中枢神经系统发育及其可塑性

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Apoptosis or PCD
转录因子的按顺序表达使神经母细胞每次分裂后产生不同的神经元
（A）在最早几次分裂时，果蝇所有 的神经母细胞都会按顺序表达四个转 录因子
（B）和缺失或持续表达能影响神经 母细胞产生不同的能力。虚线显示或 者死亡，或者变成二生（缺失）或头 生（缺失）
（C）７－１、７－３和７－４这三 个神经母细胞每次分裂后产生的各不 相同，但用同样的转录因子来决定它 们的命运。７－１和７－４前两次分 裂时都表达。７－３只分裂三次。运 动：运动神经元；中间：中间神经元； 胶质：胶质细胞
• 细胞外的因子最终会在细胞内激活一个特异的分裂和 分化程序，使神经前体细胞可以在很大程度上不受环 境的影响，产生不同的神经细胞。通过对这些机理的 进一步的研究，发育神经生物学的最终目标是能够精 确地描述：在发育过程中，不同的神经元和胶质细胞 如何按准确的数量、在特定的时期、在不同的神经系 统部位产生。
遗传因素：包括单基因遗传性疾患，多基因遗传性疾患及染色体 病；
环境因素：包括药物和环境化学物质、微生物感染、电离辐射、 母体疾病等因素。此外，营养因素如已知某些维生素缺乏，特 别是叶酸缺乏可影响神经管的正常封闭。
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ectoderm
Inducting factors
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较早分化的较大神经元先迁移并形成最内层，依次顺序向外；而较晚分化的较小神经元则通 过已形成的层次迁移并形成其外侧新的层次；故不论皮质的什么区域，其最内层总是最早分 化，而最外层则最后分化。
哺乳动物大脑新皮层功能区域的形成
（A）在正常发育过程中，胚胎前脑背部中线和头端的成型中心分泌、和8等因子， 使这些蛋白分别沿背腹轴和前后轴形成浓度梯度，进而影响多种转录因子在神经前 期细胞中的表达量，最终把大脑新皮层分化成不同的功能区域。 （B）受在胚胎前脑后端异位表达的8影响，大脑新皮层能在后端形成第二个运动 和躯体感觉皮层。
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• 在决定神经细胞命运的过程中，细胞之间的相互作用 起重要作用。这些相互作用既可以发生于神经细胞与 非神经细胞之间，也可以发生于神经细胞之间；这些 相互作用既可以通过弥散在环境中的诱导因子，也能 通过细胞之间的直接对话。
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介导的信号传导通路－细胞之间可以通过对话来选择不同的命运
（A）在果蝇的正常发育过程中，一个形成中的神经前体细胞（深绿色）能阻止邻近的 神经外胚层细胞（浅绿色）也选择这一命运，使后者变成表皮细胞（白色） （B）形成中的神经前体细胞通过来激活邻近的细胞中的信号传导通路，从而抑制和等 基因的表达，使邻近的细胞不能成为神经前体细胞 （C）活性的改变能影响果蝇神经前体细胞的数量
Growth cone in culture
- takes hold of the substrate and pull the advancing GC forward - probe the environment, moving in and out of the lamellipodia
Cell adhesion molecules (CAMs)
A
B
鼠脑细胞：
肌动蛋白丝染绿色
微管红色
A:神经细胞迁移过程中,有领先突起。领先突起有分枝,动态竞争,其中一 枝成为主干,带领细胞体的移动,其后,又不断重复分枝竞争,决定细胞移 动方向。
B:迁移的神经细胞也可以原来领先突起的生长锥消失,在细胞体完全相反 的一边长处出新的突起,导致细胞180度转向。
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2. Behavior/functional activity and environment …
3. Neurogenesis in the adult brain is far too limited to repair CNS damage.
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•迁移的神经细胞: •
不对称细胞分裂可以造成细胞的多样性
（A）蛋白的不对称分布可以使两个子细胞选择不同命运。集中在细胞一侧的 蛋白（绿色）是否只分配给一个子细胞，还取决于纺锤体（粉红色）的位置， 即细胞分裂的平面（橙色） （B）果蝇的细胞通过三轮不对称的分裂产生组成感受机械或化学信息的外感 觉（ ）器官的四个细胞。缺失或对称分布都会影响器官的形成 （C）活性的改变也会影响器官的形成。H: 刚毛细胞；N：感觉神经元；S: 毛 孔细胞；，鞘细胞。
一些流行病学调查结果显示某些出生类型的缺陷，发生率与地理 条件有密切关系。山西省出生缺陷总发生率最高，湖北省最低
• 导致发育畸形的因素远未完全清楚
中枢神经系统畸形绝大部分是由于神经管发育缺陷或神经管前后 孔未闭引起,占总先天畸形发病率的17％.主要是无脑畸形、隐 性脊柱裂、脊髓脊膜膨出，脑积水等。此外，脑过小畸形、胼 胝体不发育、苯丙酮尿症、精神发育迟滞等均属神经系统的发 育异常，但较少见。
• 可塑性()：即神经系统发育过程中神经元对神经活动及环境 改变所作出的结构和功能上的应答反应。
•
细胞调亡 - 突触重排及消退等
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脊椎动物神经管的形成:神经管有两个主要的轴线：背腹轴和前后（头尾）轴。 前后轴将神经系统分成前脑、中脑、后脑和脊髓，还将这些区域细分为更加特 殊的神经结构。在背腹轴上，不同的区域也有不同的神经细胞种类。在有些部 位，还有左右轴，即左右两侧分布不同的神经细胞。外周神经系统来源于与神 经板相邻的神经脊，后者是外胚层中一群特殊的细胞，从发源地迁移到胚胎多 个部位，形成包括外周神经系统在内的多种组织。即脊髓平面的神经系统及其 周围组织，背侧在上，腹侧在下。
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1. The growing axon
The growing tip of a neurite is called a growth cone, which is specialized to identify an appropriate path for neurite elongation. Structure and feature of growth cone:
（D）神经母细胞和分裂时也将蛋白 不对称地分配给两个子细胞。只分裂 一次，产生两个不同的神经细胞，并 通过的不对称分布使它们选择不同的 命运
Neurogenesis in the adult neocortex
Recent finding show:
1. Although most of the division action is over well before birth, the adult SGZ and SVZ retains some capacity to generate new neuron.
