A-第5章神经胚形成和神经系统的发育

1、第五章第五章 神经胚形成和神经系统的神经胚形成和神经系统的发发育育一一. 神经胚形成神经胚形成(neurulation)原肠胚背部中胚层和其上的外胚层间的相互作用是所有发育中最原肠胚背部中胚层和其上的外胚层间的相互作用是所有发育中最重要的相互作用之一，因为它起始了重要的相互作用之一，因为它起始了器官发生器官发生(organgenesis)，产产生一些特殊的组织和器官。生一些特殊的组织和器官。脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成中空的脊索中胚层诱导其上方的外胚层形成中空的神经管神经管(neural tube)的过的过程称为程称为神经胚形成神经胚形成(neurulation), 神经管将分化为脑和脊髓

2、。此神经管将分化为脑和脊髓。此时的胚胎称为时的胚胎称为神经胚神经胚(neurula)。 外胚层分三部外胚层分三部:中部中部神经外胚层、表皮外胚层和神经神经外胚层、表皮外胚层和神经-体节连接区体节连接区受脊索中胚层的诱导，中部外胚层细胞变形伸长，增厚成受脊索中胚层的诱导，中部外胚层细胞变形伸长，增厚成神经板神经板(neural plate)。此后神经板边缘增厚向上隆起成。此后神经板边缘增厚向上隆起成神经褶神经褶(neural folds), 中央凹陷为中央凹陷为神经沟神经沟(neural groove)。神经褶继续向上隆起在神经褶继续向上隆起在背中线愈合成背中线愈合成神经管神经管，神经，神经-体

3、节连接区与神经管及表皮脱离，体节连接区与神经管及表皮脱离，成成神经嵴神经嵴(neural crest)，位神经管背侧。两侧表皮也在背中线愈位神经管背侧。两侧表皮也在背中线愈合，覆盖在神经嵴和神经管表面。合，覆盖在神经嵴和神经管表面。神经嵴形成不久开始迁移到整个胚胎，产生几个细胞群体，包括神经嵴形成不久开始迁移到整个胚胎，产生几个细胞群体，包括色素细胞和周围神经系统的细胞。色素细胞和周围神经系统的细胞。神经系统主要由神经管、神经嵴和外胚层板神经系统主要由神经管、神经嵴和外胚层板(ectodermal placodes)三三部分形成部分形成. 神经管并非在外胚层中同时发生神经管并非在外胚层中同时发

4、生, , 在鸟类和哺乳类更明显。它在鸟类和哺乳类更明显。它们的体轴在神经胚形成之前已伸长，们的体轴在神经胚形成之前已伸长，右下图示右下图示24小时鸡胚的神经胚小时鸡胚的神经胚形成形成，当当前部的神经管已几乎愈合的时候，后部区域才刚刚前部的神经管已几乎愈合的时候，后部区域才刚刚开始神经胚形成。通常神经管首先在第一体节处发生愈合开始神经胚形成。通常神经管首先在第一体节处发生愈合，然后继续向前后两端逐渐愈合然后继续向前后两端逐渐愈合. 当神经管向前后愈合后，在前后两端保留开口，分别称当神经管向前后愈合后，在前后两端保留开口，分别称前神经前神经孔孔(anterior neuropore)和后神经孔和后

5、神经孔(posterior neuropore), 羊水可流过羊水可流过其中。其中。通常在妊娠第通常在妊娠第4周末周末分别关闭前后神经孔。分别关闭前后神经孔。在第在第27天天不能关闭后神经孔，导致不能关闭后神经孔，导致髓裂胚髓裂胚(脊髓裂；脊髓裂；spina bifida), 此此病的严重性取决于多少脊髓保留开口病的严重性取决于多少脊髓保留开口; 不能关闭前神经孔导不能关闭前神经孔导致致命的致致命的无脑畸形无脑畸形(anencephaly), 此时前脑保持与羊水接触此时前脑保持与羊水接触, 随后退化随后退化, 胎儿前脑停止发育胎儿前脑停止发育, 而且不能形成颅骨和穹隆。而且不能形成颅骨和穹隆。

