神經生物學第二篇演示文稿

神經生物學第二篇演示文稿第一頁，共二十七頁。（優(yōu)選）神經生物學第二篇第二頁，共二十七頁。發(fā)育過程外胚層分化為神經板、神經板上神經前體細胞誕生、神經管的形成和分化、神經細胞的增殖和遷移、細胞群落或神經核團的形成、神經細胞軸突的生長、細胞間突觸聯(lián)系的建立、復雜神經回路的構建及其生后早期的修飾、神經系統(tǒng)的損傷和修復。第三頁，共二十七頁。第一節(jié)神經管的形成神經板發(fā)育成神經管的過程稱為神經胚(neurulation)的形成。（胚胎早期，對于人，大約是懷孕的22天左右。）胚胎初期呈平園盤狀，由3層截然不同的細胞層構成，分別為：

內胚層(endoderm)---發(fā)育為內臟組織器官。

中胚層(mesoderm)---發(fā)育為骨骼和肌肉。

外胚層(ectoderm)---發(fā)育為神經系統(tǒng)、皮膚。第八章神經系統(tǒng)發(fā)育第四頁，共二十七頁。神經系統(tǒng)形成的最初過程：原腸胚形成和神經胚形成第五頁，共二十七頁。神經前體細胞-干細胞-神經元底板神經嵴細胞-感覺和自主神經系統(tǒng)的神經元和雪旺細胞，腎上腺髓質的嗜鉻細胞和腸神經系統(tǒng)，軟骨組織和皮膚的黑色素細胞等非神經成分中胚層-體節(jié)第六頁，共二十七頁。神經胚形成的電鏡掃描圖象

(SmithandSchoenwolf,1997)第七頁，共二十七頁。

神經誘導及其分子基礎1924年Spemann和Mangold的研究發(fā)現(xiàn)：在正常發(fā)育期間，神經系統(tǒng)是由一個特定部位的細胞誘導而來的（中胚層細胞移植）。Spemann把這一區(qū)域稱為“組織者”。早期研究認為，這一誘導過程是由來自原凹和脊索細胞的信號啟動的。神經管形成的調控機制第八頁，共二十七頁。外胚層發(fā)育為神經板是由于“特定部位”即組織者與預定為神經板的外胚層區(qū)域間信號傳導的結果，即外胚層細胞在沒有這種信號傳導的情況下發(fā)育成表皮。九十年代后，新的證據(jù)證明外胚層成為表皮需要特定的信號傳導，而神經胚形成無需信號傳導，因此表皮誘導或神經抑制比神經誘導的提法更確切。BMP（骨髓形態(tài)發(fā)生蛋白，bonemorphogeneticprotein）是外胚層的表皮誘導因子，它是一類外胚層自分泌的生長因子。當原腸胚的外胚層小塊培養(yǎng)于沒有“組織者”的條件下，自身的BMP將使之分化成表皮（細胞），當把外胚層小塊打散為細胞培養(yǎng)時，也沒有“組織者”，它們卻分化為神經型細胞，因為BMP被稀釋破壞而無效。BMP是表皮的誘導因子。沒有這一因子，“神經”的面目就暴露。第九頁，共二十七頁。Noggin、Chordin和Follistatin是在“組織者”上新發(fā)現(xiàn)的神經誘導因子，但是至今未找到它們在應該分化為神經板的胚胎背部外胚層細胞上有相應的受體，因此它們并不直接作用于被誘導的外胚層細胞。生物化學研究證明這些神經誘導因子能直接結合BMP，以致BMP不再能激活其外胚層細胞上的受體，因而干擾了BMP的信號傳導，背部胚胎的外胚層細胞則不再被誘導為表皮，卻表現(xiàn)出神經型細胞的本來面目。這表明“組織者”的神經誘導因子實為表皮誘導因子BMP的抑制因子。有關神經胚形成分子機制的研究有助于了解許多先天性疾病的病因并進而考慮其預防。胚胎可能接觸到的許多可能干擾正常信號傳導的物質，如酒精和鎮(zhèn)靜藥，可能引起胚胎神經系統(tǒng)的病理分化。像脊柱裂、無腦畸形和其他腦畸形。第十頁，共二十七頁。神經管的發(fā)育正常(normal)神經管閉合無腦畸形(anencephaly)神經管缺陷脊柱裂(spinabifida)神經管缺陷第十一頁，共二十七頁。二、神經管的分化(differentiation)1.3個初級腦泡神經管前部形成3個初級腦泡：前腦(forebrain)中腦(midbrain)菱腦或后腦(hindbrain)第十二頁，共二十七頁。前腦的分化(a)大腦半球向后、向兩側生長膨大，以至遮蓋住間腦。(b)嗅球從兩個大腦半球的腹側長出。前腦分化形成端腦(telencephalon)間腦(diencephalon)視泡(opticvesicles)最終發(fā)育為眼

