1、第二章第二章 胚胎的早期发育胚胎的早期发育(一一)、卵裂的特点、卵裂的特点 卵裂期是指受精卵开始有丝分裂并产生由较小的细胞构成的囊胚(blastula)的过程。卵裂的主要特点包括：H分裂周期短;H分裂球的体积下降：海胆胚胎的质/核比由550降至6;H早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；H卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。一、卵裂 Cleavage(二二)、卵裂的类型、卵裂的类型 经线裂(meridional cleavage):指卵裂面与AV轴平行的卵裂方式。纬线裂(equatorial cleavage):指卵裂面与AV轴垂直的卵裂方式。Holoblastic 全卵裂辐射型:海鞘、海胆、两栖
2、类两侧对称型:两栖类和尾索动物等 螺旋型:螺、蚌、软体动物、纽形动物、多毛类动物Discoidal 盘状偏裂：鸟类、鱼类等端 黄和极端端黄卵Meroblastic 偏裂Superficial 表面裂:中黄卵(昆虫)卵裂类型两轴对称型:栉水母 混合型:一些环节动物 不规则型:哺乳动物 辐射型全卵裂海鞘：经经纬经，8次分裂后产生的256细胞柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚。海胆：第四次分裂后将开始不均等分裂，第7次分裂后产生128细胞组成的囊胚(see next slide).植物极的micromeres是生骨中胚层命运，具有起动原肠作用、诱导第二胚轴的活性。海胆早期囊胚的细胞体积一致
3、，其后长出纤毛，使囊胚可在受精膜内转动，同时也因细胞的增殖，细胞变瘪。囊胚腔形成的2种可能机制：a,卵裂球分泌的蛋白进入囊胚腔中，导致腔中液体粘稠而吸取胚外水分，腔内的膨胀压阻止了细胞向腔内增生；b,细胞与受精膜内的透明层紧密粘接，使细胞不能向腔内增生。囊胚的孵化：由动物极细胞分泌孵化酶降解受精膜。蛙类：卵黄对卵裂的阻碍作用导致卵裂沟延伸缓慢、第三次纬裂发生不均等分裂。植物极半球分裂的速度始终较慢，所以囊胚的植物极细胞较大。蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚腔上下细胞的过早交流。螺旋型
4、全卵裂：均采经线裂。第三次分裂前，卵裂球内的纺锤体转动45度，然后向动物极方向出芽小卵裂球。其后的大卵裂球以同样方式产生一大一小子分裂球，而小分裂球只生成小卵裂球。形成的囊胚无囊胚腔。旋转型全卵裂哺乳动物的早期卵裂发生在输卵管中。哺乳动物卵裂的特点:(1)哺乳动物旋转型全卵裂：第1次为经线裂，其后的2个卵裂球各采不同的卵裂方式。(2)早期卵裂球的卵裂不同步，可产生奇数细胞的胚胎。(3)卵裂速度缓慢。(4)哺乳动物卵裂球的compaction:发生第三次卵裂后不久小鼠8细胞胚胎compaction前后Compaction的机制:8细胞胚胎的外层胞间形成致密连接(tight junctions)，
5、而内层胞间形成缝隙连接(gap junction)。注射了E-Cadherin抗体的胚胎不能够致密化。在4细胞期激活蛋白激酶C导致compaction发生。因此，Compaction可能始于蛋白激酶C的活化，它引起细胞骨架的重排，在膜上均匀分布的E-Cadherin重新定位在胞间相交处。哺乳动物囊胚细胞命运的早期分化位置决定论16细胞期桑椹胚(morula):位于内部的少数细胞产生的子细胞将组成内细胞团(inner cell mass)，而位于外部的细胞产生的子细胞大多构成滋胚层(trophoblast)。32细胞期胚泡(blastocyst):位于囊胚腔一端的内细胞团(约10个细胞)将发育胚
6、胎的本体及与其相连的卵黄囊、尿囊和羊膜；外层的滋胚层生成绒毛膜，为胎儿从母体摄取营养物质和氧，并产生激素以避免母体的排斥反应。哺乳动物胚胎的DV轴与卵的AV轴的关系哺乳动物胚泡的着床哺乳动物胚泡的着床 胚泡在向子宫移动过程胚泡在向子宫移动过程中中体积增大体积增大，是因为定位于是因为定位于滋养外胚层细胞膜上的滋养外胚层细胞膜上的NaK泵将外部泵将外部Na+泵入腔中，泵入腔中，最后通过渗透作用吸水使囊最后通过渗透作用吸水使囊胚腔增大。胚腔增大。胚胎外的胚胎外的透明带阻止透明带阻止了了胚泡与输卵管壁的粘连。胚泡与输卵管壁的粘连。胚泡到达子宫时，胚胎胚泡到达子宫时，胚胎细胞分泌细胞分泌strypsin
