2013=第8章胚层分化和器官发生2用.ppt

四、骨胳发生,四、骨胳发生,骨胳的3个来源：体节产生中轴(脊椎)骨、 侧板中胚层形成肢体的骨、头部神经嵴形成腮 弓、颅面骨和软骨。 骨骼发生有两种主要模式：由间充质直接 转变为骨的模式叫做膜内成骨；由间充质细胞 先分化为软骨，再由骨取代软骨的模式叫做软 骨内成骨。,1.膜内成骨：一些头部神经嵴细胞即通过膜内成骨的方式形成骨骼。在头部，神经嵴来源的间充质细胞增殖，压缩成致密小节，其中一些细胞形状发生改变，形成成骨细胞，它们是骨骼的前体。成骨细胞分泌胶原-蛋白聚糖骨基质，这些骨基质能与钙结合，使基质钙化，陷入钙化的基质中的成骨细胞就会变成骨细胞。随着钙化的进行，从骨发生开始的位置呈放射状伸出许多骨针，整个钙化的骨针区域被致密的间充质细胞所包围，形成骨膜。在骨膜内面的细胞也变成成骨细胞，可形成新的骨基质加在骨针上。通过这种方式形成骨的多层结构。,2. 软骨内成骨：由间充质细胞聚集形成软骨，再由 骨取代软骨的过程。 它是脊椎、肋骨和肢体骨形成的方式。 脊椎和肋骨由体节发育而来，肢体的骨由侧 板中胚层发育而来。 成骨细胞开始在部分降解的基质上形成骨基 质，并且围绕着凋亡的软骨细胞建立骨圈。新的 骨质从骨膜的内表面沿周边加入，破骨细胞将骨 的内部组织破坏使其变空成为骨髓腔，破骨细胞 是来自血细胞系的多核细胞，能通过血管进入骨 骼，与巨噬细胞具有相同的前体。,五、循环系统的 发生,五、循环系统的发生 (自学) 1. 心脏发育 心脏是胚胎的第一个功能器官，脊椎动物 的心脏起源于内脏中胚层两边的两个对称区域。在羊膜动物中，胚胎为扁盘状，侧板中胚层没有完全包围卵黄囊，预订的心脏细胞来自早期原条，紧接着亨生氏节之后直到原条的中部，这些细胞从原条迁移，在亨氏节两侧形成两组中胚层细胞，这些细胞组被称为心原性中胚层，它们将产生心房和心室的肌肉组织、心脏瓣膜垫细胞、浦肯野细胞指导纤维以及心脏内皮等。,心脏生血管细胞起源于紧靠原节后端开始到 原条的中央的区域 (补充),A、鸡胚胎心脏细胞的起源 B、原条不同区域中胚层细胞的迁移路线,在 18-20小时的鸡胚中，预定的心脏细胞受 前肠内胚层影响，在外胚层和内胚层之间向前期 胚胎中线迁移，到达前肠管侧壁。,脏壁层向内折叠形成前肠，使将来形成心脏 的管状结构靠拢到一起。 最终将心外肌膜连成一个整体的单管结构， 两个心内管在同一空腔中共存一段时间后融合在 一起。 此时原来的一对体腔也合并为一个，心脏位 于其中。,两个融合在一起的心内膜形成一个搏动的空腔。 在心内膜融合时，其后端部分不发生融合，这 一未融合的部分成为卵黄静脉进入心脏的开口。该 静脉的功能是将卵黄囊中的养料运输到静脉窦(两个主静脉融合处的后部区域)。 血液再通过一个瓣状结构流入心房，动脉干的收缩加速血液进入主动脉。,在5周龄人胚中，心脏为一心室和一心房的管状结构。在28天的人胚中，心脏回路开始形成，将预定心房置于预定的心室的前面。心脏环路的形成将心脏管原来的前后轴极性转变为成体中的左右轴极性，心脏环路的形成依赖于左右轴特化蛋白，Hand1仅限于未来的左心室，而Hand2被限定在右心室。,在哺乳动物中，一个心内膜垫将心脏管分为左右两个房室沟，同时，原来的心房也被两个隔膜分开。