医学生物学生命的个体发育

1、生命过程的一般原理 生殖生殖和和发育发育是生命的基本现象，没有生殖，是生命的基本现象，没有生殖，物种不能繁衍；没有发育，个体不能形成。物种不能繁衍；没有发育，个体不能形成。个体发育个体发育是生物个体发生、发展、变化过程是生物个体发生、发展、变化过程的总称。有性生殖生物的生命起始于受精卵，经的总称。有性生殖生物的生命起始于受精卵，经过卵裂、囊胚期、原肠胚期、神经胚以及器官发过卵裂、囊胚期、原肠胚期、神经胚以及器官发生等阶段，衍生出与亲代相似的个体，经过生长生等阶段，衍生出与亲代相似的个体，经过生长发育为成熟个体，然后进入老年，最后衰老死亡发育为成熟个体，然后进入老年，最后衰老死亡，这一全过程称为

2、，这一全过程称为个体发育个体发育。生命的个体发育生命的个体发育O胚胎发育胚胎发育(embryonic development)是指受精卵在卵膜或母体内发生发展形成是指受精卵在卵膜或母体内发生发展形成幼小个体的过程。幼小个体的过程。 O胚后发育胚后发育(post embryonic development)是指幼体从卵膜孵化出或从母体分娩出以是指幼体从卵膜孵化出或从母体分娩出以后，经生长、成熟、衰老、死亡的过程。后，经生长、成熟、衰老、死亡的过程。 生殖生殖和和发育发育是生命的基本现象，没有生殖，是生命的基本现象，没有生殖，物种不能繁衍；没有发育，个体不能形成。物种不能繁衍；没有发育，个体不能形

3、成。生命的个体发育脊椎动物的胚胎发育过程都要经过几脊椎动物的胚胎发育过程都要经过几个基本的发育阶段，即个基本的发育阶段，即受精受精、卵裂卵裂、囊胚囊胚、原肠胚原肠胚、神经胚神经胚以及以及器官发生器官发生等阶段。等阶段。生命的个体发育受精卵的分裂称为受精卵的分裂称为卵裂卵裂，这是一种快速的，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵卵裂球裂球。卵裂方向卵裂方向由卵的固有极性所决定，有些卵由卵的固有极性所决定，有些卵裂方向还与精子进入卵的位置有关；裂方向还与精子进入卵的位置有关；卵裂发生卵裂发生部位部位则由卵黄物质的分布和数量决定。则由卵黄物质的分

4、布和数量决定。生命的个体发育受精卵的分裂称为受精卵的分裂称为卵裂卵裂，这是一种快速的，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵卵裂球裂球。O动物极动物极(animale pole)：卵细胞卵黄少的一：卵细胞卵黄少的一极，卵裂速度相对较快。极，卵裂速度相对较快。O植物极植物极(vegetal pole)：卵细胞卵黄多的一：卵细胞卵黄多的一极，卵裂速度相对较慢。极，卵裂速度相对较慢。生命的个体发育受精卵的分裂称为受精卵的分裂称为卵裂卵裂，这是一种快速的，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵卵

5、裂球裂球。经裂经裂 经裂经裂 纬裂纬裂 经裂经裂 纬裂纬裂 桑葚胚桑葚胚生命的个体发育细胞继续分裂，卵裂球数量增多，实心胚细胞继续分裂，卵裂球数量增多，实心胚体中间出现一个不规则的腔隙，随着腔隙中液体中间出现一个不规则的腔隙，随着腔隙中液体增多，此腔变为一圆形的空腔，称为体增多，此腔变为一圆形的空腔，称为囊胚腔囊胚腔(blastocoele)，在人类又称为，在人类又称为胚泡腔胚泡腔(blastocyst cavity)。这种囊状胚胎称为。这种囊状胚胎称为囊胚囊胚(blastrula)。囊胚的形成标志着卵裂期的结束囊胚的形成标志着卵裂期的结束。生命的个体发育在哺乳类，因为卵中所含的卵黄少，外部在

6、哺乳类，因为卵中所含的卵黄少，外部细胞构成囊胚壁，由单层细胞构成，称为细胞构成囊胚壁，由单层细胞构成，称为滋养滋养层层(trophoblast)，将发育为绒毛膜，参与，将发育为绒毛膜，参与胎盘胎盘(placenta)形成。形成。滋养层滋养层能分泌蛋白酶，将母体子宫内膜溶能分泌蛋白酶，将母体子宫内膜溶解，利于胚胎植入母体子宫壁获取营养，保证解，利于胚胎植入母体子宫壁获取营养，保证胎儿正常发育；同时还可分泌激素，使母体子胎儿正常发育；同时还可分泌激素，使母体子宫接纳胎儿。宫接纳胎儿。生命的个体发育而哺乳类的内部细胞逐渐排列于胚泡而哺乳类的内部细胞逐渐排列于胚泡腔的一端，称为腔的一端，称为内细胞团内

7、细胞团，后者将分化为，后者将分化为由内、中、外三个胚层构成的胚盘由内、中、外三个胚层构成的胚盘。文昌鱼文昌鱼两栖类两栖类哺乳类哺乳类生命的个体发育胚胎发育到囊胚期以后，细胞继续分裂。胚胎发育到囊胚期以后，细胞继续分裂。植物极细胞逐渐向囊胚内部凹陷，囊胚腔逐渐植物极细胞逐渐向囊胚内部凹陷，囊胚腔逐渐缩小或消失，动物极细胞向植物极方向迁移，缩小或消失，动物极细胞向植物极方向迁移，并外包植物极半球。这时胚胎成为具两层细胞并外包植物极半球。这时胚胎成为具两层细胞的胚体，称为的胚体，称为原肠胚原肠胚(gastrula)。陷入的细胞。陷入的细胞所包围的腔称为原肠腔，以所包围的腔称为原肠腔，以胚孔胚孔(bl

