胚胎细胞的相互作用诱导作用maide

1、第第十章十章 胚胎细胞的相互作用胚胎细胞的相互作用 诱导作用诱导作用胚胎诱导（胚胎诱导（embryonic induction)embryonic induction)；诱导者和反应者；诱导者和反应者；在动物胚胎发育过程中存在大量的和连续的诱导作用在动物胚胎发育过程中存在大量的和连续的诱导作用第一节第一节 初级胚胎诱导初级胚胎诱导一、组织者的发现（一、组织者的发现（1921-19241921-1924）二、二、初级胚胎诱导各阶段细胞间相互作用初级胚胎诱导各阶段细胞间相互作用初级诱导的三个阶段（初级诱导的三个阶段（爪蟾为例爪蟾为例）中胚层的形成和分区中胚层的形成和分区（卵裂期）（卵裂期） 脊索诱

2、导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化脊索诱导背部外胚层形成神经外胚层并进一步分化 中枢神经系统的区域化中枢神经系统的区域化 实验：单独培养；组合培养 组合培养结果： 预定外胚层细胞在植物极内胚层细胞释放因 子的诱导下分化为中胚层 中胚层诱导模式：- 最背部的植物极细胞（Nieuwkoop中心） 诱导背部的中胚层（体节、脊索和组织者）- 腹部和侧部的植物极细胞（靠近精子入卵 一侧）诱导腹部（间充质和血液）和中间 （肌肉和肾脏）的中胚层形成中胚层由其下方的植物极内胚层细胞诱导形成组织者组织者背部中胚层诱导信号背部中胚层诱导信号中胚层诱导信号中胚层诱导信号（一）、中胚层的形成和分区Nieuwkoo

3、p中心：囊胚最背部的植物囊胚最背部的植物极细胞，含有背部化决定子，可诱导组极细胞，含有背部化决定子，可诱导组织者产生。织者产生。 -CATENIN-CATENIN和和TGF-TGF-蛋白相互作用蛋白相互作用 形成组织者和诱导中胚层产生形成组织者和诱导中胚层产生Model of the mechanism by which the Disheveled protein stabilizes -catenin in the dorsal portion of the amphibian egg. (A) Disheveled (Dsh) associates with a particular s

4、et of proteins at the vegetal pole of the unfertilized egg. (B) Upon fertilization, these protein vesicles are translocated dorsally along subcortical microtubule tracks. (C) Disheveled is then released from its vesicles and is distributed in the future dorsal third of the 1-cell embryo. (D) Disheve

5、led binds to and blocks the action of GSK-3, thereby preventing the degradation of -catenin on the dorsal side of the embryo. (E) The nuclei of the blastomeres in the dorsal region of the embryo receive -catenin, while the nuclei of those in the ventral region do not.-catenin在胚胎背部的定位在胚胎背部的定位Cortical

6、 rotation causes the translocation of Disheveled protein to the dorsal side of the embryo. Dsh binds GSK-3, thereby allowing -catenin to accumulate in the future dorsal portion of the embryo. During cleavage, -catenin enters the nuclei and binds with Tcf3 to form a transcription factor that activate

7、s genes encoding proteins such as Siamois. Siamois and Lim-1, a transcription factor activated by the TGF- pathway, function together to activate the goosecoid gene in the organizer. Goosecoid is a transcription factor that can activate genes whose proteins are responsible for the organizers activit

8、ies. 组织者的形成Lim-1Dosal-related genesGoosecoid and other dorsal mesodermal genes中胚层产生中胚层产生和分区和分区Model for mesoderm induction and organizer formation by the interaction of -catenin and TGF- proteins. (A) At late blastula stages, Vg1 and VegT are found in the vegetal hemisphere, while -catenin is locate

9、d in the dorsal region. (B) -catenin acts synergistically with Veg1 and VegT to activate the Xenopus Nodal-related (Xnr) genes. This creates a gradient of Xnr proteins across the endoderm, highest in the dorsal region. (C) The mesoderm is specified by the gradient of Xnr proteins. Mesodermal regions

10、 with little or no Xnr proteins have high levels of BMP-4 and Xwnt-8; they become ventral mesoderm. Those having intermediate concentrations of Xnrs become lateral mesoderm. Where there is a high concentration of Xnrs, the goosecoid gene and other dorsal mesodermal genes are activated, and the mesod

