3.3-胚胎的早期发育--原肠胚

3.3原肠胚—三胚层建立一、原肠胚发育概述二、海胆的原肠胚发育三、两栖类的原肠胚发育四、果蝇的原肠胚发育五、鸟类的原肠胚发育六、哺乳类的原肠胚发育主要内容一、原肠胚发育概述原肠胚发育（gastrulation）•从尚未分化到分化为三个胚层和器官原基决定的关键时期。是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合，彼此之间的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。这期间，细胞增殖分化，细胞和组织进行形态自组织。七种细胞运动机制同一原肠胚常常包括几种细胞运动方式。外包（epiboly）嵌入（intercalation）内陷（invagination）内卷（involution）内移（ingression）分层（delamination）会聚性延伸原肠胚发育的细胞运动方式内陷内卷会聚性延伸外包分层嵌入内移变形要干的活原来这么多二、海胆的原肠胚发育1、植物极变平加厚2、植物极细胞内移形成初级间质细胞。3、植物极细胞层内陷形成原肠，内胚层建立。4、原肠顶端的次级间质细胞迁入体腔，并通过与内外胚层的连接牵动原肠向顶部延伸。5、初级间质细胞分化产生间质纤维和骨针，原肠末端与体外通连形成口，次级间质细胞分散进入囊胚腔分裂，形成中胚层。发育要点：海胆胚胎的早期囊胚，植物极细胞开始加厚。原肠胚形成前的海胆晚期囊胚，植物极变扁平，形成植物极板。中胚层内胚层外胚层透明层纤毛囊胚腔外纤层动物极植物极植物极中央的小裂球进入囊胚腔→初级间质细胞→迁移至腹面两侧→连接成索状合胞体环→最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴植物极板中央来源于小分裂球的细胞不断伸出和收缩线状伪足，脱离表面单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞。初级间质细胞海胆早期原肠胚内初级间质细胞沿囊胚腔内表面运动，主动伸出伪足与囊胚腔壁连接，占据囊胚腔预定腹侧面，并形成稳固联系。初级间质细胞的线状伪足初级间质细胞形成索状合胞体（将来形成骨针）•初级间质细胞内移的原因：细胞粘连作用的变化------初级间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力减少，而与基质片层之间的亲和力增加。相比之下，非间质细胞和透明层以及相邻裂球之间的亲和力维持不变。透明层裂球基质片层初级间质细胞初级间质细胞内移的扫描电镜照片初级间质细胞在囊胚腔内迁移的过程中，仍然留在植物极板上的细胞移动填补由初级间质细胞内移而形成的空隙，植物极板进一步变扁平。之后，植物极板向内弯曲，内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的1/4～1/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠（archenteronorprimitivegut），而原肠在植物极的开口称为胚孔（blastopore）。早期原肠内陷完成之后，经过短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的原肠变成又细又长的管状结构。内胚层建立初级原肠内陷植物极板内陷的双金属片模型。植物极板细胞分泌硫酸软骨素蛋白多糖（CSPG）到透明层内层中，CSPG吸水膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。透明层内层外层微绒毛植物极板细胞囊胚腔植物极板细胞向上推举含CSPG的分泌小泡分泌到内层的CSPG吸水膨胀海胆胚胎原肠伸长时期的细胞重排。随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域形成一细胞环。原肠顶端形成次级间质细胞，原肠延伸是以次级间质细胞提供的张力为动力的。次级间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内表面。