎约从 第10次卵裂开始，中囊胚进入由母型调控向合 子型调控过渡期，合子细胞核基因开始转录， 并且转录活性逐渐增强，细胞分裂速度减慢， 并且发生明显的位移。 • 中囊胚转换：通常将胚胎细胞核分裂速度减慢 和RNA转录的增强叫中囊胚转换（midblastula transition，MBT）。在随后的分裂过程中，细 胞分化成3个细胞群： 第一，卵黄合胞体层细 第一， 胞群。第二，包被层细胞群。第三，深层细胞 胞群。第二，包被层细胞群。第三， 群。
二、促成熟因子（MPF） 促成熟因子（MPF）
• 由孕酮刺激产生并诱导恢复减数 分裂的因子，是由2个亚单位（Cd c2和Cyclin B）构成的，称为促 成熟因子（MPF）。MPF最先于成 熟的蛙卵中发现，它具备恢复减 数分裂的能力。在受精后的双相 周期中，该因子继续发挥着它的 作用。
三、Cdc2激酶 Cdc2激酶
五、Cdc25磷酸酶 Cdc25磷酸酶
• 核分裂始于MPF激酶亚单位15位酪 氨酸（Y-15）的突然去磷酸，而p 34的去磷酸化依赖于Cdc25磷酸酶 的出现。 • 果蝇中，卵成熟和早期发育过程 受活化的MPF激酶的调节（图6.1 2）。
六、其他周期蛋白和依赖于周期蛋白的激酶
• 凡属依赖周期蛋白激酶家族的成员都由一 种周期蛋白和一种依赖于周期蛋白的激酶 （Cdk）组成，其中，MPF的Cdk称为Cdk1 （即p34cdc2）。 • 果蝇胚胎的第14次分裂周期时，String蛋 白成为限制因素，使果蝇的胚胎细胞分裂 周期增加一个G2相。第17周期时Cyclin E 成为DNA复制的限速因素，这时果蝇的胚 胎细胞周期中增加了一个G1相。
• 人为将源自不同小鼠胚胎（2细胞阶段或 多细胞阶段，通常在4-8细胞阶段）的细 胞组合在一起，形成的组合胚胎可产生出 嵌合体小鼠（图6.5A）。 • 将遗传性状不同的两种小鼠早期透明带去 除，并将它们合成一个囊胚，移植到假孕 母鼠子宫内继续发育。出生后嵌合体子代 含有源自两种胚胎的细胞。如果组合的卵 裂球分别来自具不同毛色的品种，将白鼠 和黑鼠进行组合，通常可得到黑白相间的 嵌合鼠（图6.5B）。
3. 细胞囊胚的形成的机制：
• 与其它所有细胞形成是一样的，是微 管和微丝相互作用的结果。首先是两 细胞核之间的细胞膜及下面的肌动蛋 白网络内陷，当细胞膜内陷超过了细 胞核时，肌动蛋白——细胞膜复合体 开始在形成的细胞的基底端压缩，形 成新的完整细胞。 • 果蝇受精后4h之后 ，可以形成细胞 囊胚，此时有6000个细胞。
5. 双胞胎和胚胎干细胞
• 分类：同卵和异卵双生。异卵双生是两个 卵分别受精结果。 同卵双生个体是起源 于同一个胚胎，由不明原因造成胚胎细胞 分离而形成双胞胎。占出生比率0.25%。 • 第5天，形成囊胚（有了内细胞团和滋养 层，后者将形成绒毛膜胎盘）。 • 第9天，形成另一胚外结构——羊膜。1/3 同卵双生各具有独立绒毛膜，2/3同卵双 生共用一个绒毛膜，但各具一个羊膜。仅 极少数同卵双生位于同一绒毛膜和羊膜内。
• 旋转式卵裂（rotational cleavage）。 • 为动物界最小的卵子之一，如人的受精卵 直径仅为100µm （0.1mm) ，驼鸟卵子直 径达8-12cm。 • 卵子(卵巢)→受精(在输卵管膨大处) →减 数分裂→被纤毛运动运送到输卵管。 • 哺乳动物8-16细胞期为桑椹胚(两栖类1664细胞期称桑椹胚期)→ 16-32细胞期为 囊胚期 (两栖类128细胞期为囊胚期）
3. 紧密化的机制： • （1）相邻细胞表面间的相互作用使 糖蛋白分子集中分布于卵裂球接触区。 到8-细胞期，由于相邻细胞间的相互 作用，卵裂球的膜发生广泛去极化。 在4-细胞期时在细胞膜表面随机分布 的一些糖蛋白分子，如细胞粘着分子 E-cadherin，随紧密化的发生，主要 集中分布于卵裂球相互接触的表面上。