11、ermal tissue becomes the organizer. 神经诱导作用的机制神经诱导作用的机制 组织中心产生的信号分子组织中心产生的信号分子(如如Chordin、Noggin、Follistatin-神经诱导分子神经诱导分子)可拮抗腹部化信号可拮抗腹部化信号(如如BMP4)，从而使其附近的外胚层从而使其附近的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。细胞朝预置的神经命运发育。（二）、神 经 诱 导神经形成诱导能力的获得：神经形成诱导能力的获得：一旦边缘带被指一旦边缘带被指定成为中胚层，此处便释放信号进入动物半定成为中胚层，此处便释放信号进入动物半球，使动物帽获得形成神经组织的能力。球，使动

12、物帽获得形成神经组织的能力。（三）、区域性差异的决定（三）、区域性差异的决定（不同的发育时期和部位，产生的诱导不同）（不同的发育时期和部位，产生的诱导不同）实验实验1：早期原肠胚的背唇诱导脑和头的形成，晚期的背唇诱导其上面细胞成为脊髓和尾早期原肠胚的背唇诱导脑和头的形成，晚期的背唇诱导其上面细胞成为脊髓和尾实验实验2：Mangold, 原肠顶壁切成原肠顶壁切成 四段，分别移植到早期原肠胚的囊胚腔内四段，分别移植到早期原肠胚的囊胚腔内具有平衡器的头具有平衡器的头具有平衡器、眼具有平衡器、眼和前脑的头和前脑的头具有后脑和听囊具有后脑和听囊的头后端部分的头后端部分具有躯干具有躯干-尾部分节尾部分节区

13、域特异差异产生的原因区域特异差异产生的原因 与局部起作用的物质性质有关与局部起作用的物质性质有关 与作用因子的浓度有关与作用因子的浓度有关 与局部地区诱导因子混合物的成分比例发生与局部地区诱导因子混合物的成分比例发生变化有关变化有关 与局部地区组织反应力不同有关与局部地区组织反应力不同有关第二节 反应组织一、感受性一、感受性 competence（反应能力）（反应能力） 定义：定义：组织对一种特定刺激以一种特异方式产生反应的能力组织对一种特定刺激以一种特异方式产生反应的能力 反应组织的反应能力在不同发育时期是不同的反应组织的反应能力在不同发育时期是不同的现象：现象： 背唇移植入另一背唇移植入另

14、一原肠胚原肠胚的任何部位均可诱导外胚层形成神经板的任何部位均可诱导外胚层形成神经板和胚轴和胚轴 背唇移植入另一背唇移植入另一神经胚神经胚预定表皮下时，将不再有神经胚的形成预定表皮下时，将不再有神经胚的形成结论：感受性总是和特殊的刺激及相应的反应有关结论：感受性总是和特殊的刺激及相应的反应有关反应者必须具有感受性才能对诱导者或组织者的刺激产生反应反应者必须具有感受性才能对诱导者或组织者的刺激产生反应感受性的分级、分类感受性的分级、分类 初级感受性（初级感受性（primary competence）：指尚）：指尚 未决定的外胚层所具有的感受性未决定的外胚层所具有的感受性 次级感受性（次级感受性（s

15、econdary competence）：指）：指 已决定了的组织对刺激的感受性已决定了的组织对刺激的感受性 神经感受性（神经感受性（neural competence）：对神经）：对神经 化的反应能力化的反应能力 中胚层感受性（中胚层感受性（mesodermal competence）：对）：对 中胚层化的反应能力中胚层化的反应能力（一）、感受性的获得 合成诱导者分子受体 合成允许诱导者受体起作用的分子（信号通路上 的某个分子） 通过抑制某种抑制因子（二）、感受性的特性（二）、感受性的特性 感受性的时间模式感受性的时间模式 神经感受性的丧失都是在神经神经感受性的丧失都是在神经胚开始以前，即在

16、晚期原肠胚时胚开始以前，即在晚期原肠胚时期胚孔关闭时消失；因此认为随期胚孔关闭时消失；因此认为随着发育的进展，神经感受性逐渐着发育的进展，神经感受性逐渐减弱。减弱。 感受性的区域模式感受性的区域模式 早期原肠胚的预定外胚层在初级早期原肠胚的预定外胚层在初级感受性上不表现区域特异性，但感受性上不表现区域特异性，但随着发育，不同区域的表皮外胚随着发育，不同区域的表皮外胚层表现出不同感受性（晶状体、层表现出不同感受性（晶状体、平衡器和听囊等）平衡器和听囊等） 感受性的种间差异感受性的种间差异 不同种外胚层的感受性存在差异，不同种外胚层的感受性存在差异，无尾和有尾类对杀死的诱导者的无尾和有尾类对杀死的

