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1、2023/7/11,1,第五章 原肠作用,2023/7/11,2,名词解释,1精子获能：2皮层反应：3卵细胞质重排：4胚胎压缩(compaction)：5交替旋转对称式卵裂：,2023/7/11,3,教学内容：发育中的原肠形成。教学要求：掌握海胆、文昌鱼、鱼类、两栖类、鸟类、哺乳类的原肠形成。,2023/7/11,4,第一节 原肠作用概述,2023/7/11,5,原肠作用(gastrulation)：是胚胎细胞剧烈的、高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠形成期间，囊胚细胞彼此间位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三胚层细胞构成的胚胎结构。通过原肠作用，胚胎首先建立起
2、三个胚层(外胚层、中胚层和内胚层)；其次为重新占有新位置的胚胎细胞间相互作用奠定基础。因此，原肠作用是从尚未分化到分化为三个胚层和器官原基决定的关键时期。,2023/7/11,6,原肠胚部分细胞移动必然与同时发生的其它细胞运动紧密配合，故原肠作用过程中的细胞运动涉及整个胚胎。动物身体主轴(前后轴，背腹轴，左右轴)也在卵裂和原肠作用期间建立，胚胎各部分细胞获得各自发育潜能。不同动物体轴建立的时间和机制各不相同。果蝇体轴的特化自卵细胞形成时即已开始，在卵裂过程中完成；爪蟾体轴是在整个原肠作用过程中建立的。,2023/7/11,7,两侧对称动物的体轴,尽管动物界原肠作用方式多样，但总体可概括为五种细
3、胞运动机制：外包(epiboly)、内陷(invagination)、内卷(involution)、内移(ingression)和分层(delamination)。同一原肠胚常常包括几种细胞运动方式。,2023/7/11,8,原肠作用过程中细胞的五种运动方式,2023/7/11,9,第二节 海胆的原肠作用,2023/7/11,10,海胆晚期囊胚由1000个左右单层细胞构成。这些细胞的细胞质分别来自受精卵的不同区域，细胞表现出不同的大小和特性。,海胆的早期卵裂,2023/7/11,11,海胆胚胎第四次卵裂时形成的小分裂球(micromere),2023/7/11,12,海胆的囊胚,(A)细胞持续
4、分裂形成一个囊胚。(B)快速分裂末期，圆形的胚胎细胞形成一层上皮，受精膜依然可见。(C)植物基板变厚，动物极细胞分泌孵化酶，使胚胎从受精膜中孵化出来。,2023/7/11,13,海胆胚胎的早期囊胚,植物极细胞开始加厚。,2023/7/11,14,原肠作用前的海胆晚期囊胚,植物极变得扁平。,2023/7/11,15,初级间质细胞的内移,植物极板中央来源于小分裂球的细胞不断伸出和收缩线状伪足(filopdia)，脱离表面单层细胞，进入囊胚腔，称为初级间质细胞(primary mesenchyme cell)。,2023/7/11,16,海胆早期原肠胚内，初级间质细胞沿囊胚腔内表面运动，主动伸出伪足
5、与囊胚腔壁连接，占据囊胚腔预定腹侧面，并形成稳固联系。初级间质细胞融合形成索状合胞体(syncytial cable)，最终形成幼虫碳酸钙骨针的轴。,2023/7/11,17,索状合胞体扫描电镜照片,2023/7/11,18,初级间质细胞在Lytechinus variegatus早期幼虫内的定位。,2023/7/11,19,间质(非间质)细胞与不同胚层细胞(胞外组分)间的亲和力,2023/7/11,20,细胞粘连作用的变化导致初级间质内移,初级间质细胞与透明层及相邻裂球间的亲和力减小，而与基质片层间的亲和力增加。而非间质细胞与透明层及相邻裂球间的亲和力维持不变。,2023/7/11,21,初