内心膜垫在早期心脏发育时充当瓣膜的作用，但是当心脏扩大时，又发育出特殊的瓣膜用来阻止血液回流入心房，并阻止心脏两边的血液混合。在心房之间的隔膜有孔，便于血液由一侧流向另一侧，这对于胎儿的存活是至关重要的，因为出生前肺还没有行使功能。但是，胎儿一出生，隔膜的开口就会关闭，左右循环回路建立。隔膜形成后，心脏就成为一个四室的结构，肺动脉与右心室相连，主动脉与右心室相连。,2.血管发生 方式：血管形成和血管新生。 (1)血管形成：血管网络由侧板中胚层开始发育形 成，内皮细胞相互连接，在原位形成血管，主 要发生在胚胎发育的早期 (2)血管新生：内皮细胞从已经存在的初级血管以 向外出芽、迁移的方式形成不同的毛细血管网、 动脉和静脉。 绝大部分血管以血管新生的方式形成。,在羊膜动物中，初级血管网络在两个不同的区域产生。第一，胚外血管形成是在卵黄囊的血岛处发生，这些由造血血管母细胞形成的血岛将发育为早期脉管系统。 首先，由未分化的间充质细胞聚集形成血管的细胞簇，即血岛。血岛的中央形成血细胞，外周细胞形成血管内皮细胞。这些早期脉管系统对于胚胎的营养以及初级血细胞的形成都是必需的。,第二，胚胎内的血管形成主要在每个器官内进行。血管形成需要3种生长因子：碱性成纤维细胞生长因子(Fgf2)，负责造血血管母细胞的产生。血管内皮生长因子(VEGF)，能使得成血管细胞发生分化，使血管细胞倍增形成内皮管。血管生成素，介导内皮细胞和覆盖内皮细胞的外膜细胞之间的相互作用。,TGF-和血小板来源的生长因子(PDGF) 使成熟的毛细管网络使其保持稳定， TGF- 加固细胞外基质， PDGF召集外膜细胞，使毛 细血管壁保持弹性。 内他皮丁能阻止肿瘤生 长和传播， 肿瘤生长是因为它们能指导血管 发生， 并进入内部，肿瘤细胞能分泌血管新 生因子。,3. 血细胞的分化 临时性的胚胎造血阶段可能为胚胎提供初始的 血细胞和到内胚层或卵黄的毛细血管网。成体阶段 的血细胞则发生较多的细胞类型及干细胞，这些干 细胞将维持机体的一生。 1）血细胞的形成位点 肝脏中的干细胞移到骨髓，以后成为维持一生 的血细胞形成的主要位点。哺乳动物第三个造血干 细胞的来源是胎盘。多能造血干细胞沿着胎盘血管 的内皮产生，表明胎盘和卵黄囊中都有造血血管母 细胞。,2）造血干细胞的分化 骨髓造血干细胞(HSC)产生血细胞和淋巴细胞。 HSC能产生血细胞的前体共同的骨髓前体细 胞，CMP)，有时也称为CFU-S或淋巴干细胞(CLP) ，这些细胞也是干细胞， CMP将产生巨核细胞(红 细胞的前体细胞，它们将进一步发育为红细胞系或 血小板系。CMP也能产生粒细胞(单核细胞的前体细 胞)，它们将发育为碱性粒细胞、酸性粒细胞、中性 粒细胞以及单核细胞等。最终这些细胞产生能分裂 但仅能产生一种细胞类型(还有自我更新)的祖细胞。,。,（一）排泄系统（泌尿系统）的组成 (重点),六、排泄系统简介（补充）,肾脏、输尿管、膀胱、尿道,（二）肾脏 (重点) 形似蚕豆，内缘凹陷处叫做肾门，是 静脉、动脉、神经管和输尿管进出的地方。,（补充）,肾单位包括肾小体（肾小球、肾小囊）、肾小管。,（补充）,肾小球的过滤和尿液形成,（补充）,肾小球的过滤和尿液形成,（补充）,（补充）,二、哺乳动物排泄系统发育的3大阶段（重点）,鱼类和两栖类幼 体的原肾有功能,（一）原肾形成 原肾管先出现在前位体节腹面的 中间中胚层中，然后逐渐向后延伸， 同时前端的原肾管诱导附近的中胚层 细胞分化形成原肾肾小管，构成原肾。