西北师范大学组织学课件 (45).

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1、第八章 神经的发育与再生 西北师范大学生命科学院 n神经科学是20世纪60年代末形成的一门边缘科学 。它融合了神经生理学、生物化学、神经解剖学、 组织胚胎学、药理学、精神病学，甚至信息科学来 研究人和动物神经系统的结构和功能，其目的是揭 示人脑的奥秘，防治神经和精神疾患，发展模拟人 脑部分功能的神经计算机。 n在当代的生命科学中，脑科学的发展已令人瞩目。 曾有人预测，21世纪将是脑科学时代。这种预测 并非无稽的臆断。人类智慧对自然的征服在20 世纪已达到登使造极的地步，但对于做为产生智慧 源泉的人脑的认识，还远未完结。迄今为止，对于 人脑产生的很多行为，还不能从机能学和形态学上 加以全面解释；

2、对于人类智慧的集中表现人的 思想的产生过程和机制，也都还是“未解之迷”。因 此，今后相当长的一个时期，人类对自身脑的研究 始终是处于科学前沿的地位。 n脑科学研究进展的三大里程碑： n1. 神经元学说 n2. 神经元兴奋过程中的离子通道理论 n3. 脑成像技术 n脑科学研究进展的十大进展： n1. 电生理学 n2. 神经递质与受体 n3. 神经营养因子的发现 n4. 信号转导系统 n5. 神经系统发育基因调控 n6. 神经系统疾病基因的定位 n7. 视觉生理学 n8. 学习与记忆 n9. 脑超微结构的研究 n10. 神经网络理论 1. 1. 神经系统的组织神经系统的组织发发生生 第一节 神经胚

3、的发育 第二节 神经管的形成和分化 第三节 神经嵴及其衍生物 第四节 外胚层板 第五节 在神经系统发育中的细胞调亡 n神经系统高度复杂的功能决定了 其结构的复杂性和精确性。神经 系统的发育经历极其复杂的构筑 过程。首先是神经细胞的发生和 增殖；然后是神经细胞的迁移及 其过程中神经细胞的决定和分化 ；最后神经系统功能的实现依赖 于神经元之间和神经元与非神经 元之间形成精密的连接。另外， 神经系统也会受到外伤和疾病的 损伤，这些涉及神经系统的修复 和再生。 右图示哺乳动右图示哺乳动 物胚胎中发育物胚胎中发育 中神经系统的中神经系统的 细胞对用报告细胞对用报告 基因标记的信基因标记的信 号分子视黄酸

4、号分子视黄酸 起反应起反应 第一节 神经胚的发育 一一. . 神经胚的发育神经胚的发育 二二. . 神经诱导神经诱导 一一. .神经胚的发育神经胚的发育 n n 神经胚形成神经胚形成:受精卵受精卵分裂经囊胚囊胚到原肠胚原肠胚( (见图见图) )；原 肠形成的一个关键产物是由中胚层形成脊索脊索；脊索 诱导上方覆盖的外胚层(50% 细胞)增厚形成神经神经 板；板；此后神经板两侧边缘向上隆起形成神经褶神经褶，中 间的凹陷为神经沟，神经沟，最后神经褶在背部中央愈合形 成中空的神经管神经管( (见图见图) )l（将来发育为脑脑和脊髓） 脊髓）； 位于脊索上方的预定神经外胚层形成神经管的过程( ( 见图见

5、图) ) 。 n n 神经胚神经胚：经历上述变化的胚胎( (见图见图) ) 。 二二. .神经诱导神经诱导 l(一)神经诱导的普遍性 l(二)神经诱导的分子基 础 ( (一一) )神经诱导的普遍性神经诱导的普遍性 初级胚胎诱导实验初级胚胎诱导实验：SpemannSpemann和和MangoldMangold用含深色素的用含深色素的 TriturusTriturus taeniatustaeniatus胚胎作受体胚胎作受体, ,用无色素的用无色素的TriturusTriturus cristatuscristatus胚胎作供体胚胎作供体, , 将将T.cristatusT.cristatus早期

6、原肠胚的早期原肠胚的 胚孔背唇切下移植到胚孔背唇切下移植到T.taeniatusT.taeniatus原肠胚腹部预定形成原肠胚腹部预定形成 表皮的区域表皮的区域, ,结果供体的背唇并不形成表皮结果供体的背唇并不形成表皮, ,而是内陷而是内陷 形成次级胚孔形成次级胚孔, ,最后形成一个与受体面对面的最后形成一个与受体面对面的次级胚胎次级胚胎 ( (见图见图) )。 结论结论: :次级胚胎的脊索中胚层由无色素的供体细胞组成次级胚胎的脊索中胚层由无色素的供体细胞组成, , 神经管是由深色素的受体细胞组成神经管是由深色素的受体细胞组成, , 而体节则是由供体而体节则是由供体 和受体二者细胞共同组成。和

