第八章原肠作用：

第八章 原肠作用：胚胎细胞的重新组合原肠作用 or原肠胚形成（ gastrulation） 是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形成内胚层和中胚层器官的细胞迁入胚胎内部，而要形成外胚层的细胞铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚 (gastrula)。原肠作用的意义：v 建立起三个胚层（腔肠动物为 2胚层）v 为重新占有新位置的胚胎细胞之间相互作用奠定了基础原肠作用中的主要细胞迁移v 内陷（ invagination）： 一个区域内的细胞同时向内凹入，如海胆、文昌鱼v 内移（ ingression）： 胚胎表面细胞单个地向内部迁移，如水螅v 内卷（ involution)： 正在扩展的外层细胞向内运动，并沿外层细胞内表面扩展，如两栖类v 外包（ epiboly）： 表面细胞整体向外周扩展，包围深层细胞的运动，如鱼v 插入（ intercalation):两层细胞间插合并为一层细胞v 集中延伸（ convergent extension）： 指细胞间相互插入，使所在组织变窄、变薄，并推动组织一定方向移动。v 分层（ delamination）： 一层细胞分裂形成两层或多层相互平行的细胞层第一节 海胆 （ sea urchin）研究早期发育的模式生物v / ，生殖孔位于反口面v 辐射对称型全裂， 16细胞时分为 3层v 典型腔囊胚海胆原肠胚的发育包括以下变化v 植物极变平加厚v 植物极小细胞移入形成初级间质细胞，形成骨针等中胚层结构v 植物极细胞层内陷形成原肠，内胚层建立v 原肠顶部细胞移入成为次级间质细胞，它们迁入残余囊胚腔，形成中胚层v 原肠末端与体外通连形成胚孔一、初级间质细胞内移1、初级间质细胞（ primary mesenchye cell）： 植物极板中央的一小簇小细胞（来源于小分裂球），脱离表面单层细胞进入囊胚腔v 命运 （分化）： 该部分细胞将占据囊胚腔预定腹侧面，在此细胞融合形成索状合胞体，并最终构成骨针的轴海胆原肠作用机制2、 初级间质细胞内移机制 囊胚所有细胞的外表面都与透明层相连，内表面都与细胞分泌的基质片层相连，所有细胞两侧面都彼此相邻，囊胚腔壁细胞的细胞质和细胞表面对初级间质细胞的进入和迁移意义重大 原肠作用时，小分裂球的后代首先与相邻细胞以及透明层之间的亲和力降低，同时与囊胚腔内部的基质片层和胞外基质之间的亲和力增加。这样在外小分裂球的后代与透明层及相邻细胞脱离 进入囊胚腔的初级间质细胞，沿着囊胚腔壁的胞外基质伸出线状伪足，向前迁移。二、早期原肠内陷1、植物极变平、内陷： 由于初级间质细胞的移入，周围的植物极细胞迁移并填补空隙，由此植物极进一步变平2、原肠内陷的原因（动力）植物极板细胞向透明层内层分泌硫酸软骨素蛋白多糖（chondroitin sulfate proteoglycan， CSPG），后者吸水使透明层内层膨胀，结果植物极透明层弯曲 ;纤丝收缩使细胞变为契形，加之相邻表层细胞运动产生的推动力，加速植物极板内陷，形成原肠（ archenteron or primitive gut）顶面局部收缩顶部收缩 顶端拖拉 蛋白多糖膨胀顶板 透明层三、晚期原肠内陷v 原肠拉长（ 2/3）： 通过细胞穿插重排和变形完成，没有新细胞的形成。v 次级间质细胞： 为原肠顶部移入的细胞。v 次级间质细胞作用过程：这些细胞位于原肠顶端，伸出线状伪足至囊胚腔壁的内表面并与之相连。