,（二）中肾形成 原肾退化时，后段的原肾管保留， 称为中肾管，中段中肾管诱导附近的 间质组织发生新的肾小管，称为中肾。,中肾肾小管形成 并向后推进时，雄性 个体中前端的中肾肾 小管保留，将来发育 为输精管。,中肾旁的间质组 织发育形成生殖腺。,（三）后肾和输尿管形成 在后端中肾管的诱 导下，附近的后肾间质 组织开始形成，中肾管 向旁侧突起形成输尿管 芽，输尿管芽诱导后肾 间质组织形成后肾，后 肾间质组织诱导输尿管 芽形成输尿管，并最终 与中肾管脱离，两侧输 尿管汇合于膀胱。,脊椎动物肾脏发生示意图,后肾,三、哺乳动物肾脏发生过程中的近端诱导现象 (自学),输尿管芽和后肾间质组织的相互诱导作用,人肾单位的发生示意图,A 早期肾单位直接粘附在输尿管芽上皮上。,B 几个肾单位连接在一条集合管上。,（一）与肾间质组织的初始形成有关 WT1 是一种基因转录调节因子， 表达 WT1的后肾间质组织才能被输尿 管芽诱导，否则，输尿管芽退化消失。,四、参与输尿管芽和后肾间质组织相互诱导 过程的6套信号系统及其功能 (自学),（二）是一组扩散性的分子，使输尿管芽从 中肾管长出和持续发育。 由间质组织产生的GDNF和 HGF受 控于 WT1 。Wnt11出现在输尿管芽的 顶端。,A、野生型11天小鼠。,图：输尿管芽的生长依赖GDNF和其受体,C、gdnf基因纯合缺失小鼠不形成输尿管芽。,B、gdnf基因缺失杂合小鼠输尿管芽大小及分支长 度、数目都减少。,D、 GDNF 与 GDNF 受体作用机制模型,GDNF受体集中分布在肾管的后段，后肾间质分泌 的 GDNF激活中肾管后段长出输尿管芽。在肾脏发育 的晚期，GDNF受体只分布在输尿管芽的尖端。,（三）输尿管产生的FGF2、BMP7信号分子， 抑制肾间质组织凋亡，使其分化。,（四）驱动间质组织细胞向上皮的转化 在输尿管芽的诱导下，间质细胞 分泌型胶原，使间质组织转变为上 皮组织，奠定了肾脏皮质区域管道结 构发生的基础。,间质细胞分泌两种粘连蛋白和一 种转录调节因子(Pax2)，对间质组织 的增殖和分化有重要作用。,（五）与肾单位形成有关，即从密集的上皮 组织分化出不同类型的细胞和形成肾 小球、肾小管、集合管等结构。,在密集间质组织和 S形小体中出 现的间隙连接蛋白（connexin43）、 在密集间质组织中出现但细胞分化时 消失的Pax2、影响肾小管形成的NGFR。,图：肾脏NGFR受体的角色,A、NGFR mRNA原位杂交显示野生型18天小鼠胚胎的 肾单位的分布。,B、野生型13天小鼠胚胎肾脏体外培养5天后显示其 输尿管的结构。,C、与B图相似，但体外培养时加入反义核苷酸抑制 NGFR 表达，输尿管芽分支明显减少。,（六）维持输尿管的生长和肾单位的分化,总之，近端诱导和复杂的级联调节 系统在肾器官发育中有重要作用。,转录调节因子 BF2表达于基质细 胞中。该基因敲除，则输尿管的分支 和肾单位的分化都将停止。,第三节 脊椎动物肢体的发生 (补充),一、肢体原基的定位,（二）视黄酸诱发蝌蚪尾部额外肢体形成(重点),（一）前肢发生在 Hoxc-6 基因表达区域 的前沿部位，即第一胸椎处。