發(fā)育生物學胚胎的早期發(fā)育

1、第二章 胚胎的早期發(fā)育,(一)、卵裂的特點,卵裂期是指受精卵開始有絲分裂并產生由較小的細胞構成的囊胚(blastula)的過程。卵裂的主要特點包括：分裂周期短;分裂球的體積下降：海膽胚胎的質/核比由550降至6;早期卵裂中合子基因大多處于休眠狀態(tài)；卵裂常經歷由均等裂向不均等裂變化。,一、卵裂 Cleavage,(二)、卵裂的類型,經線裂(meridional cleavage):指卵裂面與A－V軸平行的卵裂方式。緯線裂(

2、equatorial cleavage):指卵裂面與A－V軸垂直的卵裂方式。,輻射型全卵裂,海鞘：經－經－緯－經……，8次分裂后產生的256細胞柱形胚胎在兩極細胞移動封口后成為中空柱形囊胚。,海膽：第四次分裂后將開始不均等分裂，第7次分裂后產生128細胞組成的囊胚(see next slide). 植物極的micromeres是生骨中胚層命運，具有起動原腸作用、誘導第二胚軸的活性。,海膽早期囊胚的細胞體積一致，其后長出纖毛，使囊胚可在

3、受精膜內轉動，同時也因細胞的增殖，細胞變癟。囊胚腔形成的2種可能機制：a, 卵裂球分泌的蛋白進入囊胚腔中，導致腔中液體粘稠而吸取胚外水分，腔內的膨脹壓阻止了細胞向腔內增生；b, 細胞與受精膜內的透明層緊密粘接，使細胞不能向腔內增生。囊胚的孵化：由動物極細胞分泌孵化酶降解受精膜。,蛙類：卵黃對卵裂的阻礙作用導致卵裂溝延伸緩慢、第三次緯裂發(fā)生不均等分裂。植物極半球分裂的速度始終較慢，所以囊胚的植物極細胞較大。,蛙類的囊胚腔的形成：第一次

4、分裂后兩個子細胞的動物極端相接觸，產生一個裂縫，它將擴大成為囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原腸作用期細胞的移動、防止囊胚腔上下細胞的過早交流。,螺旋型全卵裂：均采經線裂。第三次分裂前，卵裂球內的紡錘體轉動45度，然后向動物極方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同樣方式產生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚無囊胚腔。,旋轉型全卵裂,哺乳動物的早期卵裂發(fā)生在輸卵管中。,哺乳動物旋轉型全卵裂：第1次為經線裂，其后的2個卵裂

5、球各采不同的卵裂方式。早期卵裂球的卵裂不同步，可產生奇數細胞的胚胎。,哺乳動物卵裂球的compaction:發(fā)生第三次卵裂后不久,小鼠8細胞胚胎compaction前后,Compaction的機制:8細胞胚胎的外層胞間形成致密連接(tight junctions)，而內層胞間形成縫隙連接(gap junction)。注射了E-Cadherin抗體的胚胎不能夠致密化。 在4細胞期激活蛋白激酶C導致compaction發(fā)生。因此，Com

6、paction可能始于蛋白激酶C的活化，它引起細胞骨架的重排，在膜上均勻分布的E-Cadherin重新定位在胞間相交處。,哺乳動物囊胚細胞命運的早期分化－位置決定論16細胞期桑椹胚(morula):位于內部的少數細胞產生的子細胞將組成內細胞團(inner cell mass)，而位于外部的細胞產生的子細胞大多構成滋胚層(trophoblast)。32細胞期胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的內細胞團(約10個細胞)將發(fā)育

7、胚胎的本體及與其相連的卵黃囊、尿囊和羊膜；外層的滋胚層生成絨毛膜，為胎兒從母體攝取營養(yǎng)物質和氧，并產生激素以避免母體的排斥反應。,哺乳動物胚胎的D－V軸與卵的A－V軸的關系,哺乳動物胚泡的著床胚泡在向子宮移動過程中體積增大，是因為因為定位于滋胚層細胞膜囊胚腔一側的Na－K泵將外部Na+泵入腔中，最后通過滲透作用吸水使囊胚腔增大。胚胎外的透明帶阻止了胚泡與輸卵管壁的粘連。胚泡到達子宮時，胚胎細胞分泌strypsin（一種類胰蛋白酶