7、（一种类（一种类胰蛋白酶胰蛋白酶)，它，它使透明带穿使透明带穿孔孔，胚泡从孔中挤出与子宫，胚泡从孔中挤出与子宫壁接触，通过一系列反应而壁接触，通过一系列反应而着床。着床。人类的同卵双生的发生人类的同卵双生的发生(占出生总数的占出生总数的0.25%)发生发生在绒毛膜形成前在绒毛膜形成前(约约受精后受精后5天前天前)的分割，有的分割，有独立的绒毛膜和羊膜。独立的绒毛膜和羊膜。占同卵双生的占同卵双生的33%。发生发生在绒毛膜形成后但在绒毛膜形成后但羊膜形成前羊膜形成前(约受精后约受精后59天天)的分割，共用绒的分割，共用绒毛膜，有独立的羊膜。毛膜，有独立的羊膜。占同卵双生的占同卵双生的66%。发生发
8、生在羊膜形成后在羊膜形成后(约受约受精精9天后天后)的分割，共用的分割，共用绒毛膜和羊膜，易出现绒毛膜和羊膜，易出现连体儿。连体儿。人类的连体婴儿人类的连体婴儿人类胚胎与母体间的物质交流人类新生胎儿的胚外结构人类新生胎儿的胚外结构嵌合胚：如右图，说明早期卵裂球有同等的发育潜力。自然人群中也出现过同时有XX型和XY型细胞的人。胚胎干细胞：保持了分化为胚胎本体的潜能的、可在体外增殖的胚胎细胞。在基因功能研究和疾病治疗方面有重要的作用。哺乳动物中的嵌合胚、胚胎干细胞人工受精：人工受精：如主要用于治如主要用于治疗不育症、保疗不育症、保存存 和运输优良和运输优良个体。个体。胚胎切割：胚胎切割：在在2 2
9、4 4细胞期细胞期分割胚胎细胞，分割胚胎细胞，用于繁殖优良用于繁殖优良家畜个体。家畜个体。哺乳动物中的人工受精和胚胎切割线虫线虫的旋转全卵裂的旋转全卵裂在线虫的第二次卵裂中，AB细胞为纬裂(与AP轴线垂直)，P1细胞为经裂。鸟类的盘状偏裂鸟类的盘状偏裂胚盘为动物极直径约23mm的胞质区，前3次卵裂经线裂，发生在输卵管中，胚盘为单细胞层，仍与卵黄相接触。鸡胚鸡胚进入子宫后，才发生进入子宫后，才发生纬裂，形成纬裂，形成56个细胞厚的个细胞厚的胚盘。胚盘。胚盘细胞从稀蛋白吸取液胚盘细胞从稀蛋白吸取液体后，与卵黄分裂，形成体后，与卵黄分裂，形成胚胚盘下腔盘下腔(subgerminal cavity)。
10、该腔使胚盘中央区透明，叫该腔使胚盘中央区透明，叫明区明区(area pellucida)；而边缘；而边缘区的细胞仍与卵黄接触使其区的细胞仍与卵黄接触使其不透明，叫不透明，叫暗区暗区(area opaca)。上胚层上胚层(epiblast)将形成胚将形成胚胎本体；胎本体；下胚层下胚层(hypoblast)将产生胚外结构如卵黄囊柄将产生胚外结构如卵黄囊柄和连接卵黄和内胚层消化管和连接卵黄和内胚层消化管的蒂。的蒂。鱼类的盘状偏裂鱼类的盘状偏裂斑马鱼受精卵的前5次卵裂均为经线裂，产生的32个细胞为单层分布于卵黄上。其后的分裂方向不规则。囊胚期开始于128细胞期,属盘状囊胚。斑马鱼斑马鱼中囊胚中囊胚(经
11、历了经历了10次卵次卵裂裂)的三类细胞：的三类细胞：1.卵黄多核层卵黄多核层(yolk syncytial layer,YSL)：胚盘胚盘的植物极边缘的植物极边缘细胞裂解，其核和质与卵黄细胞细胞裂解，其核和质与卵黄细胞融合在一起而构成的一层细胞核融合在一起而构成的一层细胞核层。在胚盘下包中，部分层。在胚盘下包中，部分YSL细细胞核移向胚盘下成为胞核移向胚盘下成为internal YSL，它们可能起提供营养的作它们可能起提供营养的作用；边缘处的为用；边缘处的为external YSL,它它们可能起驱动下包的作用。们可能起驱动下包的作用。2.Enveloping layer(EVL)：位于胚盘最外