8、astopore)与外界相通。胚孔、原肠腔的形成以及胚层的与外界相通。胚孔、原肠腔的形成以及胚层的出现，是原肠胚期的主要形态特征出现，是原肠胚期的主要形态特征。生命的个体发育蛙原肠胚出现的最初标志是：植物极细胞蛙原肠胚出现的最初标志是：植物极细胞在受精卵的灰色新月区上部内陷形成一弧形的在受精卵的灰色新月区上部内陷形成一弧形的沟，称沟，称新月沟新月沟。沟的上方为。沟的上方为背唇背唇(dorsal lip)。AP胚孔背唇胚孔背唇AP生命的个体发育分裂速度快的动物极细胞迁移并外包植物分裂速度快的动物极细胞迁移并外包植物极，同时背唇细胞从新月沟处卷入胚体内极，同时背唇细胞从新月沟处卷入胚体内。AP原肠

9、腔原肠腔AP生命的个体发育动植物极细胞以外包、内卷、内陷的方式动植物极细胞以外包、内卷、内陷的方式形成左右两侧的形成左右两侧的侧唇侧唇(lateral lip)及下部的及下部的腹唇腹唇(ventral lip)。AP胚孔侧唇胚孔侧唇胚孔腹唇胚孔腹唇卵黄塞卵黄塞AP生命的个体发育原肠胚形成结束时，卵黄栓全部包进胚胎原肠胚形成结束时，卵黄栓全部包进胚胎内部，胚孔缩成一条狭缝，以后胚孔处将形成内部，胚孔缩成一条狭缝，以后胚孔处将形成肛门。至此，经过外包、卷入、内陷等复杂的肛门。至此，经过外包、卷入、内陷等复杂的细胞迁移活动，终于形成具有胚孔、原肠腔、细胞迁移活动，终于形成具有胚孔、原肠腔、内、外两层

10、的原肠胚。内、外两层的原肠胚。生命的个体发育此时原肠腔并未全部由此时原肠腔并未全部由内胚层内胚层(endoderm)包围，在原肠腔背面顶壁和侧壁只有包围，在原肠腔背面顶壁和侧壁只有中胚层中胚层(mesoderm)。在继后的神经胚时期，内胚层从两侧向背在继后的神经胚时期，内胚层从两侧向背部靠拢，最后完全包围原肠腔，所以原肠胚的部靠拢，最后完全包围原肠腔，所以原肠胚的形成过程也是三个胚层的形成过程形成过程也是三个胚层的形成过程。生命的个体发育随着内细胞团细胞不断分裂、增殖，靠近随着内细胞团细胞不断分裂、增殖，靠近胚泡腔一侧的细胞演变成为一层细胞，称为胚泡腔一侧的细胞演变成为一层细胞，称为下下胚层胚

11、层(hypoblast)或或初级内胚层初级内胚层，其余内细胞团，其余内细胞团贴近滋养层一侧，形成贴近滋养层一侧，形成上胚层上胚层(epiblast)，又称，又称为为初级外胚层初级外胚层。生命的个体发育高等哺乳类动物的滋养层细胞增殖发育成高等哺乳类动物的滋养层细胞增殖发育成绒毛膜，参与胎盘的形成，从子宫内膜获取营绒毛膜，参与胎盘的形成，从子宫内膜获取营养，内细胞团分化成三胚层胚盘。养，内细胞团分化成三胚层胚盘。内、外胚层周缘的细胞分别向四周延伸，内、外胚层周缘的细胞分别向四周延伸，围成卵黄囊及羊膜腔。中胚层在内、外胚层之围成卵黄囊及羊膜腔。中胚层在内、外胚层之后出现。后出现。生命的个体发育从原肠

12、胚形成开始到原肠形成是一个复杂从原肠胚形成开始到原肠形成是一个复杂的细胞迁移、重排的过程，是动物发育过程中的细胞迁移、重排的过程，是动物发育过程中的一个重要的阶段。的一个重要的阶段。囊胚期以前，胚胎的结构和生理活动都很囊胚期以前，胚胎的结构和生理活动都很简单，囊胚基本上是一些结构相似的细胞集合简单，囊胚基本上是一些结构相似的细胞集合在一起。原肠胚及其以后就有明显的变化，出在一起。原肠胚及其以后就有明显的变化，出现了胚层的分化，特别是中胚层的出现，为以现了胚层的分化，特别是中胚层的出现，为以后复杂的组织和器官的形成打下基础后复杂的组织和器官的形成打下基础。生命的个体发育原肠胚期结束后，胚体开始伸

13、长，并具备原肠胚期结束后，胚体开始伸长，并具备了内、中、外了内、中、外3个胚层，它们是动物所有组织个胚层，它们是动物所有组织器官形成的基础。胚层开始分化，在胚体背部器官形成的基础。胚层开始分化，在胚体背部产生中轴器官产生中轴器官脊索脊索(notochord)和和神经管神经管，这时期的胚胎称为这时期的胚胎称为神经胚神经胚(neurula)。神经管神经管是由外胚层细胞分化而来，它将来是由外胚层细胞分化而来，它将来形成脑和脊髓。形成脑和脊髓。生命的个体发育O神经板神经板(neural plate)胚体背部位于脊索胚体背部位于脊索原基上方的外胚层细胞原基上方的外胚层细胞增厚，形成增厚，形成神经板神经板