6、级间质细胞内移(扫描电镜),2023/7/11,22,内移至囊胚腔的初级间质细胞被大量胞外片层物质包绕，沿动、植物极轴分布的纤维决定了间质细胞迁移的方向。至少有三种蛋白可能在间质细胞迁移过程中起重要作用，包括囊胚腔壁基质片层组分纤连蛋白(fibronectin)、间质细胞膜上的硫酸蛋白多糖(sulfated proteoglycans)和囊胚腔细胞胞外基质中只在原肠作用期表达的ECM18。,2023/7/11,23,内移至囊胚腔的初级间质细胞被大量胞外基质包绕。,2023/7/11,24,原肠作用过程中沿动植物极轴分布的纤维决定了初级间质细胞的迁移方向。,2023/7/11,25,囊胚腔胞外基
7、质纤维与动植物极轴平行排列，最终与初级间质细胞发生联系。,2023/7/11,26,初级间质细胞的线状伪足。,2023/7/11,27,初级间质细胞选择性地聚集在-连环蛋白(catenin)浓度高的位置。,2023/7/11,28,去除硫酸基(sulfate deprivation)(B)对海胆初级间质细胞运动的影响。,2023/7/11,29,早期原肠内陷,初级间质细胞在囊胚腔内迁移的过程中，仍然留在植物极板上的细胞移动填补由初级间质细胞内移而形成的空隙，植物极板进一步变扁平。之后，植物极板向内弯曲、内陷。当植物极板内陷深及囊胚腔的1/41/2时，内陷突然停止。所陷入的部分称为原肠(arch
8、enteron or primitive gut)，而原肠在植物极的开口称为胚孔(blastopore)。,2023/7/11,30,植物极内陷的双金属片模型,(A)透明层由内、外两个片层组成。由植物极板细胞伸出的微绒毛插入透明层中；植物极板细胞的细胞质中含有贮存着硫酸软骨素蛋白多糖(CSPG)的分泌小泡。(B)CSPG由分泌小泡分泌到透明层内层中，CSPG吸水使透明层内层膨胀，导致透明层弯曲，相连的细胞层内陷。,2023/7/11,31,随着植物极板的内陷，初级间质细胞在植物极区域形成一个细胞环。,2023/7/11,32,晚期原肠内陷,早期原肠内陷完成后，经短暂停歇，原肠大幅度拉长，短粗的
9、原肠成为细长管状，其间无新细胞形成。原肠拉长是通过细胞重排实现的，原肠周长内细胞数大为减少。,2023/7/11,33,原肠顶端形成次级间质细胞，原肠延伸是以次级间质细胞提供的张力为动力。次级间质细胞伸出线状伪足，穿过囊胚腔液，直达囊胚腔壁内表面。动物极半球存在着次级间质细胞附着的靶位。只有当线状伪足接触到特定靶位时，才不会缩回。这些特定的靶位可能位于将来形成口的区域。,2023/7/11,34,当原肠最顶端接触到囊胚腔壁时，次级间质细胞分散进入囊胚腔。次级间质细胞在囊胚腔中分裂，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成口，口和原肠最顶端形成一连续相通的消化管。海胆的胚孔最终形成肛
10、门。,海胆原肠作用的整个历程(25)。,2023/7/11,35,2023/7/11,36,第三节 鱼类的原肠作用,2023/7/11,37,中期囊胚转换和细胞运动性的获得,斑马鱼第十次卵裂期间，细胞分裂不再同步，新的基因(合子基因)开始表达，且细胞获得运动性，这种现象称为中期囊胚转换(midblastula transition,MBT)。MBT似乎受染色质和细胞质之间比例的控制。二倍体鱼囊胚较四倍体鱼晚一个细胞周期进入MBT，比单倍体早一个细胞周期。,2023/7/11,38,受精后，斑马鱼合子开始不完全卵裂。卵裂最初只限制在胚胎的动物极，卵裂并未延伸到卵黄，导致在卵黄上形成一堆分裂球。前
11、5次卵裂为纵裂，第一次纬裂在受精后约2小时产生了64细胞期。,2023/7/11,39,斑马鱼的囊胚,(A)原肠形成以前，深层细胞被包被层包围。卵黄细胞的动物极表面平坦，含有卵黄合胞体层细胞的核。微管穿行于卵黄化的胞质和卵黄合胞体的外部区域。(B)细胞混合后，深层细胞的命运图。,2023/7/11,40,鱼类胚胎中最早的细胞运动是胚盘细胞沿卵黄四周下包。初始阶段，胚盘细胞内层细胞向外周迁移，插入表层细胞中。稍后，表层细胞沿卵黄表面下包，直到将卵黄全部包围起来。卵黄合胞体层(yolk syncytical layer,YSL)细胞的自动扩展拉动与之相连的包被层(enveloping layer,