当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔。次级间质细胞在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆的胚孔最终形成肛门。次级间质细胞迁入体腔A，原肠的顶端形成次级间质细胞；B，次级间质细胞的线状伪足。海胆正常的胚胎发育外胚层骨棒消化管动物极植物极中裂球大裂球小裂球纤毛束次级间质内陷内胚层口初级间质三、两栖类的原肠胚发育动物极细胞的外包和内卷运动动物极表层细胞以外包方式向四周延展，覆盖植物极。灰新月区部位内卷进入胚胎内部。两侧迁移细胞到达灰新月区时间不同，动物极端的内卷首先出现，即出现背唇结构。之后，内卷向植物极方向延伸，背唇向下延伸合拢，形成一个环丘结构，即胚孔。胚孔环中隆起的是卵黄栓，将伴随胚孔收缩进入胚体内部。爪蟾早期胚孔背唇的表面观，示动、植物极细胞大小的差异。动物极分裂球表面细胞通过胚孔褶入胚胎内部（close-up）通过胚孔进入胚胎内部的细胞的运动随着背唇、侧唇和腹唇的连续形成，胚孔区域的变化。细胞外包内卷，胚体中形成原肠结构。同时，三胚层建立。外胚层：胚胎外侧细胞层（动物极的表层细胞）。中胚层：边缘区细胞（赤道附近及内层的细胞）。内胚层：环绕原肠腔的细胞层（植物极半球的表层细胞）。同时，建立了未来胚胎的体轴走向。蛙类原肠胚发育首先是从将来胚胎的背部，即刚好位于赤道下方的灰色新月区开始的。灰色新月区的预定内胚层细胞内陷，形成狭缝状胚孔（slit-likeblastopore），内陷细胞称为瓶状细胞（bottlecell），它们沿最初的原肠排列。胚孔的决定爪蟾的晚期囊胚，示边缘区被内胚层细胞覆盖。囊胚腔边缘区胚孔处形成瓶状细胞瓶状细胞胚孔正常情况下，由精子驱动的卵细胞内部细胞质的重新排列能够引起亚细胞因子（subcellularfactor）的不对称分布。胚孔的定位受精卵内亚细胞因子的不对称分布产生了背腹区分，并最终将胚孔的位置确定在精子入卵点对面的一组植物极裂球上。细胞质的运动激活精子入卵点对面的细胞质开启原肠胚发育。通过机械方法（如离心）人为地改变皮层细胞质和皮层下细胞质的空间关系，将可以使胚胎在精子入卵点的同一侧开启原肠胚发育。将精子决定的细胞质旋转与人工诱导的细胞质旋转相结合，就可能获得两个原肠作用起点，最终形成联体双胞胎蝌蚪（BlackandGerhart，1985）。植物极细胞负责形成胚胎背唇和启动原肠发生推论：精子的进入起到的只是触发细胞质重组和给出未来胚体走向的线索。胚孔发生的原因：细胞质重组后皮质成分和内部成分的相互作用，植物极下部含有对此负责的有效成分，其对紫外线敏感。Nieüwkoop中心（Nieüwkoopcenter）定义：精子入卵点对面的植物极卵裂球中，由于皮质转动（corticalrotation）以及动物极和植物极细胞质的混合，导致卵裂球内部背部化决定子激活。这些含有已激活的背部化决定子的植物极细胞，能诱导其背侧细胞组织形成spemann组织者的功能，我们称之为Nieüwkoop中心。爪蟾中胚层诱导中心背部中胚层诱导信号中胚层诱导信号例如：两栖类动物原肠胚的背唇能起“组织者”的作用，除去自身向一定方向分化外，还能诱导邻近的外胚层细胞分化为神经组织，共同形成由脊索、肌肉、神经管组成的中轴构造。Spemann（Vg1、activin、Noggin、Wnt8等）（FGF2、BMP4）（β-catenin）特点：功能：爪蟾胚胎发育中，β-CATENIN最初存在于全部细胞中。受精时卵质的旋转移动过程中在预定胚胎背部积累，在整个早期卵裂阶段仍然主要在背部积累。到卵裂晚期，只有Nieuwkoop中心的细胞具有。β-CATENINβ-CATENIN对于形成背部结构是必要的Nieuwkoop中心的一个主要细胞因子，一种母体效应基因，既能锚定细胞膜上的钙粘着蛋白，又是一个核内转录因子。DSH将β–CATENIN定位于胚胎背部的机制受精皮层旋转背部DSH富集背部GSK-3抑制β–CATENIN降解β–CATENIN稳定DSH将β–CATENIN定位于胚胎背部的机制背部β–CATENIN富集核里无β–CATENIN核里有β–CATENINβ–CATENIN是WNT信号途径中的成分。