6、这种畸形在人类所有怀孕中占大约这种畸形在人类所有怀孕中占大约0.1%，神经管关闭的缺陷现，神经管关闭的缺陷现在能通过物理的和化学的方法在怀孕期间检出。在能通过物理的和化学的方法在怀孕期间检出。二二. 神经管的分化神经管的分化(differentiation of the neural tube)神经管以三种不同方式同时分化为中枢神经系统的各种不同区域神经管以三种不同方式同时分化为中枢神经系统的各种不同区域: 在在大体解剖水平大体解剖水平神经管和其管壁膨大和收缩形成脑和脊髓的神经管和其管壁膨大和收缩形成脑和脊髓的室室; 在在组织水平组织水平神经管壁中的细胞群以不同方式重排形成脑和神经管壁中的细胞

7、群以不同方式重排形成脑和脊髓不同的功能区脊髓不同的功能区; 在在细胞水平细胞水平神经上皮细胞分化为多种类型神经上皮细胞分化为多种类型的神经元和支持的胶质细胞。的神经元和支持的胶质细胞。1. 脑区的形成脑区的形成: 神经管前部膨大形成神经管前部膨大形成三个初级泡三个初级泡, 分别是分别是前脑、前脑、中脑和后脑中脑和后脑。到后神经孔关闭时，次级膨大。到后神经孔关闭时，次级膨大(视泡视泡，optic vesicle)从前脑两侧伸出。同时出现头曲和颈曲。从前脑两侧伸出。同时出现头曲和颈曲。n前脑再分化为前部的端脑和较后的间脑前脑再分化为前部的端脑和较后的间脑.端脑最后形成大脑半端脑最后形成大脑半球，球

8、，间脑将形成丘脑和下丘脑，间脑将形成丘脑和下丘脑，主要接受眼视神经的传入。主要接受眼视神经的传入。n中脑并不进一步分化，中脑并不进一步分化，其腔形成大脑导水管其腔形成大脑导水管.后脑分化为前部的后脑和末脑后脑分化为前部的后脑和末脑，后脑将来形成小脑后脑将来形成小脑，负责运动、，负责运动、姿势和平衡；姿势和平衡；末脑形成延髓末脑形成延髓，它的神经元负责调节呼吸、胃肠和，它的神经元负责调节呼吸、胃肠和心血管的活动。在其间形成桥曲。心血管的活动。在其间形成桥曲。2. 神经细胞的增殖神经细胞的增殖最初神经管是单层细胞，最初神经管是单层细胞，增殖神经上皮组成的假复层上皮增殖神经上皮组成的假复层上皮, 这

9、这是一个迅速分裂的细胞群是一个迅速分裂的细胞群。放射自显影的研究证明，在发育早期，放射自显影的研究证明，在发育早期，100%的神经管细胞结合的神经管细胞结合3H-胸腺嘧啶核苷胸腺嘧啶核苷到细胞核的到细胞核的DNA中，因此可根据放射活性中，因此可根据放射活性追踪细胞的行为。追踪细胞的行为。在细胞靠近神经管外壁时为在细胞靠近神经管外壁时为S期，期，3H-胸腺嘧啶核苷掺入细胞核胸腺嘧啶核苷掺入细胞核DNA中，当细胞移动到内壁时开始有丝分裂。中，当细胞移动到内壁时开始有丝分裂。然后进入下一然后进入下一个细胞周期。每次分裂放射活性减少一半。随发育分裂速度个细胞周期。每次分裂放射活性减少一半。随发育分裂速