14、。内胚层内胚层神经板神经板脊索脊索中胚层中胚层生命的个体发育神经沟神经沟内胚层内胚层脊索脊索中胚层中胚层O神经沟神经沟(neural groove)神经板的两侧向上神经板的两侧向上隆起，形成隆起，形成神经褶神经褶；神；神经板的中部凹陷形成经板的中部凹陷形成神神经沟经沟。 生命的个体发育O神经管神经管(neural tuble)神经褶继续向背方延神经褶继续向背方延伸并相互靠拢、融合，形伸并相互靠拢、融合，形成成神经管神经管。最后神经管自外胚层最后神经管自外胚层脱离，陷入胚体内，其上脱离，陷入胚体内，其上方的外胚层愈合方的外胚层愈合 。 神经管神经管体腔体腔神经脊神经脊体体 壁壁中胚层中胚层脏脏

15、壁壁中胚层中胚层体节体节生命的个体发育脊索脊索是由背正中区的中胚层细胞分化形成是由背正中区的中胚层细胞分化形成的一条纵贯胚体的圆柱形中轴结构，脊索的下的一条纵贯胚体的圆柱形中轴结构，脊索的下方为内胚层，两侧为中胚层，将发育成方为内胚层，两侧为中胚层，将发育成体节体节(somite)。神经胚是脊椎动物所特有的胚胎发育阶段神经胚是脊椎动物所特有的胚胎发育阶段。生命的个体发育器官发生器官发生(organogenesis)是指由内、中、是指由内、中、外三个胚层分化发育成胚体各个器官系统的发外三个胚层分化发育成胚体各个器官系统的发生过程。生过程。O初级器官原基初级器官原基(primary organ r

16、udiment)O次级器官原基次级器官原基(secondary organ rudiment)生命的个体发育外胚层外胚层 皮肤的表皮、毛发、爪甲、汗腺，神经系统皮肤的表皮、毛发、爪甲、汗腺，神经系统（脑、脊髓、神经节），神经感官的接收器（脑、脊髓、神经节），神经感官的接收器细胞，眼的晶体，口、鼻腔及肛门上皮，牙细胞，眼的晶体，口、鼻腔及肛门上皮，牙的釉质的釉质 内胚层内胚层 肠上皮、气管、支气管、肺上皮，肝脏、胰肠上皮、气管、支气管、肺上皮，肝脏、胰脏，胆囊上皮、甲状腺、副甲状腺及胸腺，脏，胆囊上皮、甲状腺、副甲状腺及胸腺，膀胱、尿道上皮膀胱、尿道上皮 中胚层中胚层 肌肉肌肉平滑肌平滑肌 骨骼

17、肌及心肌，皮肤的真骨骼肌及心肌，皮肤的真皮，结缔组织，硬骨及软骨，齿的牙质，血皮，结缔组织，硬骨及软骨，齿的牙质，血液及血管，肠系膜，肾脏，睾丸和卵巢液及血管，肠系膜，肾脏，睾丸和卵巢 生命的个体发育生命的个体发育有性生殖的个体从受精卵开始发育为有性生殖的个体从受精卵开始发育为新个体，经历了复杂演变过程，严格按照新个体，经历了复杂演变过程，严格按照时间、空间顺序进行一系列核质之间，细时间、空间顺序进行一系列核质之间，细胞之间，细胞与环境之间的相互作用。经胞之间，细胞与环境之间的相互作用。经历了由细胞历了由细胞组织组织器官器官系统系统个体各个体各层次的胚胎发育过程。层次的胚胎发育过程。生命的个体

18、发育模式形成模式形成是指胚胎细胞如何有序地分是指胚胎细胞如何有序地分化，形成有序三维结构的过程，其本质是化，形成有序三维结构的过程，其本质是指基因按长期进化形成的固有程序规划机指基因按长期进化形成的固有程序规划机体的发育蓝图。体的发育蓝图。模式形成模式形成，使胚胎细胞获得正确分化，使胚胎细胞获得正确分化必需的位置信息，决定了细胞的命运，最必需的位置信息，决定了细胞的命运，最终确定了每一个细胞具体的分化方向终确定了每一个细胞具体的分化方向 模式形成模式形成(pattern formation)生命的个体发育整个发育过程是由遗传控制、程序化、精整个发育过程是由遗传控制、程序化、精确有序的发育过程。

19、从基因型到表型是通过发确有序的发育过程。从基因型到表型是通过发育实现的。育实现的。发育是遗传特性的表达和展现，是基因组发育是遗传特性的表达和展现，是基因组遗传信息按照特定时间和空间表达的结果，是遗传信息按照特定时间和空间表达的结果，是生物体基因型与内外环境因之相互作用，并逐生物体基因型与内外环境因之相互作用，并逐步转化为表型的过程。步转化为表型的过程。生命的个体发育细胞分化是基因差异表达的结果。由于基细胞分化是基因差异表达的结果。由于基因表达，使细胞出现特异的蛋白质，表现出特因表达，使细胞出现特异的蛋白质，表现出特殊的形态结构，执行不同的生理功能。殊的形态结构，执行不同的生理功能。生命的个体发

