發(fā)育神經(jīng)生物學概論簡本

發(fā)育神經(jīng)生物學概論簡本第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)育神經(jīng)生物學簡介組織學與胚胎學教研室文建國第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

神經(jīng)生物學所用的研究方法

神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段

發(fā)育的基因調(diào)控

細胞遷移的控制機制

神經(jīng)細胞最后表型的形成講授提綱

概述第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

概述發(fā)育神經(jīng)生物學是神經(jīng)生物學的一個研究分支，是神經(jīng)科學領域中一門新興的，綜合的基礎實驗科學。神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育過程，包括細胞間的識別與基因表達，神經(jīng)通路的尋找與建立，神經(jīng)細胞的衰老與防衰老，以及發(fā)育的可塑性等。探尋先天性畸形、腫瘤的發(fā)生與神經(jīng)發(fā)育異常的相關性，等等。含義研究應用第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三特點強調(diào)兩個“相互作用”：①基因與環(huán)境：神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是基因表達和環(huán)境因素交互作用的結(jié)果；②神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細胞：神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育是神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細胞相互作用的結(jié)果。第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

環(huán)物有神細細細理機經(jīng)胞胞胞環(huán)體系聚外質(zhì)境境統(tǒng)合間隙

基因調(diào)節(jié)基因表達

DNA

第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞培養(yǎng)技術2、分子標記技術3、反義技術4、轉(zhuǎn)基因技術一、神經(jīng)生物學所用的研究方法第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三通過實驗控制和影響發(fā)育過程，能對發(fā)育事件進行精確的時間順序分析?？煽朔X屏障與體內(nèi)各種因素的影響，研究某個神經(jīng)組織區(qū)域。可對發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)進行細致的生化分析。1、細胞培養(yǎng)技術優(yōu)點：第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)細胞培養(yǎng)技術類型①外植體細胞培養(yǎng)(explantcellculture)；②分離的細胞培養(yǎng)(dissociatedcellculture)；③重新聚合的細胞培養(yǎng)(reaggregatecellculture)；④克隆細胞培養(yǎng)(clonalcellculture)。前三類合稱原代培養(yǎng)，第四類是對單一細胞的后代譜系進行培養(yǎng)。這四類技術各有其優(yōu)點，都對發(fā)育神經(jīng)生物學有著獨特的貢獻。第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、分子標記技術發(fā)育系統(tǒng)的研究存在許多難點，細胞譜系多、發(fā)育階段轉(zhuǎn)換快、胚胎細胞缺乏。故難以對細胞類型進行精確定性和定位。隨著免疫學的發(fā)展，對每種細胞進行多克隆或單克隆抗體標記，可鑒定特異性細胞群。第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三核苷酸標記探針可檢測出特異性的核苷酸順序及mRNA，與免疫細胞化學法結(jié)合，可以分析與細胞表型有關的基因表達過程。利用逆轉(zhuǎn)錄病毒載體（retrovirusvectorconstruct）,也可將一個異種標記基因引導至處于某個發(fā)育階段的細胞。第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、反義技術應用反義分子（反義DNA或RNA）干預目標基因的表達，使mRNA前體剪接和翻譯受阻，達到封閉或阻斷特異基因表達的目的。技術手段簡潔，構思精巧，有效可靠。不需改變基因結(jié)構就可分析基因的功能，從而避免對基因進行條件性突變，且不影響靶基因的鄰近基因的正常表達。第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①將體外合成的反義RNA注入早期胚胎，觀察基因表達受抑時表型的改變；②以受條件啟動子啟動的反義表達載體轉(zhuǎn)染培養(yǎng)的組織細胞；③將反義基因整合于種系細胞以在個體水平上分析基因的功能。上述方法可有助于研究結(jié)構基因的功能、基因的表達調(diào)控、細胞分化的遺傳控制、程編性死亡的機理、基因表達的時序關系等神經(jīng)生物學的重大問題。反義技術的三種方法：第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、轉(zhuǎn)基因技術生殖工程與遺傳工程結(jié)合的一種技術方法。原理：將目的基因（外源基因）在體外改造構建成可表達的融合基因后，將其導入受精卵或囊胚期的全能干細胞內(nèi)，使目的基因在染色體上穩(wěn)定整合。然后將受精卵或囊胚移入假孕母體子宮，使之發(fā)育成為能把目的基因傳給子代的個體。用此技術培養(yǎng)出的動物稱轉(zhuǎn)基因動物。第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)基因技術的方法有：①畸胎瘤細胞植入法②逆轉(zhuǎn)錄病毒轉(zhuǎn)染法③顯微注射法④胚胎干細胞法該技術可利用建立的轉(zhuǎn)基因動物模型，檢測癌基因，轉(zhuǎn)錄特定基因，研究結(jié)構蛋白和功能蛋白基因胚胎發(fā)育中的作用，為基因治療等提供了新的思路。第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經(jīng)誘導與神經(jīng)外胚層的形成2、定位性細胞繁殖3、細胞遷移4、細胞類聚5、未成熟神經(jīng)元的分化6、特異性聯(lián)系的形成7、程序性細胞死亡8、神經(jīng)聯(lián)系的第二次調(diào)整二、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三①細胞增殖(cellreproduction)；②細胞分化(celldifferentiation)；③形態(tài)發(fā)生(morphogenesis)。神經(jīng)系統(tǒng)從較簡單的結(jié)構發(fā)育成極為復雜的結(jié)構網(wǎng)絡，是以高度有序的時間與空間順序貫穿于整個胚胎發(fā)育的全過程。大致經(jīng)過了以下八個階段：胚胎神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的三個方面與八個階段：三個方面八個階段第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、神經(jīng)誘導與神經(jīng)外胚層的形成含義：中、外胚層相互作用誘導出神經(jīng)外胚層。原理：中胚層釋放：①神經(jīng)化因子，使神經(jīng)組織特化；②中胚層化因子，其濃度梯度，決定著腦的區(qū)域分化。結(jié)果：中胚層從頭端到尾端依次誘導前腦、中腦、后腦、脊髓。第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、定位性細胞繁殖