10、度减慢，细胞周期变长。减慢，细胞周期变长。随神经细胞继续分裂，移动的细胞围随神经细胞继续分裂，移动的细胞围绕神经管形成第二层绕神经管形成第二层，随后增殖，随后增殖神经细胞不断加入而增厚，称神经细胞不断加入而增厚，称外外套层套层(mantle zone)。而增殖上皮现在而增殖上皮现在被称为被称为室管膜室管膜(ependyma)。外套层细胞分化为神经元和神经胶质外套层细胞分化为神经元和神经胶质细胞两种。细胞两种。神经元向外伸出轴突，神经元向外伸出轴突，产生产生边缘带边缘带(marginal zone)。此后胶此后胶质细胞以髓鞘包围边缘带的轴突，质细胞以髓鞘包围边缘带的轴突，因而给以白色外表和不易着

11、色，因而给以白色外表和不易着色，此处称为此处称为白质白质(white matter)，外套层外套层细胞体所在处称为细胞体所在处称为灰质灰质(gray matter).中枢神经节系统发中枢神经节系统发育的两个时期育的两个时期脊髓、小脑和大脑皮层脊髓、小脑和大脑皮层中室层、中间层和中室层、中间层和边缘层边缘层的分化的分化3.中枢神经系统中枢神经系统(central nerve system, CNS)组织结构组织结构在脊髓和延髓中，上述在脊髓和延髓中，上述室室管层、外套层和边缘带的管层、外套层和边缘带的三层三层基本模式在整个发育基本模式在整个发育过程中被保留过程中被保留.在脑中在脑中细胞的迁移、不

12、同细胞的迁移、不同的生长和选择的细胞死亡的生长和选择的细胞死亡导致导致三层基本模式修改，三层基本模式修改，特别是在小脑和大脑中特别是在小脑和大脑中.大脑大脑(cerebrium)的发育和组织生成的发育和组织生成在三层模式基础上在三层模式基础上, 外套层外套层成神经细胞成神经细胞(neuroblast)沿胶质细胞突起沿胶质细胞突起向外迁移到边缘带下面形成向外迁移到边缘带下面形成皮层板皮层板, 将发育为将发育为新皮层新皮层(neopallial cortex)。最后分化为六层最后分化为六层：分子层；分子层；外颗粒层；外颗粒层；锥体细锥体细胞层；胞层；内颗粒层；内颗粒层；神经节细胞层和神经节细胞层和

13、多形细胞层多形细胞层。用放射自显影技术证明，除分子层是由最早到达皮层板的用放射自显影技术证明，除分子层是由最早到达皮层板的Cajal-Retzius细胞在软脑膜下形成外，其余细胞在软脑膜下形成外，其余五层组织发生的特点是五层组织发生的特点是神经元迁移由内至外的装配过程神经元迁移由内至外的装配过程(E16-，E17-，E18-， E19-，E21-)，呈现，呈现“堆积堆积”的模式的模式，即较晚期形成的细即较晚期形成的细胞通过已定位的神经元迁移。胞通过已定位的神经元迁移。水平方向上，大脑皮层根据细胞的组织形态和功能水平方向上，大脑皮层根据细胞的组织形态和功能又分成不同的又分成不同的40个区个区。它

14、们的输出、输入有着各自的特点，如视皮层的第。它们的输出、输入有着各自的特点，如视皮层的第亚层输出到丘脑的亚层输出到丘脑的外膝体核，听皮层外膝体核，听皮层的第的第亚层则输出到亚层则输出到丘脑的丘脑的内膝体核内膝体核 .小鼠大脑皮层中神经元小鼠大脑皮层中神经元起源时间的内外顺序起源时间的内外顺序示大脑皮层中神经元示大脑皮层中神经元迁移模式和起源时间迁移模式和起源时间小脑小脑(cerebellium) 的发育和组织生成的发育和组织生成小脑皮层的发育类似大脑，但又不同。小脑皮层的发育类似大脑，但又不同。首先产生神经元首先产生神经元蒲顷野蒲顷野细胞细胞(Purkinje cells), 此后具分裂能力的

