第11章-胚后生长及衰老.ppt

第十一章胚后发育、生长及衰老,胚胎发育在动物个体发育中占有重要的地位，但并不是所有动物的成体结构和功能获得都是在胚胎期完成的，除变态发育外，从幼体到成体，动物仍不断展示出发育过程的继续进行。可以说大多数动物都存在胚后发育现象。,生长、发育的概念,生长是组织或器官的大小和其中所包含的成分的增加，来自组织或器官中细胞数目的增多、细胞的长大及细胞间质的积累。发育是指身体各系统、各器官、各组织的构造和机能从简单到复杂的变化过程（含有分化之意）。发育强调的是未来成体框架结构的发生过程，而生长突出的是终末框架的延展和定型。,脊椎动物的3种主要的生长方式,一、动物的生长,动物显著生长过程集中在胚胎的后期和胚后的前期。在动物早期胚胎发育阶段，胚体只有微弱的生长，细胞变得越来越小。如人胚胎植入子宫时大约为150m，长到50cm需要大约9个月时间。出生后的第一年中，婴儿平均的生长速度是每个月2cm，以后生长速度逐渐缓慢下来，到青春期又出现一次快速生长的高峰。,人的生长曲线,在个体的生长过程中，不同的器官或者部分，在不同的发育阶段其生长速率是不一样的。,人躯体的不同部分有不同的生长速率,生长因子和生长激素对于动物的生长有重要的控制和调节作用。在动物胚胎发育阶段，生长因子（growthfactor）对于胚体的生长起主要的控制和调节作用；在动物发育的胚后阶段，生长激素（growthhormone）介入，并对幼体的生长起着重要的作用。缺失类胰岛素生长因子-2（Igf-2）基因的小鼠出生时的重量仅为正常鼠的60%，表明Igf-2是早期胚胎生长所必需的，Igf-1主要在出生后起作用。,生长受激素的调控,垂体生长激素的产生受下丘脑分泌的生长激素释放素和抑制素两种激素的控制，而垂体生长激素又通过促进IGF-1及IGF-2的合成来控制个体的胚后生长。,动物的不同器官或者不同部位常常表现出独立的生长编程特征。如人的肢体在胚胎只有1cm的时候就已具备了各部分的完整结构，在以后的生长过程中起码加大了100倍，但不同部分的生长速度不同。开始时，鸡翅的肱骨或尺骨与腕骨的大小相差无几，但伴随着生长过程的延续，二者的生长速度明显不同。,不同的器官具有不同的内在生长程序,将一种大体形蝾螈的肢体原基移植到一种小体形蝾螈身上，移植的肢体表现出明显的大体形蝾螈的特征。,动物的一些器官部位或者细胞成分具有终身维持生长更替的性质。包括皮肤表皮组织从生发层不断向表皮推进及角质化的过程；肠道上皮的持续发生和顶端脱落；指甲、毛发的生长；骨骼成分和血液细胞的更新等。,成年哺乳动物的肠上皮细胞不断更新,肠绒毛覆盖着肠壁，下图为隐窝和绒毛的放大，其底部存在有干细胞。干细胞持续分裂，分裂的子细胞向上运动，这些子细胞分化为肠绒毛中的上皮细胞，并最终从肠绒毛顶端脱落，整个转变过程大约需要4d。,成年哺乳动物的皮肤表皮细胞不断更新,干细胞分裂产生一个新的干细胞和一个将要分化的细胞。干细胞命运与其表达integrin并通过其与基底层的laminin和collagen相连有关。,二、乳腺的发育,哺乳动物乳腺的发育在胚胎时期就已开始，但直到妊娠末期开始分泌乳汁时才发育成熟。乳腺的发育被划分为三个不同的时期：胚胎期、青春期以及妊娠和哺乳期。乳腺分化的产物（酪蛋白和其他乳蛋白）只在最后时期产生。,胚胎期乳腺发育,在11d龄的雌性鼠胚的腹中线两侧，各出现一排上皮组织乳腺原基，称为乳腺嵴（mammaryridge），在每一乳腺嵴中，细胞向中央聚集，形成乳腺芽（mammarybud）。在出生的前几天，该处的上皮细胞快速增殖，形成乳腺索（mammarycord），乳腺索的一端在皮肤中有开口，称为乳头（nipple），而另一端变为管状，并形成分支。此后，乳腺停止发育，一直持续到青春期。,雄鼠乳腺组织在妊娠开始1315d的发育情况与雌鼠相同，但随后乳腺索细胞死亡，只有一小团上皮细胞附生在皮肤表面，而乳腺并不伸出皮肤，以后整个乳腺停止发育。