（locallizedcellproliferation）①神經(jīng)管形成，細胞迅速繁殖神經(jīng)板凹陷形成神經(jīng)管時，細胞數(shù)量變化不大；

一旦神經(jīng)管閉合，管壁的單層上皮迅速增殖為假復層神經(jīng)上皮，繼而增殖為復層上皮。第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②腦區(qū)內(nèi)細胞數(shù)量決定于：繁殖期的長短；有絲分裂周期的長短；神經(jīng)前體細胞數(shù)量的多少。第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③細胞的生日細胞喪失合成DNA的能力、停止有絲分裂的時間，稱為細胞的生日，它是細胞生活史中的關鍵階段。細胞的生日嚴格不變。知道某種細胞的生日，就能知道其最終在何部位定居，甚至可知道某些神經(jīng)元與其它神經(jīng)元的聯(lián)系形式。第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三體積較大（包括突起很長）的細胞，出生較早；較小（包括突起較短的）的細胞出生較晚；對各腦區(qū)來說，細胞層次與繁殖順序有關。如大腦皮質(zhì)最深層的細胞出生最早，最淺層的細胞出生最晚；在多數(shù)腦區(qū)內(nèi)，第一批膠質(zhì)細胞與神經(jīng)元出現(xiàn)時間相同，但膠質(zhì)細胞繁殖期持續(xù)得較長，甚至終生都可由干細胞繁殖。細胞出生的三條規(guī)律第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3、細胞遷移（cellmigration）多數(shù)神經(jīng)元產(chǎn)生于或靠近于神經(jīng)管室?guī)?，但最終定居部位卻離管室?guī)в幸欢ň嚯x，這就必須發(fā)生細胞遷移。遷移方式：多呈阿米巴樣運動。遷移細胞先伸出一個引導突，細胞本身附著在適宜的底物上，并將胞核注入引導突，最后，細胞核后方的尾隨突撤回。第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三圖2放射狀膠質(zhì)細胞所起的“腳手架”作用放射狀膠質(zhì)細胞突起跨架神經(jīng)管整個管壁厚度，神經(jīng)元沿突起爬行，右側(cè)為局部放大。神經(jīng)元引導突遷移神經(jīng)細胞核膠質(zhì)細胞突起神經(jīng)元尾突邊緣帶中間帶放射狀膠質(zhì)細胞腦室下帶腦室?guī)獗砻鎯?nèi)表面皮質(zhì)板第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三4、細胞類聚(cellsorting)