第十三頁，共二十七頁。中腦的分化中腦在腦的發(fā)育中變化較小。中腦發(fā)育為頂蓋(tectum)被蓋(tegmentum)中腦中央為中腦水管(cerebralaqueduct)，充滿腦脊液。第十四頁，共二十七頁。后腦的分化后腦頭端的分化后腦分化成3部分：小腦(cercbellum)腦橋(pons)延髓(medulla)分化成小腦和腦橋。中央是第四腦室(fourthventricle)，充滿腦脊液。第十五頁，共二十七頁。后腦尾端的分化分化成延髓。中央是第四腦室(fourthventricle)，充滿腦脊液。第十六頁，共二十七頁。脊髓的分化脊髓中央蝴蝶狀的區(qū)域為灰質，分為：背角(dorsalhorm)、腹角(ventralhorm)中間帶(intermediatezone)。周圍是白質：白質傳導束(whitemattercolumns)中央處狹長孔道為脊髓中央管(spinalcanal)。第十七頁，共二十七頁。三、細胞增殖成年人腦大約有1000億（1011）個神經元和比這多得多的膠質細胞。除少數(shù)特例，成年腦的神經元都是在生前幾個月的時間里由一小群前體細胞產生的。此后，前體細胞消失，不再有新的神經元補充以代替老年或損傷失去的神經元。腦泡壁是細胞分裂極為活躍的神經上皮。早期腦泡壁由外層的邊緣區(qū)和內層的腦室區(qū)所構成。在人胚胎細胞增殖的高峰期，每分鐘產生大約25萬個新的神經元。（前體細胞-有絲分裂–成神經細胞）神經元出生期的研究證明，具有特定細胞類型和神經聯(lián)系模式的每個腦結構是由一個特定發(fā)育時間內出生的許多細胞聚集而成的。第十八頁，共二十七頁。細胞遷移是具有特定空間關系的細胞群普遍存在的發(fā)育特征。分裂后的成神經細胞最終的準確定位特別重要。發(fā)育中的突觸前和突觸后成分必須在準確的時間并在準確的位置才能建立起具有信息傳遞功能的神經元間的準確聯(lián)系。絕大部分源于神經管腦室區(qū)和或神經嵴的發(fā)育期神經元都經過相當路徑的遷移。靈長類動物尤為明顯。例如在大腦皮層的形成過程中，神經元往往必須從腦室區(qū)遷移到數(shù)毫米之外靠近腦膜面的皮層板。神經元遷移缺陷導致人類和實驗動物主要的神經功能障礙。四、細胞遷移和分化第十九頁，共二十七頁。目前對于神經元從出生地至目的地如何遷移的機理了解甚少，但是已經知道微環(huán)境對于一個細胞能否遷移，甚至對于其表型的決定都是至關重要的。微環(huán)境的細胞粘連分子和細胞外基質分子以及靶細胞分泌的特異多肽生長因子可能在驅動神經嵴細胞的遷移中發(fā)揮非常重要的作用。在大腦皮層、海馬和小腦的發(fā)育過程中，微環(huán)境的放射狀膠質細胞是成神經細胞遷移的骨架。成神經細胞沿放射狀膠質細胞的突起由腦室區(qū)爬行抵達皮層板后分化為具有軸突和樹突的神經元。第二十頁，共二十七頁。五、神經元表型的多樣性及其形成的分子基礎不同類型的神經元以及膠質細胞在發(fā)育的極早階段，或許在神經板形成時期就被決定。不同類型的前體細胞可能存在于腦室區(qū)，每一種前體細胞產生成年期特定類型的細胞。一種細胞的命運是其家系決定的，即不同類型的神經元和膠質細胞都有其不同的“祖先”。