β–CATENIN降解β–CATENIN自由卷曲蛋白：wnt信号通路的受体起始于背唇表层细胞内卷，迁移中的边缘区细胞到达胚孔的背唇时，转向内部沿着外层细胞的内表面运动，因此构成背唇的细胞在不断更新。最初构成背唇的细胞因为内陷形成原肠前缘的瓶状细胞，它们随后发育为前肠咽部的细胞。随着瓶状细胞进入胚胎内部，背唇被后来内卷进入胚胎发育为头部中胚层前体的细胞代替。接下来，由胚孔背唇内卷进入胚胎的细胞为脊索中胚层细胞，它们将形成脊索。原肠形成瓶状细胞的收缩拉动边缘区细胞向动物极运动，同时将植物极的内胚层细胞推向胚胎的内部。边缘区细胞的运动导致外胚层细胞向植物极外包，预定前端中胚层细胞沿囊胚腔内表面延伸。内胚层瓶状细胞预定前端中胚层预定后端中胚层深层内卷缘区背唇胚孔深层细胞插入混合表面边缘细胞深处细胞形态改变胚唇向腹侧延伸深层边缘细胞瓶状细胞深层迁移带细胞变平，内表面细胞形成原肠壁。展开的瓶状细胞表层IMZ向动物极迁移细胞插入混合咽内胚层的头部中胚层前体原肠期特征：一孔，二腔，三胚层。果蝇胚胎的表面卵裂四、果蝇的原肠胚发育约6000个细胞3h1/3处裂痕决定头位置，下腹部裂痕决定未来原肠胚出现处。中胚层的分化来自于腹面表层细胞的内陷和分离内胚层和消化道的分化来自于头尾两端的内陷消化道中段起源于中胚层组织的加入，留在胚胎表面的将构成胚胎的外胚层神经组织：散在外胚层中的神经母细胞独立地迁入胚胎深层并向中线聚拢，形成腹侧中枢神经系统。五、鸟类的原肠胚发育鸟类行不完全的盘状卵裂，胚胎经过卵裂在大量的卵黄上形成一个胚盘（blastodisk）。胚盘下方“惰性”的卵黄对上面细胞的运动施以严格限制。由动物极（胚胎将来的背部）观察的鸡卵的盘状卵裂明区暗区明区暗区缘区明区边缘区鸟类的原肠胚发育要点：1、下胚层和上胚层的形成2、原条的形成3、通过原条的细胞的迁移：内胚层和中胚层的形成4、外胚层的外包和原条的退缩鸟类胚盘中央细胞被胚下腔（subgerminalcavity）和卵黄分开，看起来透明，称为明区（areapellucida）。明区边缘细胞和卵黄接触看起来不透明，称为暗区（areaopaca）。上胚层某些细胞单个的内移到胚下腔中，形成初级下胚层（primaryhypoblast）。暗区深层细胞向内长入和初级下胚层汇合，形成次级下胚层（secondaryhypoblast）。1、下胚层和上胚层的形成鸡胚双层囊胚的形成原条发生起始处由上胚层和下胚层组成的双层囊胚在暗区边缘连接在一起，两层之间的空腔即为囊胚腔（blastocoel）。鸟类胚胎命运图谱仅局限于上胚层，胚胎本身和大量胚胎外膜都是由上胚层所产生。下胚层对正在发育的卵的本身并没有任何实质性的贡献。下胚层细胞只形成部分胚胎外膜（extraembryonicmembrane），尤其是卵黄囊（yolksac）和连接卵黄的基柄（stalk）。鸟类的原条（primitivestreak）首先见于胚胎的后端上胚层细胞的加厚处。这种加厚是来自上胚层细胞向深层侵入和两侧细胞向中央积聚所致。2、原条的形成原条一旦形成，上胚层细胞便开始向原条边缘迁移，进入囊胚腔内，组成原条的细胞也在不断地变化。进入鸟类囊胚腔的细胞以单个细胞为单位，内移的细胞并不形成紧密联系的细胞层，只形成松散联系的间质细胞。随着细胞进入原条，原条不断变窄，向胚胎未来头部区域延长至明区长度60％至75％处。在原条的前端是一个细胞加厚区叫原节（primitiveknot）或亨氏节（Hensen’snode）。亨氏节的中央有一个烟囱状的凹陷，叫原窝（primitivepit）。周围上胚层细胞由此进入胚胎内部。亨氏节在功能上相当于两栖类胚孔的背唇。原条向前延伸同时，原条长轴中央留下一条沟样结构，称为原沟（primitivegroove）。原沟与两栖类胚孔的作用相似。上层细胞持续经由原沟向深部陷入，进入囊胚腔中。下胚层移植亨氏节能够诱导一个次生胚胎的形成。从亨氏节进入囊胚腔的细胞向前迁移形成头部中胚层和脊索。两侧由原沟进入囊胚腔的细胞是未来个体的内胚层和中胚层的原始细胞成分。A.进入囊胚腔的细胞顶端伸长形成瓶状