7、受体二者细胞共同组成。 n n 实验证明：实验证明： 在文昌鱼、圆口类、两栖类、鸟类和在文昌鱼、圆口类、两栖类、鸟类和 哺乳类动物中都有神经诱导现象。哺乳类动物中都有神经诱导现象。 n n 将原肠顶脊索中胚层由前向后不同部位移植到早期将原肠顶脊索中胚层由前向后不同部位移植到早期 原肠胚的囊胚腔中原肠胚的囊胚腔中, , 可以诱导出从头部到尾部的不可以诱导出从头部到尾部的不 同结构。此为神经诱导的区域专一性。异源诱导者同结构。此为神经诱导的区域专一性。异源诱导者 的实验证明的实验证明, , 豚鼠脊髓只诱导中胚层结构豚鼠脊髓只诱导中胚层结构, , 而其肝而其肝 脏诱导前脑的结构；若将二者混合植入早期

8、原肠胚脏诱导前脑的结构；若将二者混合植入早期原肠胚 的囊胚腔则诱导出前脑、后脑、脊髓和中胚层结构的囊胚腔则诱导出前脑、后脑、脊髓和中胚层结构 ，表明神经诱导的区域性可能受双重梯度的支配（，表明神经诱导的区域性可能受双重梯度的支配（ 见图见图）。）。 ( (二二) )神经诱导的分子基础神经诱导的分子基础 l l参与神经诱导两套信号参与神经诱导两套信号（如图如图）: : 由脊索中胚层释放垂直到其上方外胚层的； 由胚孔背唇由前向后水平传递。 l l可溶分子可溶分子: : noggin蛋白； activin蛋白； 蛋白激酶和cAMP； inhibin和follibtain。 第二节第二节 神经管的形成

9、和分化神经管的形成和分化 n n 神经管和神经嵴在形态发生神经管和神经嵴在形态发生 中是一个过程的两个产物中是一个过程的两个产物 n n （形成模式图）（形成模式图） n n 神经管形成机制神经管形成机制 n n 神经管细胞的增殖、迁移和分化神经管细胞的增殖、迁移和分化 n n 神经管的分化神经管的分化 n n 皮层和核团的形成皮层和核团的形成 n 神经管形成机制：随外胚层细 胞内微管由随机排列到平行于 细胞长轴排列，外胚层细胞伸 长(若用秋水仙素处理将阻断神 经管形成)，预定神经外胚层细 胞形状的第二个变化是柱状细 胞顶端收缩变为楔形细胞,而周 n围细胞不.预定神经外胚层细胞 的变形是由于围

10、绕在细胞顶端 的一圈微丝收缩产生“口袋效 应”的结果（若用细胞松弛素 处理,细胞顶端不能收缩形成神 经褶)(见图见图）。 n n 皮层牵引皮层牵引(cortical (cortical tractoringtractoring) )假说：假说：如图神 经板上皮细胞的皮质处于 不断运动中, 从而携带一些 粘连分子从细胞底部向上 流动，并终止于细胞顶部 (A)。如果流动的速度在每 个细胞中相等, 则上皮细胞 彼此紧密相连, 不发生细胞 变形。然而如果这种流动“ 牵引”的速度在邻近细胞中 不同,流动较快的细胞将开 始向基部方向爬行,移到上 皮细胞之外。因为细胞的 顶部仍连在一起,基部的爬 行与顶端连

11、接和收缩结合 起来产生一种运动,使这些 细胞升到神经板表面之上, 并向内卷曲形成神经褶(B) 。 n n 神经管细胞的增殖神经管细胞的增殖 n n 神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移 n n 神经细胞的分化神经细胞的分化 n神经管细胞的增殖 n n 神经上皮神经上皮：随着神经管的形成，由柱状上皮演变而成的假复层 上皮，也称增殖上皮。 n n 神经管细胞的增殖过程神经管细胞的增殖过程：如图，这个过程一直持续到细胞停止 分裂开始迁移为止,随着发育进行细胞分裂速度逐渐减慢(用3H- 腺苷酸标记的放射自显影研究发现)。 n神经管细胞的迁移 n辐射纤维：在神经系统的层状结构中神经细胞沿着 神经胶质细胞伸出