20、育细胞核中存在着控制胚胎发育、细胞分化细胞核中存在着控制胚胎发育、细胞分化的多层次基因群，它们形成网络，控制胚胎发的多层次基因群，它们形成网络，控制胚胎发育过程。育过程。O母源效应基因母源效应基因(maternal effect gene)O分节基因群分节基因群(segmentation genes)O同源异形基因同源异形基因(homeotic gene)生命的个体发育决定卵和未来胚胎的前后轴和背腹面的一决定卵和未来胚胎的前后轴和背腹面的一组基因，这些基因的产物（组基因，这些基因的产物（mRNA和蛋白质）和蛋白质）在卵细胞质中按一定的时空图式分布，使细胞在卵细胞质中按一定的时空图式分布，使细胞

21、核中的基因被选择性激活，决定未来胚胎外、核中的基因被选择性激活，决定未来胚胎外、中、内三个胚层的命运和分节。中、内三个胚层的命运和分节。母源效应基因母源效应基因生命的个体发育O果蝇的母源效应基因果蝇的母源效应基因bicoid母源母源bicoid mRNABICOID蛋白蛋白前端前端 后端后端生命的个体发育母源效应基因母源效应基因是决定体节的分节和极性，奠定胚胎形体是决定体节的分节和极性，奠定胚胎形体大格局的基因群。大格局的基因群。分节基因群分节基因群生命的个体发育同源异型基因同源异型基因(homeotic gene)是真正指导是真正指导体节进一步发育成一定表型、决定各体节的形体节进一步发育成一

22、定表型、决定各体节的形态特征的一大群基因，这类基因均含有相同的态特征的一大群基因，这类基因均含有相同的180 bp的的DNA片段的片段的同源盒结构同源盒结构。同源异型基因同源异型基因生命的个体发育同源异型基因同源异型基因均含有的共同片段称为均含有的共同片段称为同源盒同源盒(homeobox)。含有同源盒的基因称为。含有同源盒的基因称为同源盒基因同源盒基因(homeobox gene)。同源盒为高度保守的开放读码框架，编码同源盒为高度保守的开放读码框架，编码6168个氨基酸组成的肽链片段，称为个氨基酸组成的肽链片段，称为同源结构域同源结构域(homeodomain，HD)。生命的个体发育同源异型

23、基因同源异型基因含含HD结构的蛋白质是一大类结构的蛋白质是一大类DNA序列特异序列特异的结合蛋白，组成的结合蛋白，组成HD超家族，在进化上高度保守超家族，在进化上高度保守。HD超家族在发育过程中沿胚胎前后轴依顺序超家族在发育过程中沿胚胎前后轴依顺序表达，这种排列与表达模式在从果蝇到哺乳动物表达，这种排列与表达模式在从果蝇到哺乳动物的各个门类中是高度保守的。的各个门类中是高度保守的。生命的个体发育同源异型基因同源异型基因O同源框基因同源框基因果蝇果蝇HOM复合体复合体 3 哺乳动物哺乳动物HOX复合体复合体 HOX1 3 HOX2 3 HOX3 3 HOX4 3 lab pb (zen) Dfd

24、 scr (ftz) Antp Ubx abd-A abd-BA1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A9 A10 A11 A135 5 5 5 5 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B13D1 D3 D4 D8 D9 D10 D11 D12 D13 C4 C5 C6 C8 C9 C10 C11 C12 C13生命的个体发育胚胎发育过程中细胞分化是通过细胞核和细胚胎发育过程中细胞分化是通过细胞核和细胞质之间相互影响实现的。细胞质是通过调节细胞质之间相互影响实现的。细胞质是通过调节细胞核中的基因表达而发挥作用的。如果没有细胞胞核中的基因表达而发挥作用的。如果没有细胞核，细胞

25、质不可能起作用。核，细胞质不可能起作用。生命的个体发育核移植实验说明细胞核的全能性核移植实验说明细胞核的全能性生命的个体发育细胞质物质在受精卵及卵裂球细胞质中的分细胞质物质在受精卵及卵裂球细胞质中的分布不均匀，在细胞中有一定的区域分布的现象，布不均匀，在细胞中有一定的区域分布的现象，称为称为细胞质定域细胞质定域(cytoplasmic locolization)。这种。这种不均匀性，在很大程度上决定细胞的早期分化，不均匀性，在很大程度上决定细胞的早期分化，对胚胎的早期发育有很大的影响。对胚胎的早期发育有很大的影响。生命的个体发育灰新月区灰新月区生命的个体发育表皮表皮吸盘吸盘眼睛眼睛耳耳肠肠脊索

26、脊索背唇背唇肢芽肢芽后肠后肠体节体节生命的个体发育小小RNA是长度约在是长度约在2030个核苷酸个核苷酸(nt)的非编的非编码码RNA (non-coding RNA)，包括约，包括约22nt的微小的微小RNA (microRNA，miRNA)、2128nt的小干扰的小干扰RNA (small interfering RNA，siRNA)，以及在小，以及在小鼠精子发育过程中发现的长度约为鼠精子发育过程中发现的长度约为2631nt的的PIWI互作分子互作分子RNA。生命的个体发育生命的个体发育miRNA的形成及作用机制的形成及作用机制小小RNA广泛地存在于哺乳动物，具有高度的广泛地存在于哺乳动物

27、，具有高度的保守性，它们通过与靶基因保守性，它们通过与靶基因mRNA互补结合而抑互补结合而抑制蛋白质合成或促使靶基因制蛋白质合成或促使靶基因mRNA降解。降解。许多研究表明，小许多研究表明，小RNA参与了细胞分化与发参与了细胞分化与发育的基因表达调控。育的基因表达调控。miRNA 主要通过调控细胞的增殖、分化与凋主要通过调控细胞的增殖、分化与凋亡而参与整个机体的发育过程，是动物发育过程亡而参与整个机体的发育过程，是动物发育过程中的重要调控因子。中的重要调控因子。生命的个体发育生命的个体发育miRNA的形成及作用机制的形成及作用机制细胞分裂细胞分裂和和分化分化是受精卵发育为个体的关键是受精卵发育