前體細胞可能并不提供其最終細胞類型的任何信息，與特定腦區(qū)微環(huán)境中其他細胞的相互作用才是確定細胞類型的決定因素。第二十一頁，共二十七頁。目前大量證據(jù)有利于細胞-細胞間的相互作用啟動神經元分化的觀點。對于這一問題的探索，多數(shù)依靠移植手段進行：移植胚胎的小塊腦區(qū)到宿主動物并觀察移植的細胞在以后的發(fā)育中是否獲得宿主的表型特征。結果表明，非常早期的前提細胞在移植后常常具有宿主的表型。然而，較晚期的前體細胞移植后則保留其原有的類型。第二十二頁，共二十七頁。小結神經系統(tǒng)的早期發(fā)育是一個極為復雜的動態(tài)過程，在這期間不斷發(fā)生著細胞位置的重排和分化。單個前體細胞的命運并不為其有絲分裂的家系決定，細胞分化的信息主要來自發(fā)育中細胞與其環(huán)境的相互作用，細胞與細胞間的信號傳導啟動轉錄調節(jié)和最后的基因表達。發(fā)育腦和身體其他部位具有類似的信號傳導和調節(jié)分子：激素、轉錄因子、第二信使和細胞粘連分子。研究其功能有助于解釋許多先天性神經系統(tǒng)異常。第二十三頁，共二十七頁。神經回路的構建一、軸突生長及其路徑選擇神經系統(tǒng)發(fā)育的特性中，生長軸突可穿過復雜的細胞領地找到幾個毫米或幾個厘米之外與之匹配的突觸后靶細胞?，F(xiàn)在已經知道軸突的生長能力是生長錐—生長軸突頂端的一個特殊結構所具有的特性。生長錐是運動活躍的結構，不停地探測細胞外環(huán)境并對局部信號作出反應，表現(xiàn)為生長速度和方向的改變。生長錐由扁平的板層形偽足及其絲狀偽足組成。絲狀偽足一會伸出，一會縮回消失，如同伸出的手指觸摸環(huán)境以獲取“感覺”并決定其何去何從。第二十四頁，共二十七頁。生長軸突在旅途中會作出許多生長方向的選擇，在“交叉路口”的選擇尤為重要。例如人和其他哺乳動物的顳側視網膜神經節(jié)細胞的軸突在視交叉處仍然在腦的同側延伸，而鼻側視網膜神經節(jié)細胞的軸突則交叉到對側。因此，視網膜上不同位置的節(jié)細胞在抵達視交叉前必須作出是否越過中線的決定。第二十五頁，共二十七頁。二、軸突生長與化學導向因子目前認為，從不同靶區(qū)來的信號能選擇性影響軸突生長錐的運動，因而吸引它們到達合適的目的地。許多在體和離體的實驗均肯定了這一基本理論。但要鑒別這些信號非常困難，由于這些因子在發(fā)育胚胎的含量極小。三、選擇性突觸形成在抵達準確的靶區(qū)以后，軸突必須在許多可能成為其突觸后細胞中挑選它將支配的特定靶細胞。過去20多年來，許多研究者試圖尋找控制突觸形成的分子，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)運動神經末梢釋放的agrin分子參與了功能性突觸的建立過程。第二十六頁，共二十七頁。四、神經元的存活及其與靶細胞間的聯(lián)系保持：神經營養(yǎng)因子生長軸突與其對應的靶細胞之間形成突觸聯(lián)系意味著一個新的發(fā)育階段的開始。突觸一旦形成，神經元的繼續(xù)存活和分化在某種程度上將依賴于靶細