中胚層與器官形成（經(jīng)典實(shí)用）

1、中胚層與器官形成 成員：張陽(yáng) 梁杰 李云峰 華俊豪 向治霖 5/1/2021 中胚層可分為中胚層可分為4個(gè)區(qū)域：中間中胚層；背脊中胚層；軸旁中胚層；個(gè)區(qū)域：中間中胚層；背脊中胚層；軸旁中胚層； 側(cè)板中胚層。側(cè)板中胚層。 羊膜動(dòng)物胚胎的中胚層分區(qū)示意圖 5/1/2021 (1) 中間區(qū)域是脊索中胚層。其脊索是一個(gè)臨時(shí)性的器官，誘導(dǎo)神經(jīng) 管的形成，建立前后體軸。 （2）脊索的兩邊是軸旁中胚層，或叫體節(jié)中胚層。從軸旁中胚層發(fā)育 而來(lái)的組織沿脊索兩邊分布于胚胎的背面，這些區(qū)域的體細(xì)胞變?yōu)轶w 節(jié)，它將產(chǎn)生許多背部結(jié)締組織（骨骼、肌肉、軟骨、真皮等） （3）中間中胚層。將形成泌尿生殖系統(tǒng)，包括腎臟、性腺以

2、及相關(guān)的 管道系統(tǒng)，腎上腺外層（皮質(zhì)）部分也來(lái)源于這個(gè)區(qū)域。 （4）距離脊索最遠(yuǎn)的區(qū)域稱為側(cè)板中胚層。它將形成心臟、血管、循 環(huán)系統(tǒng)的血細(xì)胞、體腔內(nèi)壁、肢體中除了肌肉以外的其他中胚層成分。 側(cè)板中胚層也幫助形成一系列胚外膜，使得營(yíng)養(yǎng)能從母體傳輸給胎兒。 在軀干部中胚層的前面是原脊索板中胚層，它們將產(chǎn)生頭部間充質(zhì)細(xì) 胞，形成許多面部結(jié)締組織和肌肉組織。 二、體節(jié)的形成和分化 隨著原條退化和神經(jīng)褶開(kāi)始在胚胎中央合 攏，軸旁中胚層分隔成的細(xì)胞團(tuán)塊稱為體節(jié)體節(jié) 體節(jié)是一個(gè)臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生構(gòu)成脊 椎和肋骨、背部真皮和骨骼肌以及體壁與四 肢骨骼肌的細(xì)胞 1 1、體節(jié)的形成、體節(jié)的形成 第一對(duì)體節(jié)在胚胎

3、前端形成，后面的新體節(jié)從 前端軸旁中胚層開(kāi)始，按照一定間隔有規(guī)律地 形成。 由于胚胎發(fā)育速度略有差異，因此體節(jié)數(shù)目通 常是發(fā)育進(jìn)程的最佳指標(biāo)。所形成的體節(jié)總數(shù) 具有物種的特異性。 雞胚的研究表明，其體節(jié)板細(xì)胞組織形成輪狀，稱 為體節(jié)球。隨著最前端的體節(jié)由松散的間充質(zhì)變成致 密性的上皮性結(jié)構(gòu)，體節(jié)球便轉(zhuǎn)變成體節(jié)。 從體節(jié)球轉(zhuǎn)變成體節(jié)的過(guò)程與兩種細(xì)胞外基質(zhì)蛋白 纖連蛋白和N-細(xì)胞選擇蛋白的合成有關(guān)。這些蛋白的 合成又受Notch1和paraxis的表達(dá)調(diào)控。 Notch1和Paraxis Notch1基因編碼的轉(zhuǎn)錄因子在未分節(jié)軸旁中胚層最前端區(qū) 域有活性；缺乏該蛋白的小鼠體節(jié)排列紊亂，大小不一。

4、Paraxis也編碼一種轉(zhuǎn)錄因子，在小鼠和雞胚吻端未分節(jié) 中胚層表達(dá)。注射與paraxis互補(bǔ)的反義寡核苷酸導(dǎo)致體 節(jié)分節(jié)出現(xiàn)缺陷。 決定體節(jié)在哪里形成的一個(gè)關(guān)鍵因素是Notch信號(hào)途徑， 體節(jié)的邊界在Notch表達(dá)和不表達(dá)區(qū)域之間的界面形成。 Notch信號(hào)途徑成員（包括Notch蛋白本身和Dll1、Dll3） 發(fā)生突變會(huì)引起體節(jié)形成的缺陷。 體節(jié)形成之后，需要Notch蛋白控制一連串的基因表達(dá)， 將體節(jié)分開(kāi)， 控制的基因之一是hairy 1,它在體節(jié)末端周期 性表達(dá)。雞胚中每隔90min達(dá)到一次高峰。 2、體節(jié)的衍生物 體節(jié) 生骨節(jié) 脊椎和肋骨的軟骨 近軸肌節(jié) 遠(yuǎn)軸肌節(jié) 肌肉 肌腱 生皮節(jié)

