1、 第八章第八章 神经的发育与再生神经的发育与再生 西北师范大学生命科学院西北师范大学生命科学院 神经科学是神经科学是20世纪世纪60年代末形成的一门边缘科学。年代末形成的一门边缘科学。它融合了神经生理学、生物化学、神经解剖学、组它融合了神经生理学、生物化学、神经解剖学、组织胚胎学、药理学、精神病学，甚至信息科学来研织胚胎学、药理学、精神病学，甚至信息科学来研究人和动物神经系统的结构和功能，其目的是揭示究人和动物神经系统的结构和功能，其目的是揭示人脑的奥秘，防治神经和精神疾患，发展模拟人脑人脑的奥秘，防治神经和精神疾患，发展模拟人脑部分功能的神经计算机。部分功能的神经计算机。在当代的生命科学中，
2、脑科学的发展已令人瞩目。在当代的生命科学中，脑科学的发展已令人瞩目。曾有人预测，曾有人预测，21世纪将是脑科学时代。这种预测并世纪将是脑科学时代。这种预测并非无稽的臆断。人类智慧对自然的征服在非无稽的臆断。人类智慧对自然的征服在20世纪世纪已达到登使造极的地步，但对于做为产生智慧源泉已达到登使造极的地步，但对于做为产生智慧源泉的人脑的认识，还远未完结。迄今为止，对于人脑的人脑的认识，还远未完结。迄今为止，对于人脑产生的很多行为，还不能从机能学和形态学上加以产生的很多行为，还不能从机能学和形态学上加以全面解释；对于人类智慧的集中表现全面解释；对于人类智慧的集中表现人的思想人的思想的产生过程和机制
3、，也都还是“未解之迷”。因此，的产生过程和机制，也都还是“未解之迷”。因此，今后相当长的一个时期，人类对自身脑的研究始终今后相当长的一个时期，人类对自身脑的研究始终是处于科学前沿的地位。是处于科学前沿的地位。脑科学研究进展的三大里程碑：脑科学研究进展的三大里程碑：1.神经元学说神经元学说 2.神经元兴奋过程中的离子通道理论神经元兴奋过程中的离子通道理论 3.脑成像技术脑成像技术 脑科学研究进展的十大进展：脑科学研究进展的十大进展：1.电生理学电生理学 2.神经递质与受体神经递质与受体 3.神经营养因子的发现神经营养因子的发现 4.信号转导系统信号转导系统 5.神经系统发育基因调控神经系统发育基
4、因调控 6.神经系统疾病基因的定位神经系统疾病基因的定位 7.视觉生理学视觉生理学 8.学习与记忆学习与记忆 9.脑超微结构的研究脑超微结构的研究 10.神经网络理论神经网络理论 1.1.神经系统的组织发生神经系统的组织发生 第一节第一节 神经胚的发育神经胚的发育 第二节第二节 神经管的形成和分化神经管的形成和分化 第三节第三节 神经嵴及其衍生物神经嵴及其衍生物 第四节第四节 外胚层板外胚层板 第五节第五节 在神经系统发育中的细胞调亡在神经系统发育中的细胞调亡 神经系统高度复杂的功能决定了神经系统高度复杂的功能决定了其结构的复杂性和精确性。神经其结构的复杂性和精确性。神经系统的发育经历极其复杂
5、的构筑系统的发育经历极其复杂的构筑过程。首先是神经细胞的发生和过程。首先是神经细胞的发生和增殖；然后是神经细胞的迁移及增殖；然后是神经细胞的迁移及其过程中神经细胞的决定和分化；其过程中神经细胞的决定和分化；最后神经系统功能的实现依赖于最后神经系统功能的实现依赖于神经元之间和神经元与非神经元神经元之间和神经元与非神经元之间形成精密的连接。另外，神之间形成精密的连接。另外，神经系统也会受到外伤和疾病的损经系统也会受到外伤和疾病的损伤，这些涉及神经系统的修复和伤，这些涉及神经系统的修复和再生。再生。右图示哺乳动右图示哺乳动物胚胎中发育物胚胎中发育中神经系统的中神经系统的细胞对用报告细胞对用报告基因标
6、记的信基因标记的信号分子视黄酸号分子视黄酸起反应起反应 第一节第一节 神经胚的发育神经胚的发育 一一.神经胚的发育神经胚的发育 二二.神经诱导神经诱导 一一.神经胚的发育神经胚的发育 神经胚形成神经胚形成:受精卵受精卵分裂经分裂经囊胚囊胚到到原肠胚原肠胚(见图见图)；原；原肠形成的一个关键产物是由中胚层形成肠形成的一个关键产物是由中胚层形成脊索脊索；脊索；脊索诱导上方覆盖的外胚层诱导上方覆盖的外胚层(50%细胞细胞)增厚形成增厚形成神经板；神经板；此后神经板两侧边缘向上隆起形成此后神经板两侧边缘向上隆起形成神经褶神经褶，中间的，中间的凹陷为凹陷为神经沟，神经沟，最后神经褶在背部中央愈合形成中最
