胚胎早期发育

一、卵裂（Cleavage）
一）、卵裂的特点：
卵裂期是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚(blastula)的过程。

卵裂的主要特点包括：
分裂周期短;
分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核比由550降至6;
早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；
卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。

二）、卵裂的类型
经线裂(meridional cleavage):指卵裂面与A －V轴平行的卵裂方式。

纬线裂(equatorial cleavage):指卵裂面与A －V轴垂直的卵裂方式。

1、辐射型全卵裂
海鞘：经-纬-经-纬……，8次分裂后产生256个细胞，形成柱形胚胎，在两极细胞移动封口后形成中空的柱形囊胚。

海胆：第四次分裂后将开始不均等分裂，第7次分裂后产生128个细胞组成囊胚。

植物极的micromeres（小分裂球）是生骨中胚层命运，具有启动原肠作用、诱导第二胚轴的活性。

海胆早期囊胚的细胞体积一致，其后长出纤毛，使囊胚可在受精膜内转动，同时也因细胞的增殖，细胞变瘪。

囊胚腔形成的2种可能机制：a、卵裂球分泌的蛋白进入囊胚腔中，导致腔中液体粘稠而吸取胚外水分，腔内的膨胀压阻止了细胞向腔内增生；b、细胞与受精膜内的透明层紧密粘接，使细胞不能向腔内增生。

囊胚的孵化：由动物极细胞分泌孵化酶降解受精膜。

蛙类：卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢，第三次纬裂发生不均等分裂。

植物极半球分裂速度始终较慢，所以囊胚的植物极细胞较大。

Xenopus oocyte
蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。

囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚腔上下细胞的过早交流。

螺旋型全卵裂：均采经线裂。

第三次分裂前，卵裂球内的纺锤体转动45度，然后向动物极方向出芽小卵裂球。

其后的大卵裂球以同样方式产生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。

形成的囊胚无囊胚腔。

螺的旋转方向决定于母源因子
D：右旋
d：左旋
旋转型全卵裂
哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中
子宫
哺乳动物旋转型全卵裂： 卵裂速度缓慢
第1次为经线裂，其后的2个卵裂球个采取不同的卵裂方式；早期的卵裂球的卵裂不同步，可产生奇数细胞的胚胎。

¾ 哺乳动物的卵子体积小、每次排卵的数量少，胚胎发育不是在体外完成，卵裂方式与其它动物有明显差异。

棘皮动物（左）和哺
乳动物（右）第一次
和第二次卵裂方式的
比较
•哺乳动物另一个重要的特征是有胚胎的压缩（compaction）现象。

处于8细胞期的胚胎是一个松散的结构，各个卵裂球之间右许多空隙。

而在第三次卵裂之后，各卵裂球突然相互靠近，相互之间的接触面积达到最大，形成一个紧密的细胞球。

细胞球外层细胞之间有紧密连接，可将球内部的细胞与外环境隔绝，起稳定细胞球的作用。

球体的内部细胞之间有间隙连接（gap junction）相连，可以交换小分子和离子。

哺乳动物卵裂球的致密化（compaction）：在发生第3次卵裂后不久。

哺乳动物受精卵在体外进行的卵裂 A－B－C 2，4，8细胞期；
D 压缩的8细胞期；
E 16细胞桑椹胚；
F 32细胞囊胚期
桑椹胚（Morula）：已发生致密化、尚未形成中空的囊胚腔的哺乳动物囊胚。

胚泡（Blastocyst）：已中空的囊胚腔、未着床前的哺乳动物囊胚。

小鼠8细胞胚胎compaction前后
未压缩的和压缩的8细胞小鼠胚胎的比较
抗E-cadherin的抗体能够阻止胚胎压缩现象的发生
哺乳动物的内细胞团的形成—位置决定论
•内细胞团的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤之一。

通过对活体胚胎的观察研究，到8细胞阶段，卵裂球之间的形态、生化和潜在的发育能力等特征没有差异。

压缩后位于外层的细胞将形成滋养层细胞，而内部的细胞将发育成胚胎。

这种重要决定作用仅仅依赖于细胞于某一正确时间出现在某一正确的位置。

•一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于压缩作用后细胞所处的位置是位于外周还是内部。

•内细胞团中的每个分裂球均能产生身体中任何细胞类型。

当内细胞团细胞被分离，并在一定条件下生长时，它们会在培养过程中保持为分化的特征，并可持续不断地分裂，这些细胞被称为胚胎干细胞（embryo stem cell）。