15、细胞迁移到软脑膜下成此后具分裂能力的细胞迁移到软脑膜下成次次级增生层级增生层外颗粒层外颗粒层, 它继续分裂一段时间后它继续分裂一段时间后向内迁移向内迁移, 经经过蒲顷野细胞到达它们的最终位置过蒲顷野细胞到达它们的最终位置内颗粒层内颗粒层.人类在出生人类在出生600天后外颗粒层才消失。最后小脑分化为三层：天后外颗粒层才消失。最后小脑分化为三层：分子分子层、蒲顷野细胞层和颗粒层层、蒲顷野细胞层和颗粒层。海马海马 (hippocampus)海马由大脑泡中央脑壁的一部分神经上皮发育而来，海马由大脑泡中央脑壁的一部分神经上皮发育而来，其主要发其主要发生模式类似大脑，但由于脑壁向内折入脑室，生模式类似大脑

16、，但由于脑壁向内折入脑室，外层呈外层呈 “内内-外外” 形成模式，而内层呈形成模式，而内层呈“ 外外-内内”的模式的模式.整个发育过程在小鼠整个发育过程在小鼠从怀孕从怀孕10天到出生后天到出生后20天完成。天完成。核团核团(nuclei)脑内的非层状结构，在靠近脑室的较深的层中，每个核团作为脑内的非层状结构，在靠近脑室的较深的层中，每个核团作为一个功能单位。其发生呈现一种一个功能单位。其发生呈现一种“外外-内内”的的“包裹包裹”的模式的模式。4. 外周神经系统外周神经系统(peripheral nervous system,PNS)的发育的发育 PNS包括包括CNS(脑和脊髓脑和脊髓)之外的所

17、有神经组织。之外的所有神经组织。 CNS和和PNS可分为可分为:自主自主(内脏内脏)神经系统神经系统(autonomic nerve system)和躯和躯体神经系统体神经系统(somatic nerve system)。自主自主(内脏内脏)神经神经包括支配内脏器官，如心脏等和各种腺体平滑肌包括支配内脏器官，如心脏等和各种腺体平滑肌上的神经纤维，非随意控制。又分为上的神经纤维，非随意控制。又分为交感交感(sympathetic)和副交感和副交感(parasympathetic)神经系统神经系统，相互拮抗作用。，相互拮抗作用。躯体神经系统包括支配和控制骨骼肌的神经元，随意控制躯体神经系统包括支配

18、和控制骨骼肌的神经元，随意控制。自主和躯体神经系统又包含两类神经元：自主和躯体神经系统又包含两类神经元：感觉感觉(sensory)或传入或传入(afferent)神经元和神经元和运动运动(motor)或传出或传出(efferent)神经元。前者携神经元。前者携带从周围环境得到的感觉从背侧进入脊髓，其胞体在脊髓外带从周围环境得到的感觉从背侧进入脊髓，其胞体在脊髓外聚集成聚集成感觉神经节感觉神经节(sensory ganglion)。经加工后的信息由运动经加工后的信息由运动(传传出出)神经传递到肌肉或腺体。在躯体神经中运动神经的胞体在神经传递到肌肉或腺体。在躯体神经中运动神经的胞体在脊髓腹部的灰质

19、中脊髓腹部的灰质中, 伸出的纤维成伸出的纤维成脊神经脊神经(spinal nerves)腹根。腹根。自主神经系统的运动神经比较复杂自主神经系统的运动神经比较复杂, 有两种神经元的连接有两种神经元的连接第一种神经元细胞体在神经管腹部第一种神经元细胞体在神经管腹部，纤维从腹根传出并在第二，纤维从腹根传出并在第二种神经元胞体上形成种神经元胞体上形成突触突触(synapes)，后者在平滑肌或腺体上形后者在平滑肌或腺体上形成突触。成突触。第二种神经元细胞体也形成神经节，为交感神经节第二种神经元细胞体也形成神经节，为交感神经节(sympathetic ganglion)第一类神经纤维称第一类神经纤维称节前