7、后神经褶在背部中央愈合形成中空的空的神经管神经管(见图见图)l（将来发育为将来发育为脑脑和和脊髓）脊髓）；位于；位于脊索上方的预定神经外胚层形成神经管的过程脊索上方的预定神经外胚层形成神经管的过程(见见图图)。神经胚神经胚：经历上述变化的胚胎经历上述变化的胚胎(见图见图)。二二.神经诱导神经诱导 (一一)神经诱导的普遍性神经诱导的普遍性 (二二)神经诱导的分子基础神经诱导的分子基础 (一一)神经诱导的普遍性神经诱导的普遍性 初级胚胎诱导实验初级胚胎诱导实验：SpemannSpemann和和MangoldMangold用含深色素的用含深色素的 Triturus taeniatusTriturus
8、 taeniatus胚胎作受体胚胎作受体,用无色素的用无色素的TriturusTriturus cristatuscristatus胚胎作供体胚胎作供体,将将T.cristatusT.cristatus早期原肠胚的早期原肠胚的 胚孔背唇切下移植到胚孔背唇切下移植到T.taeniatusT.taeniatus原肠胚腹部预定形成原肠胚腹部预定形成 表皮的区域表皮的区域,结果供体的背唇并不形成表皮结果供体的背唇并不形成表皮,而是内陷而是内陷 形成次级胚孔形成次级胚孔,最后形成一个与受体面对面的最后形成一个与受体面对面的次级胚胎次级胚胎 (见图见图)。结论结论:次级胚胎的脊索中胚层由无色素的供体细胞组
9、成次级胚胎的脊索中胚层由无色素的供体细胞组成,神经管是由深色素的受体细胞组成神经管是由深色素的受体细胞组成,而体节则是由供体而体节则是由供体 和受体二者细胞共同组成。和受体二者细胞共同组成。实验证明：实验证明：在文昌鱼、圆口类、两栖类、鸟类和哺在文昌鱼、圆口类、两栖类、鸟类和哺乳类动物中都有神经诱导现象。乳类动物中都有神经诱导现象。将原肠顶脊索中胚层由前向后不同部位移植到早期将原肠顶脊索中胚层由前向后不同部位移植到早期原肠胚的囊胚腔中原肠胚的囊胚腔中,可以诱导出从头部到尾部的不可以诱导出从头部到尾部的不同结构。此为神经诱导的区域专一性。异源诱导者同结构。此为神经诱导的区域专一性。异源诱导者的实
10、验证明的实验证明,豚鼠脊髓只诱导中胚层结构豚鼠脊髓只诱导中胚层结构,而其肝脏而其肝脏诱导前脑的结构；若将二者混合植入早期原肠胚的诱导前脑的结构；若将二者混合植入早期原肠胚的囊胚腔则诱导出前脑、后脑、脊髓和中胚层结构，囊胚腔则诱导出前脑、后脑、脊髓和中胚层结构，表明神经诱导的区域性可能受双重梯度的支配（表明神经诱导的区域性可能受双重梯度的支配（见见图图）。）。(二二)神经诱导的分子基础神经诱导的分子基础 参与神经诱导两套信号参与神经诱导两套信号（如图如图）:由脊索中胚层释放垂直到其上方外胚层的；由脊索中胚层释放垂直到其上方外胚层的；由胚孔背唇由前向后水平传递。由胚孔背唇由前向后水平传递。可溶分子
11、可溶分子:nogginnoggin蛋白；蛋白；activinactivin蛋白；蛋白；蛋白激酶和蛋白激酶和cAMPcAMP；inhibininhibin和和follibtainfollibtain。第二节第二节 神经管的形成和分化神经管的形成和分化 神经管和神经嵴在形态发生神经管和神经嵴在形态发生中是一个过程的两个产物中是一个过程的两个产物（形成模式图）（形成模式图）神经管形成机制神经管形成机制 神经管细胞的增殖、迁移和分化神经管细胞的增殖、迁移和分化 神经管的分化神经管的分化 皮层和核团的形成皮层和核团的形成 神经管形成机制：神经管形成机制：随外胚层细随外胚层细胞内胞内微管由随机排列到平行于