,二、肢体原基的形成（重点）,由肢体盘和其外围可诱导肢体形成 的细胞环构成肢体场。,（一）肢体场形成 胚胎中先出现一个特定的圆形区域， 其中央部分将发育为肢体，外围细胞发 育为肩带和围壁组织，三者构成肢体盘。,（二）肢芽形成 胚体躯干部侧面的中间中胚层组 织分泌产生FGF8，介导肢体发生区域 表皮下间质组织细胞大量增殖（侧板 中胚层细胞增殖，将发育为肢体骨骼 ，而由生肌节迁移来的细胞将发育为 肢体肌肉），形成肢芽。,图：肢体间的中胚层埋入浸有 FGF8 的珠子， 诱导肢体异位发生。,A、正常,B和C、肢体异位个体及其骨骼,图：两栖类肢芽的形成,（三）顶端外胚层嵴（AER）形成 中胚层间质细胞诱导肢芽远端的 背、腹交界处的外胚层细胞伸长，形 成一个增厚的特殊结构，称为AER。,AER 是 肢体发 育的信 号中心,三、肢体近-远轴（P-D轴）的发育,1.AER诱导肢芽间质组织生长和促其骨骼形成，肢芽间质组织决定肢体发育成翅或腿。,（一）是AER和肢芽间质细胞互作的结果,2. AER持续产生和分泌近远轴分化决定因子 FGFs,发生带,发生带,先离开PZ的间质细胞发育为肢 体的近端，后离开的发育为远端。,发生带（PZ）： 位于肢芽顶 部的、与AER紧邻的间质组织，约 200m的范围内。 （重点）,（二）肢体前后极性的决定来自发生带,图：发生带(PZ)细胞控制近远端分化,A 将早期 翅芽2 的PZ 移植到晚期 翅芽1 ，形 成新的尺骨 和桡骨。,（三）Hox基因对肢体近远轴的分化起关键 性作用,B、Hox a-11 和 Hox d-11基因双突变小鼠 的前肢缺失尺骨和桡骨。,人的多指症可能与 Hox 基因的异位表达有关,四、肢体背-腹轴的决定,只在背部的外胚层中表达的Wnt7a 基因诱导Lmx-1基因在背部间质组织中 表达，其基因产物作为转录调节因子， 进一步决定表达部位向背部分化。,Lmx-1 基因在背、腹间质细胞中 都表达，导致双背部结构。,将覆盖肢芽的外胚层旋转180°， 其发育将出现背-腹轴的反转。,手背和手心、脚背和脚心。,图：Wnt7a 缺陷型小鼠出现双腹部结构（重点）,A、野生型小鼠15.5d胚胎足部横切面，可见腹侧 腹腱(vt)和腹足垫(vp)的结构。,B、Wnt7a 缺陷型，背面出现腱(dt)和足垫(dp) 的结构。,（一）在肢芽阶段被AER下面的间质组织决定,五、肢体前-后轴的决定,拇指和小指,图：鸡胚胎翅膀前后轴和背腹轴的分化,移植肢芽的发育按照其自身的极性而不受 周围环境极性的影响。,V,V,D,D,（二）由肢芽后侧的极性活化区(ZPA)的 小块间质组织决定,（三）Shh 基因仅在ZPA区域表达，造成发育 的极化，Shh蛋白与前后轴发生密切相关。,图：鸡翅（A）和腿（B）原软骨细胞在不同细胞分 化因子条件下的体外培养比较,六、前后肢体的区分,（一）前肢和后肢的原软骨细胞对各种生长因子的 应答存在差异,1. 鸡：Hox c-4、Hox c-5 基因表达在 翅芽中；Hox c-9、Hox c-10、Hox c -11 基因表达在足中。,（二）前肢与后肢的发育有明显的遗传学 差异,2. 鼠：Tbx5 基因表达在前肢中；Tbx4 基因表达在后肢中。,3. 人：Tbx5 缺失，手和心脏畸形，下 肢正常。