12、EVL)细胞向下移动，切断卵黄合胞体层和包被层之间的联系，胚盘细胞反弹缩回卵黄的顶部，而卵黄合胞体层则继续包绕卵黄扩展。,2023/7/11,41,下包完成30时的胚盘(4.7h),2023/7/11,42,胚层形成,当斑马鱼胚盘细胞包绕一半的卵黄时，包被层四周边缘区开始加厚，该加厚区域称胚环(germ ring)，由外层的上胚层(epiblast)和内层的下胚层(hypoblast)构成。一般认为，下胚层是边缘表层细胞内卷继而向动物极迁移形成的，也可能由上胚层细胞分层后内移形成。,2023/7/11,43,下胚层一旦形成后，上胚层和下胚层的深层细胞都会向将来发育成胚胎背部的一侧插入，形成一个
13、加厚的区域，称胚盾(embryonic shield)。胚盾在功能上相当于两栖类的背唇。将它移植到宿主胚胎中，能够诱导形成次级胚胎。,2023/7/11,44,胚盾(6.0h)：通过下包胚盘的边缘细胞内卷或上胚层细胞分层形成下胚层。,2023/7/11,45,斑马鱼原肠作用时，细胞的集中和延伸将下胚层和上胚层细胞带到背部形成胚盾。胚盾内脊索中胚层向动物极延伸。,2023/7/11,46,细胞沿卵黄下包时，在边缘同时内卷，并朝背部和前端向胚盾集中。胚盾下胚层细胞向前端集中和延伸，最终沿背中线成一窄条，即脊索中胚层(chordamesoderm)，是脊索的原基。与脊索中胚层毗连的细胞为近轴细胞(a
14、daxial cell)，是中胚层体节的前体。上胚层细胞形成神经龙骨(neural keel)，其余的上胚层细胞发育成鱼类的皮肤。,2023/7/11,47,2023/7/11,48,完成下包90的斑马鱼胚胎(9h),2023/7/11,49,原肠作用结束，体节形成(10.3h)。,2023/7/11,50,第四节 两栖类的原肠作用,2023/7/11,51,两栖类原肠作用是实验胚胎学中最古老、也是最新兴的一个领域。两栖类囊胚与棘皮动物、鱼类囊胚所面临的基本任务相同：是把最终形成内胚层器官的细胞拖入胚胎内部，把最终形成外胚层的细胞置于胚胎四周，而将最终将形成中胚层的细胞置于外胚层和内胚层之间适
15、当的位置。,2023/7/11,52,两栖类胚胎活体染色,A：用活体染料标记胚胎表特定细胞。BD：标记细胞的迁移运动。E：将蝾螈胚胎沿中线剖开，示标记细胞在胚胎内部的分布。,2023/7/11,53,两栖类原肠作用时的细胞运动,非洲爪蟾的中胚层前体只存在于深层细胞中，位于赤道区域表面细胞下面，而外胚层和内胚层则来源于表面的表层细胞。蛙类原肠作用首先是从将来胚胎的背部，即刚好位于赤道下方的灰色新月区开始的。,2023/7/11,54,精子入卵后，皮层向精子进入方向旋转约30，动物极皮层含大量色素而内层含少量色素的物种中，这一胞质不同层次的相对运动形成一个在精子进入点对面的新月形灰色区域，称灰色新
16、月。,两栖类的灰色新月,2023/7/11,55,非洲爪蟾囊胚发育命运图,2023/7/11,56,卵母细胞成熟过程中，母源性VegT mRNA贮存于植物极。VegT蛋白对内胚层的形成具有决定作用，消除VegT mRNA和VegT蛋白后内胚层不能形成。,2023/7/11,57,灰色新月区的预定内胚层细胞内陷，形成狭缝状胚孔(slit-like blastopore)，内陷细胞称为瓶状细胞(bottle cell)，它们沿最初的原肠排列。蛙类囊胚细胞内陷引发原肠形成。但蛙类的原肠作用并不是在最靠近植物极处开始内陷，而是在动物半球和植物半球汇合的赤道附近，即所谓的边缘区(marginal zon
17、e)开始内陷。,2023/7/11,58,爪蟾晚期囊胚，示边缘区被内胚层细胞覆盖。,2023/7/11,59,胚孔处形成瓶状细胞。,2023/7/11,60,两栖类胚胎背唇细胞移植,移植的胚孔背唇细胞将在内胚层细胞层上下陷(sink)，形成一个胚孔狭缝。瓶状细胞的内陷启动原肠作用。,2023/7/11,61,预定背唇区域下方植物极细胞移植实验,植物极背方细胞对原肠作用的启动具有重要作用。,(A)在64细胞期，把背部最靠近植物极的裂球移植到另一经UV照射过的同期胚胎中。经UV照射的胚胎不能进行原肠作用，但移植进裂球后能进行原肠作用。(B)在64细胞期，把背部最靠近植物极的裂球移植到另一同期胚胎腹
