第十二章神经嵴的形成与神经系统发生分析VIP免费

授课教师：吴中华授课专业：生物科学二零一四年胚胎发育过程中神经管与神经嵴的发育形成过程神经系统的主要组成成分来源于神经胚的3个部分：神经板（neuralplate)、神经嵴（neuralcrest)和外胚层基板(ecotodermalplacode）。第十二章神经系统的发育神经板将形成中枢神经系统（CNS)的主要结构，神经嵴和外胚层基板形成于神经板与表皮外胚层的交界区域，参与周围神经系统（包括外周神经节、头部感觉器官等）的形成。脊椎动物的神经板是由外胚层分化而来的，是在胚胎发育早期由Spemann组织者产生的BMP抑制因子诱导而形成的。神经板逐渐与表皮外胚层脱离并形成中空的神经管，这一过程称为神经管形成（neurulation）。神经管的形成主要有2种方式，一是初级神经管形成（primaryneurulation），即神经板中央下陷，两侧神经褶（neuralfold）向上隆起并最终在中轴上方闭合而形成中空的神经管，大多数脊椎动物头部神经管采用此种方式。二是次级神经管形成（secondaryneurulation），即神经细胞先形成实心的细胞索，进而中空形成神经管。神经管形成后通过复杂的形态发生过程形成中枢神经系统的各种结构，其前部扩展、膨大形成前脑、中脑和后脑的原基，而后部的神经管发育为脊髓。神经管细胞经过增殖、分化，产生各种神经元和神经胶质细胞，并通过迁移等过程形成高度有序的组织结构。神经元产生轴突和树突，神经元之间、神经元与靶组织之间形成高度特异的突触连接网络，最终形成一个有功能的神经系统。第一节脊椎动物中枢神经系统的图式形成一旦预定神经组织与表皮组织分化开来，接下来要经过图式形成（patternformation）过程，以确定神经板不同位置的区域特性。在这一过程中，许多转录因子和信号分子在神经板的特定区域被激活，使得神经板沿胚胎前-后轴和背-腹轴产生分化，从而确立中枢神经系统的轴性。一、中枢神经系统的前-后轴图式形成神经组织在最初被诱导形成时，整个神经板细胞都只表达“前部”神经特异性基因。在原肠作用过程中，由后部中胚层产生的后部化因子（posteriorizingfactor)，包括Wnt,FGF,视黄酸（retinoicacid，RA)等诱导后部神经命运的分化。Wnt活性可能沿胚胎前-后轴形成一个由后到前的梯度，促进后部特异性神经组织的分化。而在头部Wnt信号被Spemann组织者产生的抑制因子所抑制，使得脑部组织得以分化。Pax6Pax2Otx2Gbx1Hoxgenes前脑中脑后脑脊髓FGF8峡部Wnt抑制因子后部化因子（Wnt，FGF，RA）后部化因子Wnt，FGF，视磺酸(retinoicacid，RA)等由后向前形成一个浓度梯度，调节图式化基因的表达。而在脑区，其活性被Wnt抑制因子等所抑制。前后脑的界线是由Pax6与Pax2的表达区域决定的，而中脑与后脑的分界位于Otx2与Gbx1的表达界线处。Hox基因的区域性表达进一步确定后脑与脊髓的区域分化。位于前脑最前端的前神经褶（anteriorneuralridge,ANR)表达FGF8，对于前脑的图式形成具有重要作用。峡部（isthmus）是位于中脑与后脑交界处的狭窄部。峡部在中后脑的前-后轴图式形成中起着重要作用。在移植实验中，峡部组织可诱导预定间脑组织形成中脑，也可诱导预定前部中脑组织形成后脑，说明这部分组织具有很强的诱导能力，可以“组织”周围细胞的图式形成，被称为峡部组织者（isthmicorganizer,ISO)或中后脑边界组织者（midbrain-hindbrainboundaryorganizer)。在神经板期，ISO的位置最初是由两个转录因子Otx2和Gbx2在CNS中的表达界限所决定的。(背部外胚层)r1r2r3r4r5r6r7r81234腮弓眼泡端脑间脑中脑后脑体节脊髓r2r3r4r5端脑间脑顶盖中脑小脑后脑脑桥Wnt1FGF8峡部BMP4Wnt1FGF8FGF4Shh(前部中胚层)ShhAB峡部组织者图示E11.0小鼠胚胎纵切面。A峡部组织者位于中脑与后脑边界。后脑分为8个菱脑节（r1-r8），其中r8与脊髓并无明确分界BFGF8，Wnt1，Shh，BMP等图式化信号分子在脑区的表达区域Otx2在前脑与中脑中表达，而Gbx2在后脑前部表达，两者之间的位置恰好是ISO的位置。Otx2与Gbx2的表达是相互抑制的，从而确立两者之间的表达界限。转录因子Engrailed(En)和Pax2随后也在ISO前后表达。En表达的起始受到中胚层组织的调控，并依赖于Pax2的活性。En和Gbx2可诱导FGF8的表达，而Otx2...