然后伪足缩短，原肠得以拉长v 次级间质细胞命运： 中胚层器官原肠延长第二节 文昌鱼（ amphioxus）典型腔囊胚原肠作用 植物极预定内胚层伸长 植物极板 植物极板内陷斑马鱼的原肠作用原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包， 由 YSL驱动 ， 使胚盘变薄。胚层的形成： 50%下包时，与卵黄交界处的 deep cells内卷，使交界处形成厚实的一圈，叫 germ ring。 内卷的细胞和由上层内移的细胞形成 下胚层 、上层的 deep cells为 上胚层 。胚盾 (embryonic shield)：因深层细胞的内卷和会聚扩展而在 germ ring的某处形成的加厚区。它为胚胎的背部，从此处内卷的细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞一起沿背部中线形成 脊索中胚层 (chordamesoderm);下胚层细胞还将生成 近轴中胚层和内胚层。上胚层的部分细胞经会聚扩展形成 neural keel， 其余的细胞形成皮肤。第三节 鱼类卵黄核背腹外包移入下胚层上胚层内卷头区躯干区体节YSL斑马鱼的原肠作用 (续 )内卷和会聚扩展形成脊索中胚层的细胞表达 no tail基因，而会聚扩展形成近轴中胚层的细胞表达 snail基因延伸胚盾集中内卷外包卵黄细胞脊索中胚层细胞向动物极迁移近轴中胚层细胞第四节 两栖类（ amphibian）一、两栖类原肠作用时细胞的运动v 发育命运图谱：采用活体染色法，追踪原肠作用的细胞迁移运动，并制定细胞发育命运的图谱爪蟾表皮胚孔胚孔上内胚层胚孔下内胚层神经板侧中胚层板体节体节和脊索心，血岛囊胚腔蝾螈非洲爪蟾原肠作用过程（内陷、外包为主）1、外部变化：v 背唇（ dorsal lip）产生：赤道下方灰色新月区，产生狭缝状的内陷v 动物半球细胞下包v 背唇两侧扩展 侧唇、腹唇；卵黄拴背唇侧唇腹唇卵黄拴胚唇2、内部变化： 动物半球细胞下包、集中、内卷 受背唇处及周围区发散的信号吸引， 动物半球细胞下包 （细胞数目增加以及不同细胞层之间的合并） 下包细胞集中到 背唇处由此卷入 （索前板内胚层和脊索） 进入的细胞朝前成片移动并沿整个囊胚内表面扩展形成原肠（内卷、延伸是通过细胞黏附变化，并受位于前沿细胞形成的叶足支持） 原肠腔产生并扩大，囊胚腔缩小 侧唇产生（ lateral lip）： 背唇向两侧扩展 边缘带 细胞迁移集中于此内卷，卷入的中胚层细胞沿胚体腹部受卵黄大细胞牵拉，发生迁移，最终位于原肠背侧部 胚孔：两侧唇向腹面继续延伸而成腹唇，构成胚孔（孔环），中央为卵黄拴（ yolk plug）爪蟾的原肠作用的起始和中胚层形成原肠作用开始 于瓶状细胞的形成和内突。 它们的内突使囊胚表面形成一个小沟，即为胚孔(blastopore)的雏形。同时启动了细胞的内卷边缘带瓶状细胞下包原肠集中延伸内卷卵黄拴爪蟾的原肠作用 (续 )瓶状细胞负责形成最初的内陷沟；深层缘区细胞为细胞内卷的动力；深层细胞间的插入混合维持中胚层细胞向胚胎内部继续运动预定外胚层脊索中胚层头部中胚层胚孔形成处植物极内胚层咽内胚层瓶状细胞缘区细胞爪蟾的原肠作用 (续 )内卷中胚层的迁移 集中和延伸 侧板集中扩展原肠作用至 1/3时，正在扩展的中胚层细胞，受沿前 -后轴细胞间插入混合所驱动，而向胚胎中线集中。