18、部最靠近植物极的区域，后者能产生次生原肠作用并形成次生胚轴。,2023/7/11,62,非洲爪蟾早期原肠作用过程中细胞运动模型,(A)原肠作用前内卷的缘区(IMZ)。深层IMZ由预定前端和后端中胚层构成。(B)瓶状细胞收缩推动预定前端中胚层，并使IMZ向外转动。(C)前端中胚层前体拉动中胚层运动进入囊胚腔。(D)深层IMZ细胞出现插入混合。中胚层朝动物极运动，牵拉表面细胞和瓶状细胞内卷。,2023/7/11,63,爪蟾胚孔形成和原肠作用过程中背部区域细胞的运动,2023/7/11,64,爪蟾早期胚孔背唇的表面观示动、植物极细胞大小的差异。,2023/7/11,65,动物极细胞通过胚孔背唇内卷区
19、域的表面,2023/7/11,66,原肠作用的下一个时期包括：边缘区细胞的内卷以及动物半球细胞的外包和向胚孔处集中。迁移中的缘区细胞到达胚孔的背唇时，转向内部沿着外层细胞的内表面运动，因此构成背唇的细胞在不断更新。最初构成背唇的细胞为内陷形成原肠前缘的瓶状细胞，它们随后发育为前肠咽部的细胞。,2023/7/11,67,内卷边缘区细胞沿外层细胞的内表面向动物极运动，构成胚孔背唇的细胞的不断更新。,随着原肠作用进行，边缘深层细胞变得扁平，以前的表面细胞形成原肠壁。,2023/7/11,68,随着瓶状细胞进入胚胎内部，背唇被后来内卷进入胚胎发育为头部中胚层前体的细胞代替。然后，由胚孔背唇内卷进入胚胎
20、的细胞成为脊索中胚层细胞，将形成脊索。脊索是一个临时性中胚层脊柱(backbone)，对诱导神经系统的分化起重要的作用。,内卷进入胚胎的脊索中胚层细胞在胚胎背部集中延伸变窄变长，形成胚胎的轴性中胚层。,2023/7/11,69,集中和延伸过程中细胞的插入,2023/7/11,70,非洲爪蟾原肠作用期间Brachyury基因的表达，显示预定中胚层细胞的集中和延伸。,2023/7/11,71,原肠作用过程中，环状的预定中胚层细胞带向胚孔的集中以及在胚胎内表面的延伸。,2023/7/11,72,爪蟾晚期原肠胚的轴旁中胚层,(A)表达轴旁钙粘着蛋白(paraxial protocadherin)。(B
21、)脊索表达轴钙粘着蛋白(axial protocadherin)。轴旁钙粘着蛋白及轴钙粘着蛋白对集中和延伸具有重要作用。,2023/7/11,73,随着新细胞进入胚胎内部，囊胚腔被挤压到与背唇相对的一侧。同时，随着胚孔处瓶状细胞形成和内卷，胚唇向侧面和腹面延伸，形成新月状结构，新月状胚孔进一步延伸，先形成侧唇，再形成腹唇。通过侧唇和腹唇，位于外胚层细胞中的中胚层和内胚层细胞继续内卷，使胚孔形成一环状，包绕在含有大量卵黄、体积较大的内胚层细胞周围，这些内胚层细胞暴露在植物极外面，称为卵黄栓(yolk plug)。,2023/7/11,74,随着背唇、侧唇和腹唇的连续形成，胚孔区域的变化。,202
22、3/7/11,75,通过胚孔进入胚胎内部的细胞的运动。,2023/7/11,76,囊胚腔顶壁细胞形状的改变和细胞重排，合并成单层细胞。,2023/7/11,77,最终，卵黄栓也被包入内部。至此，所有内胚层细胞都已进入胚胎的内部，外胚层细胞包被在胚胎的表面，而中胚层细胞则位于内胚层和中胚层之间。非洲爪蟾的原肠作用是数个事件和谐的组合，结果是把内、中、外三个胚层细胞置于适当的位置，为它们分化为不同的器官做准备。,2023/7/11,78,两栖类原肠作用时细胞的运动,(A)囊胚；(B)原肠作用开始；(C)背唇内卷，囊胚腔壁下方形成原肠，原肠挤压囊胚腔；(D)、(E)细胞通过背唇、侧唇及腹唇内卷，外胚
23、层细胞向植物极半球迁移。卵黄栓成为表面唯一可见的内胚层细胞；(F)原肠作用继续，直至整个胚胎被外胚层包围，内胚层进入内部，而中胚层位于内、外胚层之间。,2023/7/11,79,两栖类原肠作用归纳,边缘区瓶状细胞在准确的时间和位置内陷。边缘区细胞通过胚唇进行内卷形成原肠。内卷的中胚层细胞沿胚孔顶壁内表面迁移。预定脊索中胚层在胚胎背部集中延伸。预定外胚层细胞通过细胞分裂和数层细胞合并为单层细胞而向植物极下包。,2023/7/11,80,两栖类的原肠作用(自学：PPT79101),两栖类原肠作用的准备工作可以追溯到精卵的结合之前。未受精卵沿动、植物极存在一个极性，这种极性能够影响到将来卵裂的方式。