神經(jīng)元到達最終定居部位后，同類細胞既互相識別，又互相粘附，使同類細胞按一定方向和位置聚合在一起，以便形成特定的結(jié)構形態(tài)。第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三5.未成熟神經(jīng)元的分化神經(jīng)元突起的細致加工；神經(jīng)纖維尋找路途；神經(jīng)纖維集束化；神經(jīng)化學特異性方式的選擇。第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三6、特異性聯(lián)系的形成神經(jīng)元之間的精確聯(lián)系，如神經(jīng)回路的建立；神經(jīng)元的區(qū)域特異性、聯(lián)系部位特異性、化學特異性的建立；突觸的形成和調(diào)控機制的建立等。發(fā)育的早期階段，上述聯(lián)系大多已建立完成。這與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞之間的識別與粘附密切相關。第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三7、程序性細胞死亡正常發(fā)育過程中，特定的神經(jīng)元在特定的時間自然淘汰性死亡。一般取決于神經(jīng)元是否與靶組織及時建立關聯(lián)。發(fā)育早期，神經(jīng)元發(fā)生的數(shù)目過剩，當神經(jīng)元細胞數(shù)量與支配的靶組織大小相適應后，沒有找到靶細胞的多余的神經(jīng)元最終在特定的時間淘汰死亡。死亡機制與神經(jīng)細胞競爭靶組織細胞內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)（如神經(jīng)營養(yǎng)因子）有關。第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三8、神經(jīng)聯(lián)系的第二次調(diào)整表現(xiàn)為起初建立的某些神經(jīng)聯(lián)系的撤出與另一些神經(jīng)聯(lián)系的穩(wěn)定過程。此次調(diào)整，不是神經(jīng)元數(shù)目的調(diào)整，而是神經(jīng)元突起數(shù)目的精細重調(diào)。調(diào)整的機理與程序性死亡類似。第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三

圖8-3神經(jīng)纖維與靶的匹配

神經(jīng)纖維競爭靶組織內(nèi)有限的神經(jīng)營養(yǎng)物質(zhì)，通過匹配調(diào)整，部分神經(jīng)纖維存活，其它纖維則以自然死亡形式淘汰。起源組織靶組織第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基本階段神經(jīng)外胚層形成定位性細胞繁殖細胞遷移細胞類聚未成熟神經(jīng)元分化特異性聯(lián)系形成程序型細胞死亡聯(lián)系的第2次調(diào)整第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三強調(diào)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育貫穿于生命的大部分時間。神經(jīng)發(fā)生及神經(jīng)回路建立的活動主要發(fā)生在胚胎時期，但也持續(xù)到出生后的早期；神經(jīng)元發(fā)育及其功能特性在整個生命過程中均能表現(xiàn)，無論是在正常條件下或是對損傷與衰老的反應中都能表現(xiàn)出來。第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網(wǎng)絡2．發(fā)育調(diào)控基因的多次表達3.其它因素對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響三、發(fā)育的基因調(diào)控第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1．逐級控制的層次網(wǎng)絡

整個發(fā)育過程在層次網(wǎng)絡控制下進行；層次網(wǎng)絡由發(fā)育調(diào)控基因組成；這些基因呈現(xiàn)階段性表達。第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三四種水平的基因?qū)S發(fā)生的調(diào)控原神經(jīng)基因：賦予早期發(fā)育中的外胚層細胞成為神經(jīng)前體細胞的潛能；神經(jīng)生成基因：決定其中哪些細胞成為神經(jīng)前體細胞；神經(jīng)類型選擇基因：決定神經(jīng)前體細胞的類別；細胞譜系基因：決定神經(jīng)前體細胞后代的類別。第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2．發(fā)育調(diào)控基因的多次表達現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)：一個發(fā)育調(diào)控基因可以在完全不同的幾個發(fā)育途徑中反復使用，分別參與不同的控制系統(tǒng)。第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三3.其它因素對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的影響①癌基因----大多作為調(diào)節(jié)基因，控制發(fā)育的開關，以激活相應基因的表達，通過其表達的產(chǎn)物進而控制神經(jīng)細胞的增殖和分化。②生長因子----通過與細胞膜上相應受體結(jié)合，觸發(fā)細胞周期中相關生化過程，導致細胞的一系列活動。第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三影響神經(jīng)發(fā)育的各種生長因子

生長因子分子量靶細胞組織來源腦生長因子12N腦膽堿能神經(jīng)元生長因子20N眼，坐骨神經(jīng)表皮生長因子6A，N，V頜下腺成纖維細胞生長因子（酸性）16A，N腦，視網(wǎng)膜，下丘腦成纖維細胞生長因子（堿性）16A，O，N腦，視網(wǎng)膜，垂體，下丘腦膠質(zhì)細胞生長因子31A，S肝，其它細胞胰島素樣生長因子II7胎肝，胎腦白細胞介素I16A，C巨噬細胞，星形細胞，小膠質(zhì)細胞白細胞介素II15OT淋巴細胞神經(jīng)生長因子26N頜下腺，胎盤神經(jīng)白細胞素56N頜下腺血小板源生長因子32A，O血小板，胎盤，星形C第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③粘附分子（adhesionmolecule,AM）