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Controlling growth cone extending
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神经管沿背腹轴的分化
（A）和家族蛋白分别在脊髓腹 侧与背侧形成浓度梯度，从而使 神经前期细胞在背腹轴不同的位 置选择不同的命运。由脊索和底 板分泌，而则由表皮（神经管形 成之前）或顶板（神经管形成之 后）分泌。
（B）神经管沿背腹轴分化的分 子模型。抑制I型蛋白的表达， 但激活型蛋白的表达。I型和型 蛋白能抑制彼此的表达，但它们 在腹侧的不同位置有不同的表达 范围，形成蛋白编码，从而共同 分化神经前期细胞，使后者只能 产生某一种神经元。
Nucleus concretion Forming half-moon and dwindle in size
A cell transfiguration away from adhesion surface
Nucleus rupture
• 神经管的尾侧段分化、发育为脊髓
基 本 边缘层—白质
保
持 套层—脊髓灰质 三
层 结 管腔—中央管 构
腹侧—两基板 两侧壁套层神经母细胞和成胶质细胞的迅速增生而增厚
顶板
背侧—两翼板
神经管顶壁和底壁薄而窄
底板
• 胚胎第三个月之前，脊髓与脊 • 柱等长，其下端达脊柱的尾骨；
• 胚三个月后，因脊柱增长快于 • 脊髓，脊柱便渐超越脊髓向尾 • 端延伸，脊髓位置相对上移；
Neuronal progenitor
Glial progenitor
Neural progenitor
mesoderm
原肠胚期早期的两栖类动物胚胎
背唇可以诱导两栖类动物胚胎形成第二条神经轴：（A）斯佩曼和曼葛得的 组织块移植实验。将供体原肠胚早期的背唇移植到宿主胚胎的腹侧以后，宿 主会在应该形成腹部表皮的位置，产生包括神经板在内的第二个体轴。(B) 神 经诱导的分子模型。背唇中胚层细胞分泌的、和能阻止外胚层中的家族蛋白 与其受体结合，从而抑制诱导表皮的产生，使背侧外胚层形成神经板。
发育异常是指由于各种因素导致的先天畸形。狭义的概念仅指出 生时解剖结构畸形。广义的包括出生时各种解剖结构畸形、功 能缺陷及代谢、遗传行为的发育异常。
据(1966) 调查了包括16个国家的25个医学中心的421 781次妊 娠，发现严重畸形占0.46%，轻度畸形占1.27%，总发生率为 1.73%。
我国1986-1987年作为国家攻关课题进行了大规模的出生缺陷调 查，对全国29个省市自治区的945所医院124万多围产儿进行 了监测，发现出生缺陷的总发生率平均为1.301%
中枢神经系统发育及其可塑性
中枢神经系统发育及其可塑性
• 诱导() ：指胚胎发育过程中两种细胞群落通过分子间的相 互作用使其中一个群落或两个群落发生定向分化的过程。 提供或传递诱导分子的细胞是诱导者( )，接受这种分子的 细胞或结构称反应者( )。
• 结构发育：神经上皮－脑和脊髓构筑
• 神经环路发育或构筑：神经元发生－突触形成
中胚层细胞能决定神经系统的前后轴
（A）原肠胚期晚期的两栖类动物胚胎的组织结构（前后轴中线水平的切面）； （B）用于解释神经板如何沿着前后轴分化的“双信号”假说。
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Ventricular zone
Marginal zone
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Neuroblast
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合成时(S期)，其核位于靠近外侧膜处，然后核又回到靠官腔的位置进行有 丝分裂(M期)，有丝分裂产生的子细胞又移行至外界膜，再合成并重复其 增殖周期。分裂后子细胞( ) 命运()如何决定于很多因素，其中非常重要的 因素是基因表达( )的差异性,而基因表达的调控取决于 的类型。
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神经板期 神经褶期 (C) 神经管期
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• 三个原始脑泡是脑的原基
左、右大脑半球
前脑泡 前N孔闭合
端脑 间脑
两个侧脑室 第三脑室
脑 泡 中脑泡 中脑
Brain vesicle
后脑
菱脑泡 末脑 （后）
脑泡腔
背：四叠体 腹：大脑脚 中：中脑导水管
脑桥、小脑
延髓 第四脑室
“highway”
2.
Seconde messenger
Function changes of microbubules and actin — within
growth cone
Membrane receptors
Special binding
Extracecular moleculars
Target cell
• 出生前，脊髓下端与第三腰椎 • 平齐，仅以终丝与尾骨相连；
• 节段分布的脊神经均在胚胎早 • 期形成，从相应节段的椎间孔 • 穿出，脊髓位置上移后，脊髓 • 颈段以下的脊神经根便斜向尾 • 侧，至腰、骶、尾段的脊神经 • 根则在椎管内垂直下行，与终 • 丝共同组成马尾。
• 中枢神经系统发育异常并不少见