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1、.第九章 三胚层与器官发生经过原肠作用后，胚胎具有外、中、内三个胚层，它们是动物体的所有器官形成的细胞基础。在脊椎动物中，鱼类、两栖类、爬行类、鸟类甚至哺乳类中都具有相同的器官发生（organogenesis）模式：外胚层形成神经系统和皮肤；内胚层形成呼吸系统和消化管；中胚层形成结缔组织、血细胞、心脏、泌尿系统等（图9-1）。受精卵卵裂原肠胚外胚层中胚层内胚层*神经管 表皮软骨骨肌肉结缔组织循环系统泌尿生殖系统表皮脑脊髓腺毛、齿等甲、爪晶状体呼吸系统咽甲状腺甲状旁腺消化道胰腺肝图9-1 脊椎动物三胚层形成的部分器官、系统（*内胚层只形成这些器官系统的上皮）（仿郑国锠，1992）第一节 外胚层与
2、中枢神经系统一、中枢神经系统的发育中枢神经系统是动物体一切活动的指挥中心。由原肠胚中预定的神经外胚层细胞形成神经管（neural tube）的过程称为神经胚形成（neurulation），处于这一发育阶段的胚胎称为神经胚（neurula）。由神经外胚层细胞形成神经管的方式有两种，一种为初级神经胚形成（primary neurulation），即由脊索中胚层引导覆盖在它上面的神经外胚层细胞增殖、内陷，并脱离皮肤外胚层，形成中空的神经管；另一种方式为次级神经胚形成（secondary neurulation），即神经管起源于胚胎中的一条实心细胞索，该细胞索中心变空以后，形成神经管。胚胎采取哪种神经
3、管形成方式依物种的不同而不同，如大多数鱼类为次级神经管形成，而鸟类神经管的前端部分为初级形成方式，第27体节处到尾部的神经管为次级形成方式。两栖类中，如爪蟾，大多数蝌蚪神经管为初级形成方式，而尾神经管为次级形成。在鼠中，大约从第35体节开始为次级神经管，人的神经管形成方式可能与鼠相同。精品.1初级神经胚形成初级神经管形成是由脊索中胚层与其上面的外胚层细胞相互作用的结果，由脊索中胚层诱导外胚层细胞形成中空的神经管（图9-2）。各类脊椎动物初级神经管形成的过程相似，图9-3为蛙的初级神经管形成过程，首先，预定的神经外胚层细胞形状发生变化，细胞纵向伸长，使细胞层加厚，形成神经板（neural pla
4、te），神经板大约占整个外胚层的50%。随后，神经板边缘变厚，并向上运动形成神经褶（neural fold），使神经板中央成为U型的神经沟（neural groove），将胚胎分为左右两半（图9-3，图9-4）。两个神经褶向胚胎中央靠拢，最终融合在一起，此时神经板变为神经管，神经管最靠近背侧的部分变为神经嵴细胞（neural crest cell）。神经板神经褶神经嵴神经管表皮A BC D E图9-2 两栖动物和羊膜动物神经管形成模式图。外胚层从最靠近背部的位置向内形成褶，最终形成外侧的表皮和内侧的神经管，其间由神经嵴细胞连接。（自Gilbert,2000）整个初级神经胚形成过程可分为5个连续
5、的阶段（Schoenwolf,1991a; Catala et al., 1996）：（1）神经板形成；（2）神经底板（neural floor plate）形成；（3）神经板变型（shaping）；（4）神经板弯曲形成神经沟；（5）神经沟封闭形成神经管。2次级神经胚形成次级神经胚形成是指髓索（medullary cord）的形成以及髓索随后变为中空的神经管。在蛙和鸡中，次级神经胚形成多见于腰椎和尾椎的形成中。在次级神经胚形成时，胚孔背唇细胞并不卷入胚胎内部，而是持续地向腹部生长（图9-5A,B）。胚孔背唇顶端的生长区域称为索神经铰合区（chordoneural hinge）（Pasteels
6、,1937），其中包括神经管最后部和脊索后部的祖先细胞。这一区域持续生长的结果使直径为1.2mm的近似球状的蛙胚变为长度为9mm的线形蝌蚪。尾尖端细胞直接来源于为胚孔背唇，并由胚孔内表面细胞形成神经肠管（精品.neurenteric canal），其基部与肛门融合，而背面的部分变为神经管腔（图9-5 C）。图9-3 两栖类的神经胚形成，示早期（左）、中期（中）和后期（右）神经胚(A)通过胚胎中心的横切面；(B) 通过胚胎中线的纵切面；(C)完整胚胎的背面观。（自Balinsky,1975）神经板神经褶脊索原肠腔内胚层中胚层表皮神经板中胚层脊索肠腔表皮内胚层脊索神经管肠腔中胚层内胚层表皮脊索神经
7、板神经褶表皮原肠腔内胚层中胚层胚孔囊胚腔残迹脊索神经褶神经板肠腔表皮内胚层中胚层胚孔神经管神经板中胚层内胚层表皮肠腔肝盲囊神经板神经褶胚孔神经板神经褶胚孔神经管融合的神经褶(A)横切面(B)纵切面(C)背面观DLHP DLHPMHP预定表皮预定神经板神经板过度带脊索脊索表皮形成沟楔形细胞锚定图9-4 鸡神经胚形成中表皮的弯曲示意图。(A)当预定表皮细胞向胚胎中央迁移时，在与神经板交接处形成神经褶，并推动神经板向下运动到表皮下方；(B)当神经板中线处的细胞（底板细胞）锚定到脊索上时，神经褶向上隆起；(C)在中央链接点（MHP）和两个背部链接点（DLHP）等三个链接区，细胞变为长楔形。（自Mour