结果：位于中间的脊索独立拉长，同时与两侧的体节中胚层分离二、胚孔的定位v 胚孔发生在精子入卵点对面的灰色新月区v 一系列实验得出推论：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，而胚孔发生的真正原因来自细胞质重组和皮质成分与内部成分的相互作用，并最终将胚孔定位在精子入卵点对面的一组植物极裂球上灰色新月 背唇 新月形的胚孔侧唇 背唇 神经板腹唇第五节 鸟类一、鸟类原肠作用概述1、下胚层和上胚层的形成v 胚下腔（ subgermiinal cavity）： 胚盘与卵黄之间的腔隙v 明区（ area pellucida）：动物极观察，胚盘处较透明v 暗区（ area opaque）： 明区周围与卵黄接触的区域原条亨氏节下胚层的形成v 胚盘大部分区域单个细胞迁移，然后彼此连接v 胚盘后端细胞向胚下腔中迁移，并于其它部分汇合v 命运：参与部分胚外结构的形成后侧边缘带上胚层胚下腔暗区明区 上胚层层分而成下胚层细胞囊胚腔后端深层细胞迁移而成的下胚层细胞2、 鸡胚原条 (primitive streak)的形成： 由后部边缘区的上胚层细胞加厚而成，它的出现确定了胚胎的 A P轴线。 原条内会形成一个凹陷，叫 原沟 ，是上胚层细胞进入囊胚腔的门户。原条的头部末端是一个加厚层，叫 Hansens node, 是一个诱导中心。细胞早期通过原条的移动： 最早 穿过原条进入囊胚腔的细胞向头部方向移动，最终迁移至胚胎的头部，成为 前肠内胚层。 这些细胞的移动将原来的下胚层细胞挤至明区前部，成为生殖新月区 (germinal crescent)， 是原生殖细胞存在部位。其后通过 Node进入囊胚腔的细胞在上胚层和内胚层之间向头部移动，形成 头部中胚层和脊索中胚层。原条的后退： 当 Node移至明区中央时， Node和原条一起后退 ,在此过程中长出脊索。 Node退至最后端将形成肛门区。暗区明区胚盘的增厚区原条亨氏节原沟中胚层前边界头褶外胚层 头褶前肠神经褶体节板3、 通过原条侧面进入囊胚腔的细胞的命运： A， 部分迁移的上胚层细胞在中线处与下胚层细胞接触 后，将下胚层细胞赶向两侧，而自身形成内胚层，将生成内胚层器官和大部分胚外膜。 B， 在上胚层和内胚层之间的细胞形成中胚层和少量的胚外膜。上胚层中的预定外胚层细胞将在上胚层中增殖、下包。原条 原节上胚层中胚层下胚层迁移细胞内胚层二、鸟类原肠作用机制1、下胚层的作用和胚轴的形成v 背腹轴通过胚盘上部的碱性（ pH9.5）清蛋白与下部的酸性（ pH6.5）胚下腔之间建立的一层屏障而确定v 背腹轴是下胚层形成和胚胎进一步发育的关键。2、原条细胞的聚集v 胚盘为一个细胞非均匀分布的未分化组织；v 细胞表面具有特异性 HNK-1（硫酸化葡糖醛酸）阳性者，将内移到囊胚腔，并向后端迁移（受后端缘区组织分泌的物质吸引），这些细胞将形成下胚层；v HNK-1阴性者，将形成上胚层；v HNK-1阳性者与上面的上胚层细胞相互作用形成原条原基；v 原条原基通过细胞集中延伸而变窄拉长；v 当原条即将延伸到最大长度时，上胚层中部的基质片层被 HNK-1阳性细胞溶解，形成原沟；v 上胚层中 HNK-1阴性者则充实到原沟中，并与 HNK-1阳性细胞一起参与胚胎中胚层和内胚层的形成（胚内和胚外）。3、脊索的二次形成v 前部脊索由亨氏结处内移的细胞向前迁移形成；v 后端脊索通过原沟内移的中胚层细胞聚集而成，并向后延伸第六节 哺乳类v 原肠作用与鸟类有很多相同点 （上下胚层、原条产生等）， 但仍有区别 ，主要为：胚外器官的发育不同；哺乳动物胚体来自内细胞团一、体内发育带来的变化v 体内发育 ，营养来自体内母体（胎盘 placenta）v 胚泡期着床： 极端滋胚层细胞分泌酶水解子宫底蜕膜，产生缺口，胚泡侵入。子宫底蜕膜增生修复缺口，胚泡被包埋于其中v 下胚层分化： 内细胞团向下分出的一层细胞，将来参与胚外卵黄囊内胚层的形成哺乳动物的原肠作用上胚层和下胚层的形成： 在原肠作用开始时，内细胞团分裂为两层。与囊胚腔接触的一层为下胚层，将用于形成yolk sac； 另一层为上胚层。上胚层细胞间的缝隙将合并、扩大成为羊膜腔，腔中的液体可防止胚胎脱水和保护胚胎受振荡。上胚层将发育为胚胎的本体。母体毛细管