28、为个体的关键，是胚胎发育的核心和基础。，是胚胎发育的核心和基础。经过细胞分裂，细胞数量增加；经过分化，经过细胞分裂，细胞数量增加；经过分化，产生不同类型的细胞。由各型细胞组成组织，器产生不同类型的细胞。由各型细胞组成组织，器官、系统和生物体。官、系统和生物体。生命的个体发育胚胎在许多情况下，细胞在分化之前就已预胚胎在许多情况下，细胞在分化之前就已预先确定了其未来的发育命运，只能向特定方向分先确定了其未来的发育命运，只能向特定方向分化，这种现象称为化，这种现象称为细胞决定细胞决定(cell determination)。在这种状态下，细胞沿着预定的方向分化，细胞在这种状态下，细胞沿着预定的方向分

29、化，细胞决定一方面由卵细胞质控制，另一方面由相邻细决定一方面由卵细胞质控制，另一方面由相邻细胞的相互作用而受到决定。胞的相互作用而受到决定。最早决定细胞分化方向的物质是卵细胞质中最早决定细胞分化方向的物质是卵细胞质中的基因产物的基因产物mRNA和蛋白质。和蛋白质。生命的个体发育供体供体 供体供体移植移植 移植移植宿主宿主 宿主宿主正常命运正常命运 未决定未决定 已决定已决定明显分化前明显分化前明显分化后明显分化后生命的个体发育O胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同 v全能性细胞全能性细胞桑葚胚之前的细胞，都具有发育为整个个桑葚胚之前的细胞，都具有发育为整

30、个个体的潜能。体的潜能。生命的个体发育O胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同 v全能性细胞全能性细胞v多能细胞多能细胞(pluripotent cell)分化潜能有局限，但仍具有发育为多种表分化潜能有局限，但仍具有发育为多种表型细胞的潜能的细胞。型细胞的潜能的细胞。生命的个体发育O胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同 v全能性细胞全能性细胞v多能细胞多能细胞(pluripotent cell)v专能细胞专能细胞(committed cell)经过器官发生，各种组织、细胞的发育命经过器官发生，各种组织、细胞的发育命运

31、最终决定，在形态上特化、功能上专一化的运最终决定，在形态上特化、功能上专一化的细胞。细胞。生命的个体发育O胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同胚胎细胞在不同发育阶段，其分化潜能不同 v全能性细胞全能性细胞v多能细胞多能细胞(pluripotent cell)v专能细胞专能细胞(committed cell)v特化细胞特化细胞生命的个体发育细胞分化细胞分化潜能是由全能潜能是由全能多能多能单能单能特特化的方向演化。化的方向演化。这种分化能力逐渐降低的现象，是细胞分这种分化能力逐渐降低的现象，是细胞分化过程中的一个普遍规律，是基因选择表达的化过程中的一个普遍规律，是基因选择表达的结果。结果。生命的

32、个体发育分化受细胞核与细胞质之间、细胞群与细胞分化受细胞核与细胞质之间、细胞群与细胞群之间、胚胎不同部位之间、细胞外物质等一系群之间、胚胎不同部位之间、细胞外物质等一系列因素相互作用的制约。列因素相互作用的制约。在胚胎发育过程中，以上因素连续地或选择在胚胎发育过程中，以上因素连续地或选择性地激活某些基因，决定了细胞分化和组织器官性地激活某些基因，决定了细胞分化和组织器官的结构，而基因组中的基因按一定时间和空间顺的结构，而基因组中的基因按一定时间和空间顺序选择性地表达，控制某些特定蛋白质的合成，序选择性地表达，控制某些特定蛋白质的合成，使细胞按时空顺序分化为某种类型的细胞。使细胞按时空顺序分化为

33、某种类型的细胞。生命的个体发育原肠胚以后，三个胚层的发育前途虽已确原肠胚以后，三个胚层的发育前途虽已确定，但各胚层进一步发育还有赖于细胞之间、定，但各胚层进一步发育还有赖于细胞之间、细胞群之间的相互作用。主要表现在细胞群之间的相互作用。主要表现在胚胎诱导胚胎诱导与与抑制抑制。生命的个体发育胚胎发育的特定阶段，一部分细胞对邻近细胚胎发育的特定阶段，一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定其分化方向的作用，称为胞产生影响，并决定其分化方向的作用，称为胚胚胎诱导胎诱导(embryonic induction)或或诱导诱导(induction)。O诱导组织诱导组织：起诱导作用的组织：起诱导作用的组织O反应

34、组织反应组织：被诱导而发生分化的组织：被诱导而发生分化的组织生命的个体发育生命的个体发育胚胎诱导可发生在不同胚层之间，也可以发胚胎诱导可发生在不同胚层之间，也可以发生在同一胚层不同区域之间。生在同一胚层不同区域之间。生命的个体发育胚胎诱导胚胎诱导具有严格的组织特异性和发育时空具有严格的组织特异性和发育时空限制。限制。 真皮间质来源真皮间质来源 翅膀表皮上皮翅膀表皮上皮 特异性诱导特异性诱导翅膀翅膀大腿大腿足足翅膀上的羽毛翅膀上的羽毛大腿上的羽毛大腿上的羽毛爪爪生命的个体发育胚胎诱导胚胎诱导具有严格的组织特异性和发育时空具有严格的组织特异性和发育时空限制。限制。 蛙原肠胚蛙原肠胚 蝾螈原肠胚蝾螈