24、未受精卵的极性是由沿动植物极分布的母源性mRNA和蛋白质的差异分布决定的。,动、植物极轴的决定,2023/7/11,81,非洲爪蟾未受精卵,动物极半球有较多的色素，植物极半球有较多的卵黄。,2023/7/11,82,非洲爪蟾动、植物极轴由母源性因子决定。图示母源性生长因子Vg-1基因mRNA在爪蟾植物极的分布。,2023/7/11,83,未受精卵的胚层图谱,爪蟾未来三个胚层的区域划分在未受精卵就可以确定。因此，在未受精卵上就可以勾画出胚层图谱。,但胚胎的前后轴、背腹轴和左右轴都难以确定。,2023/7/11,84,Nieuwkoop中心形成,背腹及前后轴在受精过程中由受精卵细胞质隔离决定。受精
25、后由于皮层细胞质的转动(cortical rotation)，使卵子表面动、植物极轴与细胞质内部动、植物极轴相差30，形成新的对称状态。受精卵已具备了背腹轴，变成两侧对称结构，可区分出左右侧。,2023/7/11,85,(A)受精后，质膜下方的皮层(cortical layer)向精子入卵点方向转动。(B)皮层转动结果是Nieuwkoop中心(或信号中心)形成，从而确定了胚胎的背方。,2023/7/11,86,皮层转动结果造成爪蟾受精卵呈两侧对称。,2023/7/11,87,Nieuwkoop中心对正常发育是必需的,2023/7/11,88,背侧部分含有Nieuwkoop中心，形成一个背部化的
26、胚胎，但缺少肠。腹侧部分无Nieuwkoop中心，形成一腹部化的胚胎，缺少背部和头部结构。,2023/7/11,89,胚孔定位,细胞质运动激活精子入卵点对面细胞质，开启原肠作用。精子入卵点代表胚胎未来腹面，与之相对一面即原肠作用开启处，代表胚胎未来背面。虽然诱发卵细胞质运动并不一定需要精子，但精子对决定细胞质旋转方向是至关重要的。卵子背、腹完全由细胞质运动方向决定。,2023/7/11,90,以离心等机械方法人为改变皮层细胞质和皮层下细胞质的空间关系，可使胚胎在精子入卵点的同一侧开启原肠作用。将精子决定的细胞质旋转与人工诱导的细胞质旋转相结合，就可能获得两个原肠作用起点，最终形成联体双胞胎蝌蚪
27、(Black and Gerhart,1985)。,2023/7/11,91,两个原肠作用开启点导致联体双胞胎蝌蚪的形成,2023/7/11,92,原肠作用诱导因子是通过动、植物极细胞质间的相互作用而产生。开启原肠作用的诱导因子初始位于植物极细胞的深层细胞质中。移植预定背部的植物极细胞，能使植物极经紫外线照射的胚胎正常发育。将预定背部的植物极细胞移植到预定腹部的部位，也能诱导形成次生胚轴(secondary axis)。,2023/7/11,93,预定背唇区域下方植物极细胞移植实验,(A)在64细胞期，把背部最靠近植物极的裂球移植到另一经UV照射过的同期胚胎中。经UV照射的胚胎不能进行原肠作用
28、，但移植进裂球后能进行原肠作用。(B)在64细胞期，把背部最靠近植物极的裂球移植到另一同期胚胎腹部最靠近植物极的区域，后者能产生次生原肠作用并形成次生胚轴。,2023/7/11,94,背部最靠近植物极的裂球能够诱导次生原肠作用，并形成次生胚轴。,2023/7/11,95,正常情况下，由精子驱动的卵细胞内部细胞质重排能引起亚细胞因子(subcellular factor)的不对称分布。受精卵内亚细胞因子的不对称分布产生背腹的区分，并最终将胚孔的位置确定在精子入卵点对面的一组植物极裂球上。,2023/7/11,96,细胞运动和原肠构建,当囊胚背部表面缘区一群内胚层细胞下陷时，两栖类原肠作用即启动了