5、真皮 血管細(xì)胞 主動(dòng)脈、椎間血管 肌肉發(fā)生 肌肉細(xì)胞來(lái)源：體節(jié)的兩個(gè)細(xì)胞系 近軸肌和遠(yuǎn)軸肌 肌肉的形成：在近軸肌和遠(yuǎn)軸肌兩個(gè)細(xì)胞系中， 旁分泌因子誘導(dǎo)合成MyoD蛋白從而指導(dǎo)他們 形成肌肉。 在肌肉發(fā)生過(guò)程中涉及到的Myod和Myf5均屬 于生機(jī)的bHLH轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族，這個(gè)蛋白 家族都結(jié)合DNA上的相同位點(diǎn)，激活肌肉特異 的基因。 任何產(chǎn)生生肌的bHLH轉(zhuǎn)錄因子的細(xì)胞都將發(fā) 育為肌肉細(xì)胞。 肌肉形成的過(guò)程 成肌細(xì)胞能夠產(chǎn)生bHLH，它是肌細(xì)胞的前體，成 肌細(xì)胞在特定的細(xì)胞生長(zhǎng)因子耗盡時(shí)，停止分裂， 向細(xì)胞外基質(zhì)分泌纖維粘連蛋白，并通過(guò)51整 聯(lián)蛋白與纖維粘連蛋白結(jié)合。然后在細(xì)胞膜糖蛋 白的

6、介導(dǎo)下，成肌細(xì)胞排列成鏈狀,最后，在鈣離 子載體的促進(jìn)下，成肌細(xì)胞融合。 成肌細(xì)胞融合之后形成肌小管，新形成的肌小管 分泌出白細(xì)胞介素4，它可以召集其他的成肌細(xì)胞 與肌小管融合，形成成熟的肌小管，而后肌小管 排列成肌纖維 骨骼發(fā)生 骨的來(lái)源： 生骨節(jié)中軸骨 側(cè)板中胚層四肢骨 頭部神經(jīng)嵴腮弓和面部骨 產(chǎn)生方式：間充質(zhì)骨組織 膜內(nèi)成骨（intramembranous ossification）：由間充質(zhì)組織 直接轉(zhuǎn)化 成骨組織，主要出現(xiàn)在顱骨發(fā)生中。 軟骨內(nèi)成骨（endochondral ossification）：間充質(zhì)細(xì)胞先分 化成過(guò)渡型軟骨，然后再被骨取代。脊柱、骨盆、四肢骨。 來(lái)自神經(jīng)嵴的

7、間來(lái)自神經(jīng)嵴的間 質(zhì)細(xì)胞聚集形成質(zhì)細(xì)胞聚集形成 成骨細(xì)胞，成骨成骨細(xì)胞，成骨 細(xì)胞產(chǎn)生骨基質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生骨基質(zhì) 沉淀。成骨細(xì)胞沉淀。成骨細(xì)胞 沿骨基質(zhì)鈣化區(qū)沿骨基質(zhì)鈣化區(qū) 排列，被骨基質(zhì)排列，被骨基質(zhì) 包埋的成骨細(xì)胞包埋的成骨細(xì)胞 變成骨細(xì)胞。變成骨細(xì)胞。 膜內(nèi)成骨 聚集的間充質(zhì)細(xì)胞形成結(jié)節(jié)后變 為軟骨，由軟骨細(xì)胞分泌胞外基 質(zhì)。其外圍再包圍一層間充質(zhì)細(xì) 胞，該間充質(zhì)細(xì)胞形成長(zhǎng)骨的骨 膜。 之后，中央部分的細(xì)胞變大，稱 為肥大軟骨細(xì)胞。 肥大軟骨細(xì)胞分泌各種基質(zhì)，其 中包括各種類型的膠原，大量的 纖連蛋白及少量蛋白酶抑制因子， 便于骨膜中的血管侵入。 軟骨內(nèi)成骨 軟骨形成可分為三個(gè)階段：間充質(zhì)細(xì)

8、胞增殖、前軟骨間充質(zhì)聚集和軟骨細(xì) 胞（chondrocyte）的分化。 當(dāng)軟骨基質(zhì)退化時(shí)， 肥大細(xì)胞也相繼死亡， 而由血管中進(jìn)入的成 骨細(xì)胞開(kāi)始向部分退 化軟骨上分泌基質(zhì)， 形成骨，直至所有的 軟骨被骨代替。當(dāng)骨 膜內(nèi)表面不斷添加新 的骨組織時(shí)，骨的內(nèi) 部區(qū)域變?yōu)楣撬枨弧?骺生長(zhǎng)板細(xì)胞的增殖受生長(zhǎng)激素和 胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factor , IGF）的控制。 五、循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)生五、循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)生 1、心臟發(fā)育 2、血管的發(fā)生 3、血管的發(fā)生 一、心臟發(fā)育一、心臟發(fā)育 心臟是胚胎的第一個(gè)功能器官，脊椎動(dòng)物 的心臟起源于心臟中胚層兩邊的兩個(gè)對(duì)稱 的區(qū)域，他們與