12、微管由随机排列到平行于细胞长轴排列细胞长轴排列，外胚层细胞伸，外胚层细胞伸长长(若用秋水仙素处理将阻断神若用秋水仙素处理将阻断神经管形成经管形成)，预定神经外胚层细，预定神经外胚层细胞形状的第二个变化胞形状的第二个变化是柱状细是柱状细胞顶端收缩变为楔形细胞胞顶端收缩变为楔形细胞,而周而周 围细胞不围细胞不.预定神经外胚层细胞预定神经外胚层细胞的变形是由于围绕在的变形是由于围绕在细胞顶端细胞顶端的一圈微丝收缩产生“口袋效的一圈微丝收缩产生“口袋效应”应”的结果（若用细胞松弛素的结果（若用细胞松弛素处理处理,细胞顶端不能收缩形成神细胞顶端不能收缩形成神经褶经褶)(见图见图）。）。皮层牵引皮层牵引(
13、cortical tractoring)假说：假说：如图如图神神经板经板上皮细胞的皮质处于不上皮细胞的皮质处于不断运动中断运动中,从而携带一些粘从而携带一些粘连分子从细胞底部向上流动，连分子从细胞底部向上流动，并终止于细胞顶部并终止于细胞顶部(A)。如。如果流动的速度在每个细胞中果流动的速度在每个细胞中相等相等,则上皮细胞彼此紧密则上皮细胞彼此紧密相连相连,不发生细胞变形。然不发生细胞变形。然而如果这种流动“牵引”的而如果这种流动“牵引”的速度在邻近细胞中不同速度在邻近细胞中不同,流流动较快的细胞将开始向基部动较快的细胞将开始向基部方向爬行方向爬行,移到上皮细胞之移到上皮细胞之外。因为细胞的顶
14、部仍连在外。因为细胞的顶部仍连在一起一起,基部的爬行与顶端连基部的爬行与顶端连接和收缩结合起来产生一种接和收缩结合起来产生一种运动运动,使这些细胞升到神经使这些细胞升到神经板表面之上板表面之上,并向内卷曲形并向内卷曲形成神经褶成神经褶(B)。神经管细胞的增殖神经管细胞的增殖 神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移 神经细胞的分化神经细胞的分化 神经管细胞的增殖神经管细胞的增殖 神经上皮神经上皮：随着神经管的形成，随着神经管的形成，由柱状上皮演变而成的假复层由柱状上皮演变而成的假复层上上皮，也称增殖上皮。皮，也称增殖上皮。神经管细胞的增殖过程神经管细胞的增殖过程：如图，这个过程一直持续到细胞停止分如图
15、，这个过程一直持续到细胞停止分裂开始迁移为止裂开始迁移为止,随着发育进行细胞分裂速度逐渐减慢随着发育进行细胞分裂速度逐渐减慢(用用3H-腺腺苷酸标记的放射自显影研究发现苷酸标记的放射自显影研究发现)。神经管细胞的迁移神经管细胞的迁移 辐射纤维辐射纤维：在神经系统的层状结构中神经细胞沿着：在神经系统的层状结构中神经细胞沿着神经胶质细胞伸出的辐射状排列的突起神经胶质细胞伸出的辐射状排列的突起(见图见图)。神经细胞迁移前在神经管内壁附近聚集形成神经细胞迁移前在神经管内壁附近聚集形成外套层外套层，此时增殖上皮称为此时增殖上皮称为室管膜室管膜；由于停止有丝分裂后细；由于停止有丝分裂后细胞不断加入外套层增
16、厚，在外套层与神经管外壁之胞不断加入外套层增厚，在外套层与神经管外壁之间为间为边缘层边缘层，起初它仅含有神经细胞基部的一些突，起初它仅含有神经细胞基部的一些突起，后来外套层神经细胞突起及神经系统其它部分起，后来外套层神经细胞突起及神经系统其它部分的突起也侵入此层；外套层的神经细胞分化产生的突起也侵入此层；外套层的神经细胞分化产生树树突和轴突突和轴突，一些细胞又外迁形成一个中间层；当神一些细胞又外迁形成一个中间层；当神经管分化为经管分化为脊髓脊髓时，因为外套层含有较多的细胞体，时，因为外套层含有较多的细胞体，组织学染色较深，称为灰质，而边缘层含有树突和组织学染色较深，称为灰质，而边缘层含有树突和轴突，不易着色轴突，不易着色,称为称为白质白质。神经管形成模式神经管形成模式(图图)：产生神经管所需的所有力量来自神经管上皮细胞本身产生神经管所需的所有力量来自神经管上皮细胞本身;神经胚形成起源于神经上皮细胞形状的变化神经胚形成起源于神经上皮细胞形状的变化;引起细胞形状变化的力量来自细胞骨架成分引起细胞形状变化的力量来自细胞骨架成分;另外两个因素另外两个因素,即集中的伸展和细胞分裂。即集中的伸展和