29、。重组实验证明，内陷进入内胚层的能力是背部缘区细胞固有属性，这些细胞特殊的瓶状结构对于启动原肠作用是重要的。细胞运动启动后，非洲爪蟾的瓶状细胞就不再是必需的，去除瓶状细胞后内卷、胚孔的形成和封闭照样可以进行。,2023/7/11,97,两栖类胚胎背唇细胞移植,移植的胚孔背唇细胞将在内胚层细胞层上下陷(sink)，形成一个胚孔狭缝。瓶状细胞的内陷启动原肠作用。,2023/7/11,98,细胞向胚胎内运动的主要动力来自缘区表面下方的细胞(深层内卷缘区细胞，deep involuting marginal zone cell)的内卷，而非表面细胞内卷。除去缘区深层细胞，并用动物极细胞补充，原肠形成立
30、即停止。表面细胞因与主动迁移的深层细胞相连而迁移进去，形成原肠的衬里。,原肠作用过程中细胞内卷的动力来自深层内卷缘区细胞,2023/7/11,99,随着原肠作用的进行，深层由几层细胞构成的缘区细胞彼此插入混和(intercalation or interdigitation)，形成薄而宽的单层细胞。正在内卷的缘区细胞则向植物极进一步延伸。同时，表面细胞通过分裂、扁平化而扩展。深层细胞运动到胚唇时，卷入胚胎内部，彼此间也进行插入混和，且沿中侧轴集中、延伸，形成窄长的中胚层带。中胚层带向动物极迁移，牵拉附于其上的表面细胞向动物极运动，形成原肠顶壁。,2023/7/11,100,非洲爪蟾原肠作用期间
31、中胚层的形成,2023/7/11,101,中胚层带的集中和延伸似乎为一自主过程，把中胚层细胞从胚胎中分离出来，仍然可以集中和延伸。原肠作用期间，动物极极帽(animal cap)和不内卷缘区的细胞通过下包扩展，包被整个胚胎。同时，外胚层细胞也在整个胚胎中扩展，其机制主要是细胞分裂和数层细胞合并成单层细胞。,2023/7/11,102,第五节 鸟类的原肠作用,2023/7/11,103,鸟类原肠作用概述,鸟类为不完全盘状卵裂，胚胎经卵裂在大量的卵黄上形成一个胚盘(blastodisk)。胚盘下方“惰性”的卵黄对上面细胞的运动施以严格限制。,由动物极(未来背部)观察的鸡卵盘状卵裂,2023/7/1
32、1,104,下胚层和上胚层的形成,胚盘中央细胞被胚下腔(subgerminal cavity)和卵黄分开，看来透明，称明区(area pellucida)。明区边缘细胞和卵黄接触看来不透明，称暗区(area opaque)。上胚层某些细胞单个迁移到胚下腔中，形成初级下胚层(primary hypoblast)。胚盘后缘一层细胞向前迁移与初级下胚层汇合，形成次级下胚层(secondary hypoblast)。,2023/7/11,105,鸡胚双层囊胚的形成,2023/7/11,106,由上、下胚层组成的双层囊胚在暗区边缘连接，两层之间的空腔为囊胚腔(blastocoel)。鸟类胚胎命运图谱仅局
33、限于上胚层，胚胎及大量胚胎外膜由上胚层产生。下胚层对发育的卵没有任何实质性贡献，下胚层细胞只形成部分胚胎外膜(extraembryonic membrane)，尤其是卵黄囊(yolk sac)及连接卵黄的基柄(stalk)。,2023/7/11,107,原条(primitive streak)形成,原条首先见于胚胎后端上胚层细胞加厚处。加厚由来自上胚层的中胚层细胞内移进入囊胚腔及来自上胚层后端两侧细胞向中央迁移所致。加厚部分不断变窄，且持续向前运动，并收缩形成清晰的原条。原条延伸至明区长度6070处，成为胚胎前后轴的标志。,2023/7/11,108,鸡胚原条形成时细胞的运动,(A)3-4h；
34、(B)5-6h；(C)7-8；(D)10-12h,2023/7/11,109,伴随着细胞集中形成原条，在原条中出现一凹陷，成为原沟(primitive groove)。原沟与两栖类胚孔的作用相似，迁移的细胞通过原沟进入囊胚腔。在原条的前端是一个细胞加厚区叫原结(primitive knot)或亨氏结(Hensens node)。亨氏节的中央有一个烟囱状的凹陷，叫原窝(primitive pit)。细胞可以通过原窝进入囊胚腔。亨氏节在功能上相当于两栖类胚孔的背唇。,2023/7/11,110,移植亨氏结能够诱导一个次生胚胎的形成,2023/7/11,111,原条一旦形成，上胚层细胞便开始向原条边