•利用胚胎干细胞进行基因敲除（gene knock-out）和构建转基因动物已经成为一种非常重要的、用于研究哺乳动物发育过程中基因功能的手段。

人类同卵双生的发生（占出生总数的0.25%）
发生在滋胚层形成前(约
受精后5天前)的分割，有
独立的绒毛膜和羊膜。

占同卵双生的33%。

发生在滋胚层形成后但
羊膜形成前(约受精后5－
9天)的分割，共用绒毛
膜，有独立的羊膜。

占
同卵双生的66%
发生在羊膜形成后(约受
精9天后)的分割，共用绒
毛膜和羊膜，易出现连
体儿。

连体婴儿
哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞
嵌合胚：如右
图，说明早期卵裂
球有同等的发育潜
力。

自然人群中也
出现过同时有XX型
和XY型细胞的人。

胎干细胞：保
持了分化为胚胎本
体的潜能的、可在
体外增殖的胚胎细
胞。

在基因功能研
究和疾病治疗方面
有重要的作用。

哺乳动物中的人工受精和胚胎切割
人工受精：
如主要用于治疗
不育症、保存和
运输优良个体。

胚胎切割：
在2－4细胞期分
割胚胎细胞，用
于繁殖优良家畜
个体。

线虫的旋转全卵裂
第二次卵裂中，
为纬裂
－
直
为经裂。

鸟类的盘状偏裂
胚盘为动物极直径约
区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。

鱼类的盘状偏裂
斑马鱼受精卵的前5次卵裂均为经线裂，产生的32个细胞为单层分布于卵黄上。

其后的分裂方向不规则。

囊胚期开始于128细胞期,属盘状囊胚。

包被层
胚盘的植物极边缘细胞裂解，其核和质与
卵黄细胞融合在一起而构成的一层细胞核
层。

在胚盘下包中，部分
胚盘下成为
供营养的作用；边缘处的为
它们可能起驱动下包的作用。

于胚盘最外层已表皮化的细胞，发育后期
会脱落。

细胞，它们将发育为胚胎本体。

晚期囊胚
的深层细胞的命运已经建立。

昆虫的表面裂
果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。

前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚(syncytial blastoderm)。

在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚，产生16400细胞实心囊胚。

细胞化过程需75min－175min。

二、原肠作用（Gastrulation）
——胚胎细胞重组
(一)、原肠作用的概念和主要特点
原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。

原肠作用期的胚胎叫原肠胚。

（二）、原肠作用中的主要细胞迁移方式
¾外包(epiboly): 表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层
被覆盖。

¾内陷(invagination): 指胚胎的局部区域的内陷。

¾内卷(involution): 指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺
盖原来的外层细胞。

¾内移(ingression): 指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。

¾分层(delamination):指一个细胞层分成两层或多或少平行
的细胞层。

¾会聚伸展(convergent extension): 指细胞间相互插入，使
所在组织变窄、变薄，并推动组织一定
方向移动。

内陷内卷内移分层外包
Convergent extension（会聚伸展）
板状伪足
表皮细胞和间质细胞的概念
表皮细胞(epithelial cells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，
局部或整个结构一起运动。

间质细胞(mesenchymal cells):细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行
动单元。

分散
离层
基质分泌
(三)、几种模型动物的原肠作用
1、海胆的原肠作用
基板
囊胚腔
外胚层
透明层纤毛
原肠作用前海胆囊胚的结构
海胆原肠作用过程：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞。

两种间质细胞都将长出伪足，后者起定向和驱动细胞移动的作用。

海胆原肠运动的开始
海胆原肠作用的机制
内胚层的早期内陷机制：植物极透明层分泌释放硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）进入细胞，它是细胞吸水而向内突起。

内胚层的晚期内陷机制：伪足的收缩和细胞间的变形重排（会聚伸展）
小分裂球中分裂球
原肠腔海胆小分裂球启动原肠作用，可诱导第二胚轴的形成。

的作用可能是分泌信
germ band的收缩，它
食道。