12、层已表皮化的细胞，位于胚盘最外层已表皮化的细胞，发育后期会脱落。发育后期会脱落。3.Deep Cells：介于介于YSL和和EVL之间的细胞，它们将发育为之间的细胞，它们将发育为胚胎本体。胚胎本体。晚期囊胚的深层细胞晚期囊胚的深层细胞的命运已经建立。的命运已经建立。昆虫的表面裂果蝇受精卵的合子核位于卵黄中央，胞质已被挤在卵黄与细胞膜之间成为卵周质。前13次分裂仅为细胞核的分裂，这期间的胚叫多核胚(syncytial blastoderm)。在第14次分裂时，已移至外周的核之间的卵膜内陷，将每个核围成一个细胞，形成细胞化胚。细胞化过程需75min175min。723456189101112131
13、41516二、原肠作用二、原肠作用 Gastrulation(一一)、原肠作用的概念和主要特点、原肠作用的概念和主要特点 原肠作用原肠作用是指囊胚细胞有规则的移动，使细胞重新排列，用来形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铺展在胚胎表面。原肠作用期的胚胎叫原肠胚(gastrula)。原肠作用中的主要细胞迁移原肠作用中的主要细胞迁移 外包外包(epiboly):表皮层做为一个整体扩展，使胚胎的内层表皮层做为一个整体扩展，使胚胎
14、的内层 被覆盖。被覆盖。内陷内陷(invagination):指胚胎的局部区域的内陷。指胚胎的局部区域的内陷。内卷内卷(involution):指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺指正在扩展的外层向内卷折，去从内铺 盖原来的外层细胞。盖原来的外层细胞。内移内移(ingression):指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。指表层的单个细胞迁入胚胎的内部。分层分层(delamination):指一个细胞层分成两层或多或少平行指一个细胞层分成两层或多或少平行 的细胞层。的细胞层。会聚伸展会聚伸展(convergent extension):指细胞间相互插入，使指细胞间相互插入，使 所在组织变窄、变薄，并推
15、动组织一定所在组织变窄、变薄，并推动组织一定 方向移动。方向移动。Convergent extension表皮细胞和间质细胞的概念表皮细胞和间质细胞的概念表皮细胞表皮细胞(epithelial cells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，细胞与细胞间紧密连接成管状或片层状结构，局部或整个结构一起运动。局部或整个结构一起运动。间质细胞间质细胞(mesenchymal cells):细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行细胞与细胞间松散相连，每个细胞为一个行 动单元。动单元。(一一)、几种模型动物的原肠作用、几种模型动物的原肠作用 1 1、海胆的原肠作用、海胆的原肠作用 原肠作用原肠作用
16、前海胆囊前海胆囊胚的结构胚的结构海胆原肠作用过程：海胆原肠作用过程：原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表原植物极中央细胞内陷进入囊胚腔，表皮细胞转变成为皮细胞转变成为初级间质细胞初级间质细胞，然后内胚层表皮细胞内陷和，然后内胚层表皮细胞内陷和扩展，其前端表皮细胞转化为扩展，其前端表皮细胞转化为次级间质细胞次级间质细胞。两种间质细胞。两种间质细胞都将长出都将长出伪足伪足，后者起定向和驱动细胞移动的作用。，后者起定向和驱动细胞移动的作用。海胆原肠作用的开始海胆原肠作用的开始 海胆原肠作用的机制：海胆原肠作用的机制：内胚层的早期内陷机制：内胚层的早期内陷机制：如下图所示，纤丝收缩使细胞如下图所示，纤丝
17、收缩使细胞变位契形，成为细胞内陷的原动力。变位契形，成为细胞内陷的原动力。内胚层的晚期内陷机制：内胚层的晚期内陷机制：伪足的收缩和细胞间的变形重伪足的收缩和细胞间的变形重排排(会聚伸展会聚伸展)。海胆小分裂球启动海胆小分裂球启动原肠作用，可诱导原肠作用，可诱导第二胚轴的形成。第二胚轴的形成。海胆小分裂球海胆小分裂球可以使预置外胚层可以使预置外胚层命运细胞分化为中命运细胞分化为中胚层和内胚层命运胚层和内胚层命运的细胞的细胞2.果蝇的原肠作用果蝇的原肠作用 原肠作用开始于原肠作用开始于腹部预置中胚层的内腹部预置中胚层的内陷。陷。羊浆膜羊浆膜(amnioserosa)的的作用可能是分泌信号分子，作用