35、缘迁移，进入囊胚腔内，组成原条的细胞也在不断地变化。进入鸟类囊胚腔的细胞以单个细胞为单位，内移的细胞并不形成紧密联系的细胞层，只形成松散联系的间质细胞。随着细胞进入原条，原条向胚胎未来头部区域延长。通过亨氏节进入囊胚腔的细胞向前迁移，形成前肠、头部中胚层和脊索。通过原条两侧部分进入囊胚腔的细胞形成大部分内胚层和中胚层组织。,2023/7/11,112,(A)进入囊胚腔的细胞顶端伸长形成瓶状细胞。(B)鸡胚原肠作用立体图解。示原条、正在迁移的细胞和原有两胚层之间的关系。,2023/7/11,113,(A)1516h，原沟和亨氏节形成。(B)1922h，内移的细胞向上推举上胚层前端中线区域，形成头
36、突。,2023/7/11,114,内胚层及中胚层通过原条细胞迁移形成,最早通过原条迁移的细胞是预定发育成前肠的细胞，这与两栖类相似。下胚层细胞构成的生殖新月不形成胚胎本身结构，但含有生殖细胞前体，以后通过血管迁移到生殖腺中。通过亨氏结进入囊胚的细胞向前迁移，保持在内胚层和上胚层之间，将来形成头部中胚层和脊索中胚层细胞。,2023/7/11,115,随后，中胚层细胞继续内移的同时，原条开始回缩，使大致位于明区中央的亨氏结向后推移。在原条回缩的痕迹上出现了胚胎背轴和头突。随着亨氏结继续回缩，脊索后端部分开始形成。最终亨氏结回缩到最后端区域，将来形成肛门。至此，上胚层完全由预定外胚层构成。尽管中胚层
37、细胞还要继续向内迁移很长时间，但大部分预定内胚层细胞已进入胚胎内部。,2023/7/11,116,2428h鸡胚的原肠作用,(A)24h，延伸到全长的原条；(B)25h，2体节时期；(C)27h，4体节时期；(D)28h，原条回缩到胚胎的尾部；(E)原条回缩，脊索沿着原条的痕迹形成。,2023/7/11,117,(A)2324h。(B)4体节时期。,伴随原条回缩，脊索和体节逐渐形成。,2023/7/11,118,当预定中胚层和内胚层细胞向囊胚腔内运动时，预定外胚层细胞还在分裂，并成为胚胎最上层唯一的细胞群，预定外胚层细胞迁移离开胚盘，以下包方式包被卵黄。鸟类原肠作用结束时，外胚层已将卵黄包被起
38、来，内胚层已经取代了下胚层，而中胚层则已经迁移到内外两胚层之间的位置。,2023/7/11,119,鸟类原肠作用的机制,下胚层的作用和胚轴的形成：鸟类前后轴和背腹轴早在原肠作用前(卵子由输卵管排出时)即已决定。背腹轴对下胚层形成及胚胎进一步发育至关重要。,2023/7/11,120,原条细胞的聚集：上胚层不是均匀的未分化组织。早在原条开始形成之前，上胚层细胞就出现了分化。例如后端缘区组织可能分泌一种化学物质，吸引HNK-1(硫酸化葡糖醛酸)呈阳性的细胞向后端迁移，而前端缘区组织则分泌一种排斥因子。聚集到后端缘区的HNK-1阳性细胞将形成内胚层和中胚层。,2023/7/11,121,透明质酸和其
39、它多糖能促进单个细胞的迁移，但它们并不能驱动细胞迁移。透明质酸能使正在迁移的细胞处于彼此分离的状态。另外，透明质酸还可能通过它在水中膨胀的能力保持细胞彼此分离。细胞迁移与上胚层胞外基质片层中的纤连蛋白网有关。,2023/7/11,122,脊索的二次形成,鸟类前部脊索由通过亨氏节内移的细胞向前迁移而形成，但后端脊索的形成方式不同。如鸡胚第17体节后面的脊索是由通过原条内移的中胚层细胞聚集而成。后部脊索向后延伸，形成胚胎2850体节的尾芽。,2023/7/11,123,外胚层的外包,原肠作用期间，外胚层细胞向外扩展包被卵黄。外胚层细胞迁移时作为一个整体而非单个细胞运动，这种扩展只能在卵黄膜上进行，
40、在其它表面上不会发生。缘区(暗区)细胞是外胚层下包的动因。胚盘只有在缘区扩展时才扩展，去掉缘区细胞外胚层下包即告停止。因此外胚层细胞受缘区主动迁移细胞的牵拉而下包。,2023/7/11,124,第六节 哺乳类的原肠作用,2023/7/11,125,哺乳类发育模式与鸟类、爬行类相似。哺乳类卵子为少黄卵，但其胚胎仍保留着为适应多黄卵而进化形成的鸟类、爬行类胚胎的原肠作用方式。哺乳类的内细胞团可以看作卵黄球顶部的胚盘，它按照与其祖先爬行类相似的模式发育。,2023/7/11,126,哺乳动物在母体内发育，其胚胎直接从母体获取营养，而不是从卵子所储备的卵黄获取营养。哺乳动物母体内发育导致母体解剖结构发