睾酮可以阻止乳腺的发育。,雌性小鼠的早期乳腺发育,A.12d胎鼠的乳腺芽，外胚层上皮细胞侵入间质组织中。B.15d胎鼠的乳腺索，乳腺索底部的小裂隙说明分支结构开始形成。C.20d的胎鼠，乳腺索中形成中空的腔，呈管道状。,睾酮在调节乳腺发育中的作用,A.雌性小鼠的乳腺组织，不管是体外培养还是体内发育，都从表皮向内生长并分支。B.雌性小鼠的乳腺组织加睾酮体外培养，出现正常雄性小鼠的发育图案。C.雌性小鼠的乳腺组织不给予睾酮体外培养，则象正常雌性小鼠那样发育。,青春期乳腺发育,在青春期（鼠的第46周），乳腺小叶大量增生，但其末端的泡状泌乳细胞尚未分化，因而不能分泌乳汁。小叶增生时细胞分裂受2中激素的控制雌激素和生长激素。,妊娠和哺乳期乳腺的发育,在青春期与妊娠期之间的阶段，鼠乳腺细胞主要进行分裂而不分化，但在进入妊娠后半期后，在雌激素和孕酮的影响下，乳腺中形成新的小叶，而且小叶的末端细胞开始分化，形成具有分泌作用的组织。,乳腺细胞分化对激素的依赖,A.乳腺细胞的分化依赖于激素。B.未交配的成熟雌性小鼠乳腺放射性标记的酪蛋白mRNA原位杂交照片。C.同样探针的泌乳期小鼠乳腺原位杂交照片。D.未交配的成熟雌性小鼠乳腺在胰岛素、氢化可的松和催乳素中培养72h后的照片。,不同条件下体外培养的小鼠乳腺细胞中-酪蛋白mRNA的表达水平,乳腺发育中涉及多种激素、相关蛋白质及环境因素之间的相互作用。正常发育的雄性个体的乳腺不会发育，即使在雌性个体中，直到妊娠中期，乳腺才成为一个发育完全的器官。,三、个体衰老,衰老(aging)：生物体的形态、结构和生理功能逐渐衰退的总现象。衰老与自然死亡是多细胞生物不可逃避的生物学现象，如果将多细胞生物的整个发育过程看成是一个严格的生命编程过程，则衰老与死亡现象的存在表明这一程序具有单向不可逆性，或者说多细胞生物的动力学结构不是一个持续稳定的结构，多细胞生物的延续只能通过世代更替的方式来完成。,对于单细胞生物，细胞的衰老和死亡，就是个体的衰老和死亡。多细胞生物体每时每刻都有一部分细胞衰老和死亡，即使是新生的多细胞个体也是这样，不过，这并不一定意味着个体的衰老和死亡，但从总体上看，个体的衰老过程是组成个体的细胞普遍衰老的过程。,1.动物的衰老与死亡现象,多细胞生物的寿命不是一个完全由环境决定的随机和偶然的事件，而是一个受发育程序控制的编程现象。动物个体的衰老过程和其表现很复杂，它的表现大致可归纳为两个方面：生理功能显著衰退和各种疾病特别是老年性疾病陆续发生。,不同物种的寿命不同：遗传控制,果蝇的衰老,各物种的衰老发生和平均寿命不仅相当的稳定，而且不同物种间寿命的长短也有明显的区别。,2.衰老机制的研究,端粒成因说自由基学说基因学说,端粒成因说,多细胞生物的衰老是由于在个体发育过程中，伴随分化细胞分裂的连续进行，细胞染色体端粒序列不断缩短，导致这一细胞学过程终止，最终使个体的生命过程受阻，诱发各种衰老现象发生。,体外培养细胞寿命与机体寿命成正比，细胞的增值能力与供体年龄有关。,体外培养中细胞的衰老,但许多问题用端粒学说还不能解释，曾有人就不同年龄供体角膜内皮细胞的端粒长度进行研究发现角膜内皮细胞内端粒长度长期维持在一个较高的水平，而端粒酶却不表达。另外，Kippling发现，鼠的端粒比人类长近5-10倍，寿命却比人类短的多。这些都提示体细胞端粒长度与个体的寿命及不同组织器官的预期寿命并非一致。端粒长度由端粒酶控制，那何种因素控制端粒酶呢？看来端粒的长度缩短是衰老的原因还是结果尚需进一步研究。,自由基学说,该理论认为，代谢过程中产生的活性氧基团或分子（reactiveoxygenspecies，ROS）引发的氧化性损伤的积累，最终导致衰老。ROS主要有三种类型：O2-，即超氧自由基；OH-，即羟自由基；H2O2。它们的高度活性引发脂类、