17、诱导者的感受性不同，前者无感受性感受性不同，前者无感受性 遗传因子遗传因子Genetic specificity of induction 二、自动神经化和自动中胚层化二、自动神经化和自动中胚层化1 1、自动神经化、自动神经化定义：在没有诱导组织或不具诱导活性的化学物质存在的情况下，外胚定义：在没有诱导组织或不具诱导活性的化学物质存在的情况下，外胚 层外植块出现神经化的现象层外植块出现神经化的现象机制：可能是从受损伤细胞释放活性因子对存活细胞产生诱导作用的结果机制：可能是从受损伤细胞释放活性因子对存活细胞产生诱导作用的结果2 2、自动中胚层化、自动中胚层化实验：实验：LiLi处理外胚层处理外胚

18、层中胚层结构（肌肉、前肾、血细胞等）中胚层结构（肌肉、前肾、血细胞等）机制：可能外胚层中存在一种弱的中胚层化倾向，正常下神经化抑制了中机制：可能外胚层中存在一种弱的中胚层化倾向，正常下神经化抑制了中 胚层化，胚层化，LiLi抑制了神经化，中胚层化便表现出来抑制了神经化，中胚层化便表现出来第三节第三节 异源诱导者异源诱导者（heterogeneous inductor） 定义：能诱导原肠胚外胚层形成一定的结构，并具有区域性诱定义：能诱导原肠胚外胚层形成一定的结构，并具有区域性诱 导效应的组织导效应的组织 作用特点：具有与组织者相当的形态发生效应；无种的特异性作用特点：具有与组织者相当的形态发生效

19、应；无种的特异性1 1、异源诱导的类型、异源诱导的类型 植物极化因子（植物极化因子（vegetalizing factorvegetalizing factor）：中胚层诱导（形成）：中胚层诱导（形成 肌肉、脊索等中胚层的结构）肌肉、脊索等中胚层的结构） 神经化因子（神经化因子（neuralizing factorneuralizing factor）：）： 诱导前脑、中脑、后脑和脊髓诱导前脑、中脑、后脑和脊髓2、影响异源诱导者作用的因素、影响异源诱导者作用的因素 年龄：同一组织在不同发育时期的诱导能力不年龄：同一组织在不同发育时期的诱导能力不 同。鸡视网膜（胚胎期、刚孵化时期）同。鸡视网膜（

20、胚胎期、刚孵化时期） 饥饿：饥饿饥饿：饥饿3 3天的豚鼠肝组织，对前脑异源诱导者天的豚鼠肝组织，对前脑异源诱导者 的作用加强；对中、后脑和躯干部降低的作用加强；对中、后脑和躯干部降低 其他因子：组织恶化、射线等其他因子：组织恶化、射线等第四节第四节 次级诱导和三级诱导次级诱导和三级诱导次级诱导：通过一种组织与另一种组织的相互作用，特异地指定它的命运三级诱导：次级诱导的产物又可作为诱导着，通过与相邻组织的相互作用进行诱导第五节第五节 邻近组织的相互作用邻近组织的相互作用（proximate tissue interactionproximate tissue interaction）据性质划分据

21、性质划分 容许的相互作用（容许的相互作用（permissive interactionpermissive interaction）：）： 反应组织含有所有要表达的潜能，需要环境，但环境反应组织含有所有要表达的潜能，需要环境，但环境不能改变它的表达方向。纤连蛋白和层粘连蛋白基质不能改变它的表达方向。纤连蛋白和层粘连蛋白基质 指令的相互作用（指令的相互作用（instructive interactioninstructive interaction）：）：反应反应组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接组织的发育潜能不稳定，其发育方向和过程取决于接受的诱导刺激类型。脊索诱导神经管底板细胞的

22、形成受的诱导刺激类型。脊索诱导神经管底板细胞的形成上皮细胞上皮细胞(epithelial cells)：细胞与细胞间紧密连接成管状或片层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。状结构，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，每个细胞细胞与细胞间松散相连，每个细胞 为一个行动单元。为一个行动单元。一、上皮和间质的相互作用一、上皮和间质的相互作用-器官原基形成时的相互作用器官原基形成时的相互作用上皮可来源于任何一个胚层；间质通常来自中胚层或神经嵴组织上皮可来源于任何一个胚层；间质通常来自中胚层或神经嵴组织 器器