41、生巨大变化，输卵管膨大形成子宫，胎儿出现胎盘以吸收母体营养。胎盘主要由胚胎滋养层细胞及内细胞团形成的中胚层细胞发育而来。,2023/7/11,127,人类胚胎从受精到植入的发育过程,2023/7/11,128,哺乳动物胚泡植入子宫的过程,2023/7/11,129,小鼠胚泡在类胰蛋白酶(Strypsin)作用下从透明带中孵化出来。,2023/7/11,130,人类胚胎发育,原肠作用前的胚泡(7天)。示内细胞团和滋养层细胞。,2023/7/11,131,内细胞团内最早的细胞隔离是下胚层(原始内胚层)的形成。下胚层排列在囊胚腔周围，形成卵黄囊内胚层(yolk sac endoderm)。卵黄囊内胚
42、层不参与新生机体的任何组织。位于下胚层之上的内细胞团称为上胚层。上胚层细胞被缝隙(cleft)隔开，缝隙最后连接起来，把胚胎上胚层和形成羊膜腔壁的上胚层(羊膜外胚层)隔开。羊膜腔一旦形成，内部便充满羊水(amniotic fluid)。,2023/7/11,132,人类胚胎发育,原肠作用前的胚泡(8天)。下胚层细胞从内细胞团中分离出来形成卵黄囊，滋养层细胞分裂形成细胞滋养层和合胞体滋养层，细胞滋养层形成绒毛，合胞体滋养层融入子宫组织。,2023/7/11,133,人类胚胎发育,上胚层分裂形成羊膜外胚层(包绕羊膜腔)和胚胎上胚层(9天)。哺乳类胚胎由胚胎上胚层形成。,2023/7/11,134,
43、人类胚胎发育,胚外内胚层形成卵黄囊(1011天),2023/7/11,135,哺乳类胚胎上胚层包含所有形成胚胎本身的细胞，和鸡胚一样，哺乳动物的中胚层和内胚层细胞同样通过原条迁移，当它们进入原条时，上胚层细胞停止表达将细胞凝集在一起的E-细胞选择蛋白，并各自独立迁移。哺乳动物脊索也是通过亨氏结迁移的细胞形成，但脊索形成方式和鸟类不同。,2023/7/11,136,人类和猕猴胚胎组织衍生物示意图,2023/7/11,137,人类原肠作用过程中，羊膜结构的形成和细胞的运动。,2023/7/11,138,形成小鼠脊索的细胞整合到原肠内胚层中，这些细胞构成一条从亨氏结向吻端延伸的细胞带，该细胞带由小而
44、有纤毛的细胞组成，它们向中线处集中，再从原肠顶壁向背部隆起折叠形成脊索。哺乳类胚胎外胚层位于已充分延伸的原条的前端，和鸡胚中外胚层的位置相似。因此，哺乳动物胚胎在上胚层时期，细胞系尚未彼此分离。,2023/7/11,139,小鼠脊索的形成,(A)预定脊索细胞为小而具有纤毛的细胞，位于背中线上，两侧是预定形成原肠的较 大的内胚层细胞。(B)预定脊索中胚层细胞向背部折叠形成脊索。,2023/7/11,140,胚外膜的形成,在胚胎上胚层细胞迁移的同时，胚外细胞则正在形成使胎儿在母体内生存的哺乳类特有的组织。最早的滋养层细胞分裂时只发生核分裂，细胞质不分裂，因而形成多核细胞。最早的滋养层细胞构成细胞滋
45、养层(cytotrophoblast)，而多核细胞则构成合胞体滋养层(syncytiotrophoblast)。,2023/7/11,141,细胞滋养层通过一系列粘着分子附着到子宫壁即子宫内膜(endometrium)上。人的细胞滋养层细胞含有蛋白水解酶，能使滋养层细胞进入子宫壁，并重塑子宫血管，使胎儿血管浸泡在母体血管中。合胞体滋养层组织使胚胎和子宫的联系进一步加强。合胞体滋养层细胞充分发育后，形成由滋养层组织和富含血管的中胚层构成的器官绒毛膜(chorion)。绒毛膜除分泌激素外还有保护胎儿免受母体免疫系统伤害的功能。,2023/7/11,142,研究表明，胚外中胚层来源于卵黄囊。胚外中胚层和滋养层上的突起相连接，产生血管。胚胎与滋养层相连的胚外中胚层狭窄的基柄形成脐带。,40天妊娠后人类的胚胎被羊膜包裹，外面再被绒毛膜包被。血管已深入到绒毛膜内，绒毛膜上的微绒毛最大限度地与母体血液接触。,2023/7/11,143,绒毛膜微绒毛与母体子宫血管间的关系,