35、原肠胚蝾螈原肠胚蝾螈原肠胚 蛙原肠胚蛙原肠胚 腹部外胚层腹部外胚层具有吸盘的蝾螈具有吸盘的蝾螈吸盘吸盘具有平衡器的蛙具有平衡器的蛙平衡器平衡器生命的个体发育生命的个体发育由于有诱导分化和抑制分化，才使胚胎发由于有诱导分化和抑制分化，才使胚胎发育有序地进行，使发育的器官间相互区别，避育有序地进行，使发育的器官间相互区别，避免重复。免重复。生命的个体发育在胚胎形态发生中在胚胎形态发生中细胞识别细胞识别和和黏着黏着起着重要起着重要作用。作用。由于胚胎细胞的广泛迁移，当到达最终位置由于胚胎细胞的广泛迁移，当到达最终位置时，同类细胞只有通过识别和粘着，才能进一步时，同类细胞只有通过识别和粘着，才能进一步

36、分化，构成组织器官和系统，形成机体形态结构分化，构成组织器官和系统，形成机体形态结构。生命的个体发育形态发生形态发生(morphogenesis)是胚胎发育过程是胚胎发育过程中组织器官和机体形态结构的形成过程。它是中组织器官和机体形态结构的形成过程。它是通过通过细胞差异生长细胞差异生长(differential growth)、细胞细胞迁移迁移和和形态变化形态变化、细胞识别细胞识别和和黏着黏着，细胞增殖，细胞增殖和凋亡而实现，整个过程都是受基因控制，也和凋亡而实现，整个过程都是受基因控制，也受环境因素影响。受环境因素影响。生命的个体发育各生物体的发育环境相对固定。而这一固各生物体的发育环境相对

37、固定。而这一固定环境是生物长期进化形成的，生物的发生要定环境是生物长期进化形成的，生物的发生要重演祖先进化过程。重演祖先进化过程。生命的个体发育细胞增殖和程序性细胞死亡细胞增殖和程序性细胞死亡胚胎的生长是有丝分裂的结果，大型动物和胚胎的生长是有丝分裂的结果，大型动物和小型动物的区别，不在于细胞大小的不同，而是小型动物的区别，不在于细胞大小的不同，而是由细胞数量多少决定的。由细胞数量多少决定的。在形态发生过程中细胞按一定时期、一定部在形态发生过程中细胞按一定时期、一定部位有序地进行增殖和死亡，它既受基因控制，也位有序地进行增殖和死亡，它既受基因控制，也受环境因素的影响。受环境因素的影响。生命的个

38、体发育差异生长差异生长差异生长差异生长指细胞增长的数量和增长率，在身指细胞增长的数量和增长率，在身体的不同部位是不同的。体的不同部位是不同的。由于细胞差异生长，形成各组织、器官的特由于细胞差异生长，形成各组织、器官的特有形态。有形态。生命的个体发育形态调节运动形态调节运动形态调节运动形态调节运动(form regulating movement)使使生长着的有关部位之间产生细胞的变形和迁移。生长着的有关部位之间产生细胞的变形和迁移。胚胎形态发生胚胎形态发生是受多个基因群形成的多层次是受多个基因群形成的多层次控制，这些基因通过对细胞运动、细胞间识别和控制，这些基因通过对细胞运动、细胞间识别和黏着

39、、细胞增殖和凋亡的控制，使一系列发育事黏着、细胞增殖和凋亡的控制，使一系列发育事件按基因组既定的遗传程序进行。件按基因组既定的遗传程序进行。生命的个体发育生命的个体发育从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为死亡的过程，称为胚后发育胚后发育。在胚后发育过程中，仍有一些细胞继在胚后发育过程中，仍有一些细胞继续分化，如牙的发生、神经系统的继续发续分化，如牙的发生、神经系统的继续发育、生殖细胞的分化成熟。育、生殖细胞的分化成熟。生命的个体发育从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继从卵膜孵出或从母

40、体娩出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为死亡的过程，称为胚后发育胚后发育。有些动物从幼体发育为成体的过程中，在有些动物从幼体发育为成体的过程中，在形态结构、生理机能及生活习性等方面发生显形态结构、生理机能及生活习性等方面发生显著的改变，称为著的改变，称为变态变态(metamorphosis)。生命的个体发育生长生长是由幼体生长到成体，体积增大的阶是由幼体生长到成体，体积增大的阶段。机体生长通过段。机体生长通过细胞数量增加细胞数量增加，这是生长的，这是生长的主要原因；主要原因；细胞体积增大细胞体积增大，是个体发育中某些，是个体发育中

41、某些细胞的生长方式；此外，大量细胞的生长方式；此外，大量细胞外基质细胞细胞外基质细胞分泌分泌完成的细胞外空间容量的增加。完成的细胞外空间容量的增加。生命的个体发育O生长停滞期生长停滞期(lag growth period)：无实质性生：无实质性生长，但为其以后的生长做准备长，但为其以后的生长做准备O指数生长期指数生长期(exponential growth period)：此：此期先慢后快，体积成倍增加期先慢后快，体积成倍增加O生长减速期生长减速期(decelerate growth period)：个体：个体生长开始减慢生长开始减慢O负生长负生长：到晚年甚至出现负生长：到晚年甚至出现负生长生