23、 官官 上皮成分上皮成分 间质成分间质成分皮肤的结构（毛发、羽、汗腺、乳腺）皮肤的结构（毛发、羽、汗腺、乳腺） 表皮（外胚层）表皮（外胚层） 真皮（中胚层）真皮（中胚层）附肢附肢 表皮（外胚层）表皮（外胚层） 间质（中胚层）间质（中胚层）消化管器官（肝、胰、唾液腺）消化管器官（肝、胰、唾液腺） 上皮（内胚层）上皮（内胚层） 间质（中胚层）间质（中胚层）咽部及呼吸相关的器官（肺、胸腺、甲状腺）咽部及呼吸相关的器官（肺、胸腺、甲状腺） 上皮（内胚层）上皮（内胚层） 间质（中胚层）间质（中胚层）肾肾 输尿管芽上皮（中胚层）输尿管芽上皮（中胚层） 间质（中胚层）间质（中胚层）牙齿牙齿 颌上皮（外胚层）

24、颌上皮（外胚层） 间质（神经嵴）间质（神经嵴）（一）、间质指令表皮的分化（皮肤形成的诱导作用）（一）、间质指令表皮的分化（皮肤形成的诱导作用） 皮肤的胚层组成及衍生物皮肤的胚层组成及衍生物 组成组成-外胚层的表皮和中胚层的真皮；外胚层的表皮和中胚层的真皮； 衍生物衍生物-毛发、指甲、羽毛、鳞片等。不同种类毛发、指甲、羽毛、鳞片等。不同种类 不同，同一动物不同部位也不同不同，同一动物不同部位也不同 鸡：鸡：实验实验1 1 将鸡将鸡胚不同部胚不同部位的表皮位的表皮和不同部和不同部位的间质位的间质分离后，分离后，再按不同再按不同方式组合方式组合结论：同一外胚层的发育分化根据中胚层所取的区域发育，结论

25、：同一外胚层的发育分化根据中胚层所取的区域发育， 即间质对表皮的分化具指令性作用；即间质对表皮的分化具指令性作用； 外胚层具有分化成羽毛、鳞片或其他皮肤衍生物的潜能外胚层具有分化成羽毛、鳞片或其他皮肤衍生物的潜能实验实验2 ： 现象现象1：将预定形成角膜的外胚层分离出来，与鸡胚皮肤的：将预定形成角膜的外胚层分离出来，与鸡胚皮肤的 中胚层结合，外胚层分化出典型的羽毛芽基中胚层结合，外胚层分化出典型的羽毛芽基 现象现象2：将上述角膜与小鼠的皮肤中胚层结合，也形成羽毛：将上述角膜与小鼠的皮肤中胚层结合，也形成羽毛 的芽基的芽基 结论：器官类型的特异性（羽毛和鳞片）通常是由该种的结论：器官类型的特异性

26、（羽毛和鳞片）通常是由该种的 间质控制的；种的特异性通常又是被反应的外胚层间质控制的；种的特异性通常又是被反应的外胚层 控制的（受遗传性制约）控制的（受遗传性制约）实验实验3： 现象：将现象：将5d5d鸡胚颌区的表皮与鸡胚颌区的表皮与16-18d16-18d的小鼠胚胎臼齿的间的小鼠胚胎臼齿的间 质组合，待两组织细胞粘连在一起后，将其放入小质组合，待两组织细胞粘连在一起后，将其放入小 鼠眼房中培养，结果产生了不同于哺乳类的牙齿鼠眼房中培养，结果产生了不同于哺乳类的牙齿 结论：鸡的颌区细胞保持了形成齿的遗传潜能（正常鸡无结论：鸡的颌区细胞保持了形成齿的遗传潜能（正常鸡无 牙齿），但在合适诱导者的作

27、用下仍可形成齿，说牙齿），但在合适诱导者的作用下仍可形成齿，说 明表皮的分化依赖于异源的间质明表皮的分化依赖于异源的间质（二）、间质指令上皮的分化（二）、间质指令上皮的分化 间质指令上皮的区域性分化间质指令上皮的区域性分化在消化道、呼吸系统发育期在消化道、呼吸系统发育期间是非常重要的。间是非常重要的。 内胚层卷折形成的消化管由内胚层卷折形成的消化管由于不同部位的间质细胞不同，于不同部位的间质细胞不同，导致其有了食道、胃、肠等导致其有了食道、胃、肠等不同区段分化上的不同不同区段分化上的不同 预定肺上皮由于遇到不同的预定肺上皮由于遇到不同的间质而至分化上的不同间质而至分化上的不同二、间质和腺上皮的