12、的辐射状排列的突起(见图)。 n神经细胞迁移前在神经管内壁附近聚集形成外套层 ，此时增殖上皮称为室管膜；由于停止有丝分裂后 细胞不断加入外套层增厚，在外套层与神经管外壁 之间为边缘层，起初它仅含有神经细胞基部的一些 突起，后来外套层神经细胞突起及神经系统其它部 分的突起也侵入此层；外套层的神经细胞分化产生 树突和轴突，一些细胞又外迁形成一个中间层；当 神经管分化为脊髓时，因为外套层含有较多的细胞 体，组织学染色较深，称为灰质，而边缘层含有树 突和轴突，不易着色, 称为白质。 n神经管形成模式(图)： n 产生神经管所需的所有力量来自神经管上皮细胞本身; n 神经胚形成起源于神经上皮细胞形状的变

13、化; n 引起细胞形状变化的力量来自细胞骨架成分; n 另外两个因素, 即集中的伸展和细胞分裂。 n n 新形成神经管的扫描电镜新形成神经管的扫描电镜 照片，示神经管中细胞处照片，示神经管中细胞处 于细胞周期的不同时期。于细胞周期的不同时期。 n神经细胞的分化 n 当神经元开始迁移时，它们丧失细胞分裂的能力 ，而神经胶质细胞终身保留细胞分裂能力。 n 例如：运用一种神经胶质细胞特异的标记物神 经胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)抗体进行免疫细胞 化学研究表明，在室管膜中的某些细胞表达 GFAP，而另外的细胞不表达，推测前者为神经 胶质细胞。这一结果提示：在室管膜中的神经胶 质细胞在神经元迁移前就已

14、决定了。 神经管的分化神经管的分化 n n 神经管分化为中枢神经系统不同区域神经管分化为中枢神经系统不同区域( (三个三个 水平水平) )同时进行同时进行: : n 在大体解剖水平神经管及其腔产生膨大和收 缩形成脑和脊髓的室; n 在组织水平神经管壁内的细胞群以不同方式 重排形成脑和脊髓不同的功能区; n 在细胞水平神经上皮细胞分化为体内不同类 型的神经元和神经胶质细胞。 n n 脑早期发育中的区域特化脑早期发育中的区域特化( (见图见图) ) n n 脑的分化脑的分化 ( (见图见图) ) 脑早期发育中的区域特化脑早期发育中的区域特化 2828天天 3636天天 4848天天 前部前部 的神

15、经管的神经管 前脑前脑中脑中脑 端脑端脑 视泡视泡 间脑间脑后脑后脑末脑末脑 大脑大脑 半球半球 嗅脑嗅脑 海马海马嗅觉嗅觉 松果体松果体 丘脑丘脑 小脑小脑脑桥脑桥延髓 延髓 中脑中脑 导水管导水管 后脑后脑 脑的分化脑的分化 大脑皮层的组织发生大脑皮层的组织发生: : l l 大脑皮层的细胞产生类似于大脑皮层的细胞产生类似于 神经管室层神经管室层, ,由于细胞增殖产由于细胞增殖产 生类似神经管三层的结构生类似神经管三层的结构( (见见 图图) )。 皮层和核团的形成皮层和核团的形成 大脑皮层的组织发生大脑皮层的组织发生 小脑皮层的组织发生小脑皮层的组织发生 非层状结构的组织发生非层状结构的

16、组织发生 n最早完成分裂向外迁移的 成神经细胞到达边缘层下 面形成皮层板, 将来发育为 新皮层。该层最后分化为 含细胞体的6层, 由外向内 分别是:分子层, 外颗 粒层, 锥体细胞层, 内 颗粒层, 神经节细胞层和 多形细胞层。用放射自 显影研究发现, 除分子层是 由最早到达皮层板的Cajal -Retzius细胞形成外, 其余 5层组织发生的特点是神经 元迁移由内至外的装配模 式, 即最早(妊娠16天)停止 分裂开始迁移的细胞形成 较深皮层(),晚期停止分 裂的细胞逐渐向外迁移, 依 次形成(17), (18), (19), (21)。 n n 小脑皮层的组织发生小脑皮层的组织发生 n n 小脑皮层组织发生与大脑皮小脑皮层组织发生与大脑皮 层稍微不同层稍微不同: : 早期分化基本一早期分化基本一 样。在第四脑室顶部首先产样。在第四脑室顶部首先产 生生浦肯野细胞浦肯野细胞；然后依次向；然后依次向 外迁移形成其它中间神经元外迁移形成其它中间神经元