是一類介導細胞與細胞、細胞與細胞外基質(zhì)間粘附作用的膜表面糖蛋白。種類繁多，包括選擇素家族，整合素家族，免疫球蛋白超家族，鈣依賴粘附素家族等。作用：調(diào)節(jié)細胞的粘連特性、決定細胞的形態(tài)、控制細胞的生長和分化、調(diào)節(jié)細胞運動等方面影響神經(jīng)發(fā)育。第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三AM對神經(jīng)發(fā)育的具體作用可能包括：神經(jīng)細胞粘附分子（NCAM）參與：

軸突生長遷移的膠質(zhì)細胞引導機制；參與神經(jīng)突起纖維束化過程；參與軸突與靶細胞的交互作用；參與細胞位置關系的建立與穩(wěn)定過程；神經(jīng)元-膠質(zhì)細胞粘附分子（NgCAM）參與：

神經(jīng)元與神經(jīng)膠質(zhì)細胞間的多種結(jié)合過程。第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三細胞間粘附分子

（intercellularadhesionmolecules，ICAMs）圍繞神經(jīng)元的細胞外基板的成分，包括層粘連蛋白（LM）和纖維粘連蛋白（FM）等。參與細胞遷移和神經(jīng)纖維長出過程。作用機制包括：①LM能將細胞表面與其它基質(zhì)糖蛋白連結(jié)在一起；②FM與發(fā)育神經(jīng)組織的細胞之間、細胞與基質(zhì)之間的粘連，參與發(fā)育細胞的運動和細胞間的聚合與分化過程。FN對神經(jīng)嵴細胞的分化和遷移亦有影響。第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞遷移與遷移方向的控制機制2、遷移信號①神經(jīng)細胞粘附分子（NCAM）②細胞外基質(zhì)（ECM）③其它信號分子四、細胞遷移的控制機制第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、細胞遷移與遷移方向的控制機制單個的運動群體的運動近距離運動遠距離運動細胞先伸出一個突起，附著于底物上；接著通過細胞骨架系統(tǒng)，將整個神經(jīng)細胞牽拉到突起附著點?？刂七w移的方式：①沿著膠質(zhì)細胞形成的“腳手架”爬行；②受多種化學因子局部濃度梯度的指引，跨過多細胞的區(qū)域。形式：過程：控制：第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、遷移信號一種膜糖蛋白分子，結(jié)合有唾液酸。其唾液酸和多肽鏈因發(fā)育階段和發(fā)育部位而異，從而導致對神經(jīng)元的不同影響。在細胞遷移前的胚胎早期和細胞分化定居后的晚期階段，含唾液酸多，粘著力弱，有利于細胞遷移和突起生長；如唾液酸減少，則粘著力增強，具有穩(wěn)定細胞聚集和限制細胞遷移的作用。①神經(jīng)細胞粘附分子（NCAM）第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三②細胞外基質(zhì)（ECM）細胞外基質(zhì)中，大分子種類繁多，包括膠原蛋白，纖維連接蛋白，層粘連蛋白，蛋白聚糖及透明質(zhì)酸等。幾乎所有的細胞外基質(zhì)成分都參與了細胞遷移過程的調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)方式：可能是通過多種成分濃度梯度的變化來實現(xiàn)的，如神經(jīng)嵴細胞的遷移過程。第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三③其它信號分子

表皮生長因子（EGF），神經(jīng)生長因子（NGF），神經(jīng)元抗原L1等的參與。

EGF可增加透明質(zhì)酸的釋放和蛋白聚糖的產(chǎn)生，從而控制細胞遷移過程；

NGF與神經(jīng)元抗原L1則可增加小腦顆粒細胞遷移后附著的穩(wěn)定性。第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）2、神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的交互作用

①施萬細胞（schwancell,SC）②星形膠質(zhì)細胞：3、細胞內(nèi)機制4、神經(jīng)纖維生長與通路尋找假說

①標記通路假說②引導標細胞假說③粘連或親合梯度假說④外周公路假說五、神經(jīng)細胞最后表型的形成第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三1、生長錐（growthcone）

發(fā)育神經(jīng)元引導突前端的結(jié)構，包括絲狀偽足和板狀偽足,是發(fā)現(xiàn)找尋神經(jīng)通路、引導神經(jīng)纖維延伸的前端結(jié)構。第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期三2、神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞的交互作用誘導和促進神經(jīng)突起的生長?？赡軝C制：

SC表面的CAM與生