,Tbx5 和Tbx4 分别指定前肢芽和后肢芽的发育,FGF诱导的肢体类型决定于肢芽是表达Tbx5 或Tbx4,FGF诱导的肢体类型决定于肢芽是表达Tbx5 或Tbx4,Tbx4 异位表达可改变 FGF 的诱导结果,第四节 内胚层与器官发生,胚胎内胚层的两个主要功能：一是诱导几个 中胚层器官的形成；二是指导脊椎动物体内两种 主要管道内皮的形成，这两种管道分别是消化道 和呼吸道。 呼吸道与消化道均起源于原肠。 当内胚层向胚胎中央凹陷时，原肠的前后肠分别形成前肠和后肠。开始时，前端被一称为口凹的外胚层组织封闭，在人类胚胎发育至大约22天时口凹破裂，形成一个新的开口，通向消化道。,1.咽的发育 消化道的前端和呼吸道分开的地方叫咽。 在哺乳动物中胚胎产生 4对咽囊，在这些咽囊 之间是咽弓，第 1对咽囊将发育为中耳听囊和咽鼓 管，第2对咽弓形成扁桃体壁，第3对咽囊形成胸腺 ，在发育晚期它指导T淋巴细胞的分化，1对副甲状 腺来自第3对咽囊，另1对副甲状腺来自第4对咽囊。,2.消化道及其衍生物 紧接着咽后面的是消化道，从前到后为：食道、 胃、小肠、大肠。 内胚层仅形成消化道及其腺体的内皮，其外围 的肌肉由侧板中胚层形成，肠靠近咽部发育出一个 膨大的区域即胃。肠在近尾部发育，肠和卵黄囊之 间的连接最终断开。肠最先在内胚层的泄殖腔处终 止，但在泄殖腔分离成膀胱和直肠区之后，肠与直 肠在一起，在直肠尾端，最终破裂形成开口，发育 为肛门。,人的消化系统,肝脏、胰腺和胆囊的内表面由内胚层细胞形成，外围的肌肉由中胚层间充质细胞形成。,1）肠的特化 (自学),2）肝脏、胰腺和胆囊 (重点) 从前肠内胚层向周围的间充质伸出一个芽， 即肝盲囊，这个芽内胚层来源于两个细胞群，1 个是侧面的细胞群，它们仅形成干细胞，另 1个 是腹中部内胚层细胞，它们形成几个中肠区，包 括肝脏。 间充质诱导内胚层增殖、分支，形成肝的腺 上皮。最靠近消化道的肝盲囊继续行使肝管的功 能，从肝管中产生1个分支，形成胆囊。,A、腹侧胰腺芽靠近肝原基。B、腹侧胰腺芽开始转移。 C、腹侧胰腺芽与背侧胰腺芽接触。D、背侧胰腺芽失去通 向十二指肠的导管，约10的个体中此导管终生存在。,人的胰腺的发育,30d,35d,42d,背面和腹面肠盲囊原基都来源于紧靠着胃后端的内胚层，当它们生长时两者变得越来越近，最后相互分离的背面和腹面肠盲囊融合，形成胰腺。 在其他物种中，背面和腹面胰管都向肠道运输消化酶，而在人类，只有腹面的胰管有向肠道运输消化酶的作用。,3. 呼吸道的发育 (重点),(1)人的呼吸系统是消化管道的衍生产物,(2)在咽底部的中央，第 4对咽囊之间，喉气管沟向腹 面延伸，产生 2个分支，形成一对支气管和肺，喉 气管内胚层成为气管、支气管和肺泡的内表皮。,(3)呼吸上皮细胞受到间充质细胞的区域特异性诱导， 在靠近脖颈处直着生长形成气管；进入胸部后，呼 吸上皮发生分支，形成两个支气管，而后形成肺。,肺是最后形成的器官之一，新生儿第一次 呼吸时，肺必须能够吸入氧气。为了完成这一 功能，肺泡细胞分泌一种表面活性剂，这种表 面活性剂含有特殊的蛋白质和磷脂(鞘磷脂和 卵磷脂)，它们在妊娠后期才分泌，大约在人 胚发育至34周时才能达到发挥正常功能的水 平，该表面活性剂的功能在于使得肺泡细胞之 间相互接触而又不粘连在一起。,(重点),