8、y and Schoenwolf，1995）精品.囊胚腔内卷运动外胚层脊索预定神经板向后延伸运动晚期背唇（索神经铰合区）神经管腔肠顶部底部脊髓脊索索神经铰合区神经肠管肛门后壁(A) (B) (C)图9-5 爪蟾次级神经胚形成中的细胞运动(A)中原肠胚期中胚层细胞的内卷；(B)晚原肠胚至早神经胚期胚孔背唇的运动。晚期背唇停止内卷，外胚层和中胚层细胞都向胚胎后部运动；(C)在早蝌蚪期，胚孔内表面细胞形成神经肠管，其中一部分成为次级神经管腔。（自Gont et al., 1993）在鸡胚中，刚封闭的神经管后端的组织称为尾芽（tailbud）。与蛙的尾芽相似，这一结构并非为一团未分化细胞。Catala
9、等（1995）一小片鹌鹑尾芽移植到鸡胚尾芽中，发现早期尾芽就有了限定的发育命运。正如爪蟾那样，鸡胚索神经铰合区也包含脊索和髓索的祖先细胞，这些细胞向后端运动。当髓索中形成的小腔彼此融合以后，就成为中空的神经管。3神经管的区域化神经管形成后，紧接着要进行分化，形成中枢神经系统的不同区域。神经管的分化在三个水平上同时进行。在解剖水平上，神经管及其管腔经膨大和缢缩，形成脑腔和脊髓腔；在组织水平上，神经管壁细胞经重组后形成脑和脊髓的不同功能区；在细胞水平上，神经上皮细胞本身分化为各种类型的神经元和神经胶质细胞。（1）脑区的形成 大多数脊椎动物的早期发育是相似的。哺乳动物早期神经管为一笔直管状结构，在其
10、后端尚未形成时，前端已经开始发生变化。在神经管的前端，形成三个初级囊泡，分别为前脑、中脑和菱脑（图9-6）。当神经管后端完成封闭后，视泡（optic vesicles）从前脑两侧伸展出来，而前脑本身在纵向上形成前部的端脑（telencephalon）和与之相连的间脑（diencephalon），端脑最终形成大脑半球（cerebral hemispheres），而间脑形成丘脑和下丘脑区以及视觉感受区。中脑与前脑不同，它不再分成更小的区域，中脑腔最终发育为中脑水管（cerebral aqueduct）。菱脑同大脑一样，也在纵向上分化为两个区域，即前面的后脑（metencephalon）和后面的末脑
11、（myelencephalon），后脑区最终形成小脑（cerebellum），负责协调身体的运动和平衡，而末脑形成延脑（medulla），调节呼吸、消化道和心血管运动。（2）中枢神经系统的组织结构 大脑皮层神经元是分层排列的，每层神经元有各自的联系方式，功能也各不相同。神经管最初由一层胚性神经上皮细胞构成，这些细胞分裂很快。所有这些细胞都分别与神经管内外壁连在一起，因而细胞呈细长型，但不同细胞的细胞核处于不同高度，因而神经管壁看起来象是由无数层细胞构成。当细胞核位于管壁外部边缘时，细胞处于DNA合成状态（精品.S期），在分裂过程中，细胞核逐渐向神经管内壁迁移（图9-7），并在内壁边缘完成细胞分
12、裂（Sauer，1935），所产生的子代细胞有的不再分裂，它们迁移到神经管的边缘，分化为神经元或神经胶质细胞（Fujita, 1996），并形成第二个细胞层。由于有许多的胚性神经上皮细胞不断加入，因而该层细胞逐渐变厚，称为套层（mantle zone），而此时胚性细胞层为脑室层（ventricular zone），随后成为室管膜（ependyma）（图9-8）。由套层中分化出的神经元，彼此间相互联接，并向远离管腔方向伸出第四轴突，形成一个缺少细胞的边缘区（marginal zone）。最终，神经胶质细胞覆盖在边缘区的轴突上，使其外观呈白色。所以，包括神经元胞体在内的套层通常称为灰质（gray
13、matter），而边缘区层称为白质（white matter）。前脑中脑菱脑（后脑）端脑间脑中脑后脑末脑3个初级囊泡 5个初级囊泡脊髓壁腔图9-6 人类脑的早期发育。（自Moore and Persaud,1993）G1 S G2 M G1神 经 管 腔细胞周期时相图9-7 鸡胚神经管中神经上皮细胞细胞核的位置与分裂时相的关系。处于分裂期的细胞核位于靠近管腔的区域。（自Sauer, 1935）精品.图9-8 神经管壁的分化。发育5周的人类神经管包含三个带：室管膜带、套膜带和边缘带。在脊髓和延脑中（上排），底部的室管膜带为神经细胞和神经胶质细胞的发源地；在小脑中（中排），在最远端形成外部颗粒层，该层为第二个分裂细胞层，其成神经细胞向后迁移入中间带，形成颗粒细胞；在大脑皮层中，迁移中的成神经细胞和成胶质细胞形成包含有六层的皮质板。CP：皮质板（cortical plate），中间带（intermediaiate zone），M：边缘带（marginal zone），E：室管膜层（ependymal layer），GL：颗粒层（ granule layer ），V：脑室胚性层（germinal layer），S：近脑室带（sub ventricular zone）， E