9、鄰近組織相互作用，最后 特化為心臟 由BMP和FGF信號(hào)途徑誘導(dǎo)的 心原性中胚層下內(nèi)胚層 Fgf8(心臟蛋白表達(dá)去關(guān)鍵作用) 脊索分泌Noggin和chordin，在胚胎中央阻止BPM信號(hào) 從神經(jīng)管而來(lái)的Wnt蛋白，抑制心臟形成（前部?jī)?nèi)胚層可產(chǎn)生 Wnt抑制子） 心臟只能在BMP和Wnt拮抗子共同存在的地方形成 1、心原性中胚層的特化、心原性中胚層的特化 BMP 2 2、心管的形成、心管的形成 臟壁層向內(nèi)折疊形成前腸，這 使得將來(lái)形成心臟的管狀結(jié)構(gòu) 靠攏到一起，最終將心外肌膜 連成一個(gè)整體的單管結(jié)構(gòu)，兩 個(gè)心內(nèi)管在同一空腔中共存一 段時(shí)間后融合在一起。此時(shí)原 來(lái)的一對(duì)體腔野合并為一個(gè)， 心臟就

10、位于其中。隨后，兩個(gè) 心內(nèi)膜形成一個(gè)搏動(dòng)的空腔。 后端不融合部分成為卵黃靜脈 進(jìn)入心臟的開(kāi)口。（功能：運(yùn) 輸養(yǎng)料到靜脈竇） 3、心臟發(fā)生、心臟發(fā)生 5周人胚中，心臟為一心房和一心室的管狀結(jié)構(gòu)。28d人胚中， 心臟回路開(kāi)始形成，心房置于預(yù)定心室前面。 心臟環(huán)路的形成將心臟管原來(lái)的前后軸極性轉(zhuǎn)變成左右軸極性。 （依靠Nodal和Lefty-2） 調(diào)節(jié)心臟回路形成 1、細(xì)胞外基質(zhì)flection 2、轉(zhuǎn)錄因子Nkx2-5和Mef2c 3、金屬蛋白酶 方式一 血管形成（胚胎發(fā)育早期）：血管網(wǎng)絡(luò)有側(cè)板中胚層開(kāi)始 發(fā)育形成，內(nèi)皮細(xì)胞相互連接，在原位形成血管 方式二 血管新生（體內(nèi)）：內(nèi)皮細(xì)胞從已經(jīng)存在的初

11、級(jí)血管以外 出芽、遷移的方式形成不同的毛細(xì)血管網(wǎng)、動(dòng)脈和靜脈。 二、血管的發(fā)生二、血管的發(fā)生 1、初級(jí)血管的產(chǎn)生、初級(jí)血管的產(chǎn)生 產(chǎn)生區(qū)域 卵黃囊血島 早期脈管系統(tǒng) 間充質(zhì)細(xì)胞 血島 每個(gè)器官內(nèi) 聚集 中央形成血細(xì)胞 外周形成血管內(nèi)皮細(xì)胞 2、血管形成的三個(gè)因子、血管形成的三個(gè)因子 Fgf2：造血血管母細(xì)胞產(chǎn)生。 VEGF：使得血管細(xì)胞分化，是成血管細(xì)胞 倍增成內(nèi)皮管。（血島旁間充質(zhì)細(xì)胞分泌， 通過(guò)其受體發(fā)揮作用） 血管生成素：主要介導(dǎo)內(nèi)皮好覆蓋內(nèi)皮細(xì) 胞的外膜細(xì)胞的相互作用 3、血管形成、血管形成 新形成的 毛細(xì)血管 細(xì)胞接觸放松 內(nèi)皮細(xì)胞 一分為二 心血管 已有血管 松散狀態(tài) 融合成血管 （如動(dòng)靜脈） 成熟毛細(xì)血管網(wǎng) VEDF TFF-PDGF 加固細(xì) 胞外基 質(zhì) 召集外膜細(xì) 胞，使毛細(xì) 血管保持彈 性 其他調(diào)節(jié)物質(zhì) 金屬蛋白酶抑制子 膠原蛋白X 內(nèi)皮他丁 VEDF 4、動(dòng)脈和靜脈產(chǎn)生、動(dòng)脈和靜脈產(chǎn)生 動(dòng)脈前體的細(xì)胞膜上有eparin-B2,靜脈前體的細(xì)胞 膜上存在eparin-B2受體EphB4 eparin-B2和EphB4作用 靜脈和動(dòng)脈毛細(xì)血管邊界，確保動(dòng)脈毛細(xì)血管僅 與靜脈毛細(xì)血管相連 非邊界區(qū)，確保僅在同一類型之間的血管融合， 從而形成大的血管 三、血細(xì)胞的分化三、血細(xì)胞的分化 兩個(gè)階