28、相互作用二、间质和腺上皮的相互作用（一）、唾液腺（一）、唾液腺（salivary glandsalivary gland）：）：腮腺、腮腺、下颌下腺下颌下腺、舌下腺、舌下腺 下颌下腺位置：舌两侧下颌下腺位置：舌两侧 原基：一对杯状上皮芽；原基：一对杯状上皮芽；形成过程：形成过程： 上皮芽沿舌两侧向下生长进入结缔组织层，芽体不久被聚集而来上皮芽沿舌两侧向下生长进入结缔组织层，芽体不久被聚集而来的间质细胞所包围，形成结缔组织鞘的间质细胞所包围，形成结缔组织鞘 腺原基的上皮部分开始分支，在每个分支的末端形成结节状增厚，腺原基的上皮部分开始分支，在每个分支的末端形成结节状增厚，生成叶生成叶 叶重复分支

29、叶重复分支分泌小球分泌小球管道系统管道系统体外实验体外实验 腺上皮与间质分别培养，均能分裂，但不进行正常的形态发生腺上皮与间质分别培养，均能分裂，但不进行正常的形态发生 两种组织靠近培养，可形成分泌腺泡。两种组织靠近培养，可形成分泌腺泡。 腺间质腺间质 + + 腺上皮（小鼠）腺上皮（小鼠）+ + 肺间质肺间质 按唾液腺状的分支按唾液腺状的分支 不分支不分支 结论结论1 1：只有同源间质才能使唾液腺上皮芽只有同源间质才能使唾液腺上皮芽 按唾液腺特有的类型进行分支按唾液腺特有的类型进行分支 培养小鼠唾液腺间质培养小鼠唾液腺间质+ +乳腺上皮乳腺上皮 乳腺按唾液腺上皮特点分支，乳腺按唾液腺上皮特点分

30、支， 但形态上与唾液腺上皮有区别但形态上与唾液腺上皮有区别 结论结论2 2：唾液腺间质唾液腺间质对于唾液腺的对于唾液腺的 形态发生具关键和独特的形态发生具关键和独特的 促进作用。促进作用。属指令性相互作用属指令性相互作用实验：实验： 小鼠下颌下腺上皮小鼠下颌下腺上皮+ +肺间质肺间质（大量）（大量） 上皮分支上皮分支腺泡腺泡结论：结论：1 1）、唾液腺间质能特异地引起上皮分支）、唾液腺间质能特异地引起上皮分支2 2）、唾液腺上皮必须接受足够的间质刺激才能表达其分支的能力）、唾液腺上皮必须接受足够的间质刺激才能表达其分支的能力 （二）、肾（二）、肾 羊膜动物：输尿管芽和后肾间质相互作用形成后肾羊

31、膜动物：输尿管芽和后肾间质相互作用形成后肾 实验：实验： 单独培养，输尿管芽在缺少间质时不分支；生后肾间质在缺少输单独培养，输尿管芽在缺少间质时不分支；生后肾间质在缺少输尿管芽时不浓缩形成肾管尿管芽时不浓缩形成肾管 一起培养，正常分化一起培养，正常分化 结论：输尿管芽的分支只有在生后肾间质的指令性相互作用下才结论：输尿管芽的分支只有在生后肾间质的指令性相互作用下才能进行。说明其早已决定，但要表现其决定，必须有其他组织的能进行。说明其早已决定，但要表现其决定，必须有其他组织的相互作用相互作用中肾小管输尿管芽生后肾组织肾盂肾大盏肾小盏集合管三、间质和上皮相互作用的机制三、间质和上皮相互作用的机制（

32、一）、贴近诱导作用（一）、贴近诱导作用1 1、细胞与细胞的接触、细胞与细胞的接触 输尿管诱导肾小管依赖于它们输尿管诱导肾小管依赖于它们细胞的紧密接触细胞的紧密接触 微孔滤膜实验微孔滤膜实验输尿管输尿管 间质间质肾小管肾小管微孔滤膜微孔滤膜诱导者的小突起穿过滤膜诱导者的小突起穿过滤膜与间质接触与间质接触2 2、细胞与基质的接触、细胞与基质的接触 角膜上皮细胞的分化（受晶角膜上皮细胞的分化（受晶状体囊的细胞外基质诱导）状体囊的细胞外基质诱导） 实验：即使晶状体囊细胞死实验：即使晶状体囊细胞死亡，只要胶原存在，胶原仍亡，只要胶原存在，胶原仍可诱导角膜合成基质；可诱导角膜合成基质； 表明：角膜上皮细胞的表面表明：角膜上皮细胞的表面从富含胶原的晶状体囊接受从富含胶原的晶状体囊接受了一些指令了一些指令3 3、可溶性信号的扩散、可溶性信号的扩散 脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经管（加入滤膜未见脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成神经管（加入滤膜