8、)，它使透明帶穿孔，胚泡從孔中擠出與子宮壁接觸，通過一系列反應而著床。,人類的同卵雙生的發(fā)生(占出生總數的0.25%),人類的連體嬰兒,嵌合胚：如右圖，說明早期卵裂球有同等的發(fā)育潛力。自然人群中也出現過同時有XX型和XY型細胞的人。胚胎干細胞：保持了分化為胚胎本體的潛能的、可在體外增殖的胚胎細胞。在基因功能研究和疾病治療方面有重要的作用。,哺乳動物中的嵌合胚、胚胎干細胞,人工受精：如主要用于治療不育癥、保存 和運輸優(yōu)良個體。胚胎切

9、割：在2－4細胞期分割胚胎細胞，用于繁殖優(yōu)良家畜個體。,哺乳動物中的人工受精和胚胎切割,線蟲的旋轉全卵裂,在線蟲的第二次卵裂中，AB細胞為緯裂(與A－P軸線垂直)，P1細胞為經裂。,鳥類的盤狀偏裂,胚盤為動物極直徑約2－3mm的胞質區(qū)，前3次卵裂經線裂，發(fā)生在輸卵管中，胚盤為單細胞層，仍與卵黃相接觸。,雞胚進入子宮后，才發(fā)生緯裂，形成5－6個細胞厚的胚盤。胚盤細胞從稀蛋白吸取液體后，與卵黃分裂，形成胚盤下腔(subgerminal c

10、avity)。該腔使胚盤中央區(qū)透明，叫明區(qū)(area pellucida)；而邊緣區(qū)的細胞仍與卵黃接觸使其不透明，叫暗區(qū)(area opaca)。上胚層(epiblast)將形成胚胎本體；下胚層(hypoblast)將產生胚外結構如卵黃囊柄和連接卵黃和內胚層消化管的蒂。,魚類的盤狀偏裂,斑馬魚受精卵的前5次卵裂均為經線裂，產生的32個細胞為單層分布于卵黃上。其后的分裂方向不規(guī)則。囊胚期開始于128細胞期,屬盤狀囊胚。,斑馬魚中囊胚(經

11、歷了10次卵裂)的三類細胞：1.卵黃多核層(yolk syncytial layer, YSL)：胚盤的植物極邊緣細胞裂解，其核和質與卵黃細胞融合在一起而構成的一層細胞核層。在胚盤下包中，部分YSL細胞核移向胚盤下成為internal YSL，它們可能起提供營養(yǎng)的作用；邊緣處的為external YSL,它們可能起驅動下包的作用。2. Enveloping layer (EVL)：位于胚盤最外層已表皮化的細胞，發(fā)育后期會脫落。3.

12、 Deep Cells：介于YSL和EVL之間的細胞，它們將發(fā)育為胚胎本體。晚期囊胚的深層細胞的命運已經建立。,二、原腸作用 Gastrulation,(一)、原腸作用的概念和主要特點 原腸作用是指囊胚細胞有規(guī)則的移動，使細胞重新排列，用來形成內胚層和中胚層器官的細胞遷入胚胎內部，而要形成外胚層的細胞鋪展在胚胎表面。原腸作用期的胚胎叫原腸胚(gastrula)。,原腸作用中的主要細胞遷移,外包(epiboly): 表皮層

13、做為一個整體擴展，使胚胎的內層 被覆蓋。內陷(invagination): 指胚胎的局部區(qū)域的內陷。內卷(involution): 指正在擴展的外層向內卷折，去從內鋪 蓋原來的外層細胞。內移(ingression): 指表層的單個細胞遷入胚胎的內部。分層(delamination):指一個細胞層

14、分成兩層或多或少平行 的細胞層。會聚伸展(convergent extension): 指細胞間相互插入，使 所在組織變窄、變薄，并推動組織一定 方向移動。,Convergent extension,表皮細胞和間質細

15、胞的概念,表皮細胞(epithelial cells)：細胞與細胞間緊密連接成管狀或片層狀結構， 局部或整個結構一期運動。間質細胞(mesenchymal cells):細胞與細胞間松散相連，每個細胞為一個行 動單元。,(一)