18、可能是分泌信号分子，指导指导germ band的收缩，它的收缩，它最后将退化。最后将退化。3.斑马鱼的原肠作用斑马鱼的原肠作用 原肠作用开始于胚盘细胞向原肠作用开始于胚盘细胞向植物极方向的卵黄下包，植物极方向的卵黄下包，由由YSL驱动驱动，使胚盘变薄。使胚盘变薄。胚层的形成：胚层的形成：50%下包时，下包时，与卵黄交界处的与卵黄交界处的deep cells内卷，内卷，使交界处形成厚实的一圈，叫使交界处形成厚实的一圈，叫 germ ring。内卷的细胞和由上内卷的细胞和由上层内移的细胞形成层内移的细胞形成下胚层下胚层、上层、上层的的deep cells为为上胚层上胚层。胚盾胚盾(embryoni
19、c shield)：因因深层细胞的内卷和会聚扩展而在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。的某处形成的加厚区。它为胚胎的背部，从此处内卷的它为胚胎的背部，从此处内卷的细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞将与其它会聚扩展的下胚层细胞一起沿背部中线形成细胞一起沿背部中线形成脊索中脊索中胚层胚层(chordamesoderm);下胚层下胚层细胞还将生成细胞还将生成近轴中胚层和内胚近轴中胚层和内胚层。层。上胚层的部分细胞经会聚扩上胚层的部分细胞经会聚扩展形成展形成neural keel，其余的细胞，其余的细胞形成皮肤。形成皮肤。4.4.鸡胚的原肠作用鸡胚的原肠作用下胚层的形成
20、鸡胚原条鸡胚原条(primitive streak)的形成：的形成：由后部边缘区的上胚层细胞加厚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而成，它的出现确定了胚胎的AP轴线。轴线。原条内会形成一个凹陷，叫原条内会形成一个凹陷，叫原原沟沟，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，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，叫叫Hansens node,是一个诱导中心。是一个诱导中心。细胞早期通过原条的移动：细胞早期通过原条的移动：最早最早穿过原条进入囊胚腔的穿过原条进入囊胚腔的细胞向头部方向移动，最终细胞向头部方向移动，最终迁移至胚胎的头部，成为迁移至
21、胚胎的头部，成为前前肠内胚层。肠内胚层。这些细胞的移动这些细胞的移动将原来的下胚层细胞挤至明将原来的下胚层细胞挤至明区前部，区前部，成为成为生殖新月区生殖新月区(germinal crescent)，是原生，是原生殖细胞存在部位。殖细胞存在部位。其后通过其后通过Node进入囊胚进入囊胚腔的细胞在上胚层和内胚层腔的细胞在上胚层和内胚层之间向头部移动，形成之间向头部移动，形成头部头部中胚层和脊索中胚层。中胚层和脊索中胚层。原条的后退：原条的后退：当当Node移移至明区中央时，至明区中央时，Node和原条和原条一起后退一起后退,在此过程中长出脊在此过程中长出脊索。索。Node退至最后端将形成退至最后端将形成肛门区。肛门区。通过原条侧面进入囊胚腔的细胞的命运：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，部分迁移的上胚层细胞在中线处与下胚层细胞接触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。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，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。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。上胚层中的预定外胚层细胞将在上胚层中增殖、下包。