42、命的个体发育再生再生(regeneration)是指生物体在其身体是指生物体在其身体某部分受到损伤或丧失后的修复过程。某部分受到损伤或丧失后的修复过程。再生的本质再生的本质是成体动物为修复缺失组织器是成体动物为修复缺失组织器官的发育再活化，是多潜能未分化细胞的再发官的发育再活化，是多潜能未分化细胞的再发育。育。生命的个体发育生命的个体发育O生理性再生生理性再生：即细胞更新，如人体内每秒：即细胞更新，如人体内每秒中约有中约有600万个新生的红细胞替代相同数量万个新生的红细胞替代相同数量死亡的红细胞。死亡的红细胞。O修复性再生：修复性再生：许多无脊椎动物用这种方式许多无脊椎动物用这种方式来形成失去

43、的器官，如上述提到的壁虎的来形成失去的器官，如上述提到的壁虎的尾和螃蟹的足。尾和螃蟹的足。生命的个体发育O重建：重建：是人工实验条件下的特殊现象。如是人工实验条件下的特殊现象。如人为将水螅的一片组织分散成单个细胞。人为将水螅的一片组织分散成单个细胞。在悬液中，这些细胞重新聚集，在几天至在悬液中，这些细胞重新聚集，在几天至几周以后，形成一条新的水螅。几周以后，形成一条新的水螅。涉及成体组织通过去分化过程形成未分化涉及成体组织通过去分化过程形成未分化的细胞团，以便之后可以重新分化，如两栖类的细胞团，以便之后可以重新分化，如两栖类动物再生肢体。动物再生肢体。O微变态再生微变态再生(epimorpho

44、sis regeneration)生命的个体发育是通过已存在组织的重组分化，基本没有是通过已存在组织的重组分化，基本没有新的生长新的生长, 如水螅的再生。如水螅的再生。O变形再生变形再生(morphallaxis regeneration)生命的个体发育表现为细胞分裂，产生与自己相似的细胞表现为细胞分裂，产生与自己相似的细胞，保持它们的分化功能，如哺乳动物肝脏再生，保持它们的分化功能，如哺乳动物肝脏再生。O补偿性再生补偿性再生(compensatory regeneration)生命的个体发育O完成再生过程需要的条件完成再生过程需要的条件v必须具有再生能力的细胞必须具有再生能力的细胞v局部环境

45、条件能引导这些细胞进入再生途径局部环境条件能引导这些细胞进入再生途径v去除阻碍再生进行的因素及因子去除阻碍再生进行的因素及因子生命的个体发育O参与再生过程的细胞参与再生过程的细胞v干细胞或祖细胞干细胞或祖细胞：最常见的再生机制是干细：最常见的再生机制是干细胞和祖细胞进行再生，干细胞一般通过中间胞和祖细胞进行再生，干细胞一般通过中间类型细胞及定向祖细胞分化为终末分化细胞类型细胞及定向祖细胞分化为终末分化细胞v已分化细胞已分化细胞：已分化细胞去分化或转分化，：已分化细胞去分化或转分化，然后再分化，形成失去的组织或器官然后再分化，形成失去的组织或器官生命的个体发育动物的再生是受多种因子的调节的。在不

46、动物的再生是受多种因子的调节的。在不同的阶段，参与的因子不同，如肝脏的再生，同的阶段，参与的因子不同，如肝脏的再生，分为分为启动阶段启动阶段、增殖阶段增殖阶段和和终止阶段终止阶段。生命的个体发育启动阶段启动阶段细胞因子细胞因子(TNF- 、IL-6)和转录因子和转录因子(NF- B、STAT-3)是肝再生启动阶段最为重要的信是肝再生启动阶段最为重要的信号调控分子号调控分子生命的个体发育增殖阶段增殖阶段肝细胞进入细胞周期增殖阶段肝细胞进入细胞周期增殖阶段(G1S期期)后，后，受到多个因素的调控。细胞周期素受到多个因素的调控。细胞周期素(cyclin D1)表表达、活化是此阶段一个重要调控点；多种

47、促肝达、活化是此阶段一个重要调控点；多种促肝细胞生长因子细胞生长因子(HGF、EGF、TGF- )在此阶段也在此阶段也有重要作用有重要作用生命的个体发育终止阶段终止阶段肝再生终止阶段信号调控机制，是研究最肝再生终止阶段信号调控机制，是研究最不清楚的环节。目前已知，肝再生终止阶段存不清楚的环节。目前已知，肝再生终止阶段存在着强力生长抑制因子的表达活化；主要包括在着强力生长抑制因子的表达活化；主要包括有转化生长因子有转化生长因子-(TGF-)、激活素蛋白、激活素蛋白-A (activin A)生命的个体发育衰老衰老(aging)是绝大多数生物性成熟以后，是绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理

48、功能逐渐退化或老化的过机体形态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程，是一个受发育程序、环境因子等多种因素程，是一个受发育程序、环境因子等多种因素控制的不可逆的生物学现象。控制的不可逆的生物学现象。生命的个体发育哺乳动物进入衰老期，机体结构和功能出哺乳动物进入衰老期，机体结构和功能出现衰老特征。现衰老特征。衰老可以表现在组织、器官、细胞及分子衰老可以表现在组织、器官、细胞及分子等不同层次上。等不同层次上。不同物种、同一物种不同个体及同一个体不同物种、同一物种不同个体及同一个体不同部位各层次上的衰老变化都不完全相同。不同部位各层次上的衰老变化都不完全相同。生命的个体发育衰老是时间依赖性的缓慢过程。衰