16、、幾種模型動物的原腸作用1、海膽的原腸作用,原腸作用前海膽囊胚的結構,海膽原腸作用過程：原植物極中央細胞內陷進入囊胚腔，表皮細胞轉變成為初級間質細胞，然后內胚層表皮細胞內陷和擴展，其前端表皮細胞轉化為次級間質細胞。兩種間質細胞都將長出偽足，后者起定向和驅動細胞移動的作用。,海膽原腸作用的開始,海膽原腸作用的機制：內胚層的早期內陷機制：如下圖所示，纖絲收縮使細胞變位契形，成 為細胞內陷的原動力。內胚層的晚期內陷機制：偽

17、足的收縮和細胞間的變形重排(會聚伸展)。,海膽原腸作用過程：初級間質細胞在中胚層和內胚層相 交處形成一圈，在腹側有一分支延 伸，它們將用于骨的形成。,,海膽小分裂球啟動原腸作用，可誘導第二胚軸的形成。,,海膽小分裂球可以使預置外胚層命運細胞分化為中胚層和內胚層命運的細胞,2. 果蠅的原腸作用

18、 原腸作用開始于腹部預置中胚層的內陷。,羊漿膜(amnioserosa)的作用可能是分泌信號分子，指導germ band的收縮，它最后將退化。,3. 爪蟾的原腸作用原腸作用開始于瓶狀細胞的形成和內突。 它們的內突使囊胚表面形成一個小溝，即為胚孔(blastopore)。,3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),3. 爪蟾的原腸作用 (續(xù)),4. 斑馬魚的原腸作用

19、原腸作用開始于胚盤細胞向植物極方向的卵黃下包，由YSL驅動，使胚盤變薄。 胚層的形成：50%下包時，與卵黃交界處的deep cells內卷，使交界處形成厚實的一圈，叫 germ ring。內卷的細胞和由上層內移的細胞形成下胚層、上層的deep cells為上胚層。 胚盾(embryonic shield)：因深層細胞的內卷和會聚擴展而在germ ring的某處形成的加厚區(qū)。它為胚胎的背部，從此處內卷的細胞將與其

20、它會聚擴展的下胚層細胞一起沿背部中線形成脊索中胚層(chordamesoderm);下胚層細胞還將生成近軸中胚層和內胚層。 上胚層的部分細胞經會聚擴展形成neural keel，其余的細胞形成皮膚。,斑馬魚的原腸作用(續(xù)) 內卷和會聚擴展形成脊索中胚層的細胞表達no tail基因，而會聚擴展形成近軸中胚層的細胞表達snail基因。,5. 雞胚的原腸作用,下胚層的形成,雞胚原條(primitive streak)

21、的形成：由后部邊緣區(qū)的上胚層細胞加厚而成，它的出現確定了胚胎的A－P軸線。原條內會形成一個凹陷，叫原溝，是上胚層細胞進入囊胚腔的門戶。原條的頭部末端是一個加厚層，叫Hansen`s node, 是一個誘導中心。,細胞早期通過原條的移動：最早穿過原條進入囊胚腔的細胞向頭部方向移動，最終遷移至胚胎的頭部，成為前腸內胚層。這些細胞的移動將原來的下胚層細胞擠至明區(qū)前部，成為生殖新月區(qū)(germinal crescent)，是原生殖細胞存在部位。

22、 其后通過Node進入囊胚腔的細胞在上胚層和內胚層之間向頭部移動，形成頭部中胚層和脊索中胚層。 原條的后退：當Node移至明區(qū)中央時，Node和原條一起后退,在此過程中長出脊索。Node退至最后端將形成肛門區(qū)。,通過原條側面進入囊胚腔的細胞的命運：A，部分遷移的上胚層細胞在中線處與下胚層細胞接觸后，將下胚層細胞趕向兩側，而自身形成內胚層，將生成內胚層器官和大部分胚外膜。B，在上胚層和內胚層之間的細胞形成中胚層

23、和少量的胚外膜。 上胚層中的預定外胚層細胞將在上胚層中增殖、下包。,5. 哺乳動物的原腸作用,上胚層和下胚層的形成：在原腸作用開始時，內細胞團分裂為兩層。與囊胚腔接觸的一層為下胚層，將用于形成yolk sac；另一層為上胚層。上胚層細胞間的縫隙將合并、擴大成為羊膜腔，腔中的液體可防止胚胎脫水和保護胚胎受振蕩。上胚層將發(fā)育為胚胎的本體。,人體胚胎三胚層的建立及其命運,人類新生胎兒的胚外結構,人類胚胎與母體間的物質交流,人體胚