49、老的形衰老是时间依赖性的缓慢过程。衰老的形态和功能特征有显著的个体差异，很难找到适态和功能特征有显著的个体差异，很难找到适当的定量参数作为衰老的指标。当的定量参数作为衰老的指标。衰老过程主要是机体内部结构的衰变，是衰老过程主要是机体内部结构的衰变，是构成机体的所有细胞的功能不全，是随着生存构成机体的所有细胞的功能不全，是随着生存时间推移而发生的细胞改变的总和。时间推移而发生的细胞改变的总和。生命的个体发育基因调控学说基因调控学说子代的寿命与双亲的寿命有关，各种生物子代的寿命与双亲的寿命有关，各种生物的寿命相对恒定，主要受遗传物质的控制。的寿命相对恒定，主要受遗传物质的控制。个体发育本身就是一个

50、严格的遗传程序控个体发育本身就是一个严格的遗传程序控制的过程。机体细胞中存在着制的过程。机体细胞中存在着“长寿基因长寿基因”和和衰老基因。衰老基因。生命的个体发育在正常情况下，控制生长发育的基因在各在正常情况下，控制生长发育的基因在各个发育时期有序地开启和关闭。机体发育到生个发育时期有序地开启和关闭。机体发育到生命的后期阶段才开启的基因控制机体的衰老过命的后期阶段才开启的基因控制机体的衰老过程，正是由于这些基因的改变而引起机体一系程，正是由于这些基因的改变而引起机体一系列结构、功能的改变。列结构、功能的改变。生命的个体发育基因调控学说基因调控学说端粒、端粒酶与衰老端粒、端粒酶与衰老染色体末端普

51、遍存在端粒结构，端粒是决染色体末端普遍存在端粒结构，端粒是决定细胞增殖能力的计时器，端粒长，细胞的增定细胞增殖能力的计时器，端粒长，细胞的增殖能力强，反之则短。端粒由端粒酶合成，以殖能力强，反之则短。端粒由端粒酶合成，以保持染色体的稳定性，端粒酶仅在生殖细胞、保持染色体的稳定性，端粒酶仅在生殖细胞、一些干细胞及部分肿瘤细胞中才有活性。一些干细胞及部分肿瘤细胞中才有活性。生命的个体发育随着年龄的增长，细胞分裂次数增加，端随着年龄的增长，细胞分裂次数增加，端粒 长 度 随 之 缩 短 的 现 象 ， 称 为粒 长 度 随 之 缩 短 的 现 象 ， 称 为 端 粒 消 减端 粒 消 减(telom

52、ere attrition)，当端粒减至临界长度，细，当端粒减至临界长度，细胞出现传代极限胞出现传代极限(Hayflick限度限度)，不再分裂，不再分裂，细胞衰老。细胞衰老。生命的个体发育端粒、端粒酶与衰老端粒、端粒酶与衰老自由基与衰老自由基与衰老自由基自由基是指那些在外层轨道上具有不成对是指那些在外层轨道上具有不成对电子的分子或原子基团，它们都带有未配对的电子的分子或原子基团，它们都带有未配对的自由电子，这些自由电子使这些物质具有高反自由电子，这些自由电子使这些物质具有高反应活性。应活性。生命的个体发育随着年龄的增加，细胞内清除自由基的酶活随着年龄的增加，细胞内清除自由基的酶活性降低，清除力

53、下降，使自由基积聚，对细胞质性降低，清除力下降，使自由基积聚，对细胞质膜、内膜系统以及核膜的损害增强，生物膜脆性膜、内膜系统以及核膜的损害增强，生物膜脆性增加，对离子尤其是增加，对离子尤其是K+离子的通透性发生改变，离子的通透性发生改变，使细胞内依赖使细胞内依赖DNA的的RNA聚合酶活性受到抑制，聚合酶活性受到抑制，导致细胞衰老。导致细胞衰老。生命的个体发育自由基与衰老自由基与衰老线粒体与衰老线粒体与衰老mtDNA裸露于基质，缺乏结合蛋白的保裸露于基质，缺乏结合蛋白的保护，最易受自由基伤害，而催化护，最易受自由基伤害，而催化mtDNA复制复制的的DNA聚合酶聚合酶不具有校正功能，复制错误频不具

54、有校正功能，复制错误频率高，同时缺乏有效的修复酶，故率高，同时缺乏有效的修复酶，故mtDNA最最容易发生突变。容易发生突变。生命的个体发育mtDNA突变使呼吸链功能受损，进一步突变使呼吸链功能受损，进一步引起自由基堆积，恶性循环，导致衰老。引起自由基堆积，恶性循环，导致衰老。mtDNA缺失与衰老及伴随的老年衰退性缺失与衰老及伴随的老年衰退性疾病有密切关系。疾病有密切关系。生命的个体发育线粒体与衰老线粒体与衰老神经内分泌神经内分泌-免疫调节与衰老免疫调节与衰老下丘脑是人体的衰老生物钟，下丘脑的衰老下丘脑是人体的衰老生物钟，下丘脑的衰老是导致神经内分泌器官衰老的中心环节。由于下是导致神经内分泌器官衰老的中心环节。由于下丘脑丘脑-垂体内分泌腺轴系的机能衰退，使机体内分垂体内分泌腺轴系的机能衰退，使机体内分泌机能下降。随着下丘脑的泌机能下降。随着下丘脑的“衰老衰老”，免疫功能，免疫功能减退，尤其是胸腺随着年龄增长而体积缩小，重减退，尤其是胸腺随着年龄增长而体积缩小，重量减轻。量减轻。生命的个体发育其他学说其他学说O干细