20、纤维节前纤维(preganglionic fibers)，第二类称第二类称节后纤节后纤维维(postganglionic fibers)交感神经的节前纤维由脊髓产生，与体交感神经的节前纤维由脊髓产生，与体神经系统的感觉和运动纤维组成脊神经；副交感神的节前纤神经系统的感觉和运动纤维组成脊神经；副交感神的节前纤维起源于脑干和骶髓，加入脑神经维起源于脑干和骶髓，加入脑神经(cranial nerves)和骶神经和骶神经.三、成神经干细胞三、成神经干细胞神经系统一旦成熟，新神经元就不会产生。但最近研究显示神经系统一旦成熟，新神经元就不会产生。但最近研究显示环境环境刺激可增加大脑里新神经元的数目刺激可增

21、加大脑里新神经元的数目.将将溴脱氧尿苷溴脱氧尿苷(BrdU,bromodeoxyuridine)注入动物大脑中，这种核苷在注入动物大脑中，这种核苷在DNA复制过程中会合成复制过程中会合成胸苷胸苷(thymidine)并并进入进入DNA中。如果细胞中。如果细胞标记上标记上BrdU，就意味着该细胞刚完成有丝分裂是一个新生细，就意味着该细胞刚完成有丝分裂是一个新生细胞。通过这种技术发现成年动物每天都有成千的新神经元生成胞。通过这种技术发现成年动物每天都有成千的新神经元生成.从失去记忆的患者脑中发现，在注射从失去记忆的患者脑中发现，在注射BrdU的患者中，的患者中，16天到天到78天后海马齿状回的颗粒

22、细胞层出现新生的神经元天后海马齿状回的颗粒细胞层出现新生的神经元(Erikkson，1998)，并且产生这些神经元的并且产生这些神经元的干细胞干细胞(stem cell)是来自于是来自于室管膜室管膜(Doetsch等，等，1999；Johansson等，等，1999)。因为因为室管膜由已分化的胶质细胞组成室管膜由已分化的胶质细胞组成，功能上它们的纤毛维持着，功能上它们的纤毛维持着脑脊液的流动。现在看起来这些脑脊液的流动。现在看起来这些胶质细胞可以重新再分化形成胶质细胞可以重新再分化形成神经干细胞神经干细胞(neural stem cell).所以大脑即使在出生之后，也不是一成不所以大脑即使在出

23、生之后，也不是一成不变的组织结构变的组织结构n左图：成年人脑海马齿状回中的神经干细胞左图：成年人脑海马齿状回中的神经干细胞.n右图：胚胎干细胞培养基中加入碱性成纤维右图：胚胎干细胞培养基中加入碱性成纤维细胞生长因子和血小板来源的生长因子，分细胞生长因子和血小板来源的生长因子，分化为神经胶质细胞；加入视黄酸则分化为有化为神经胶质细胞；加入视黄酸则分化为有功能的神经细胞功能的神经细胞.神经嵴起源于外胚层神经嵴起源于外胚层, 但被称为第四胚层但被称为第四胚层, 因为神经嵴细胞广泛因为神经嵴细胞广泛地迁移和产生大量分化的细胞类型。地迁移和产生大量分化的细胞类型。包括：包括：感觉的、交感和副交感神经系统

24、的神经元和支持的胶质感觉的、交感和副交感神经系统的神经元和支持的胶质细胞；细胞；肾上腺中产生肾上腺素的髓质细胞；肾上腺中产生肾上腺素的髓质细胞；表皮中含黑色表皮中含黑色素的细胞；素的细胞；头部的骨骼和结缔组织成分头部的骨骼和结缔组织成分(下表下表)。神经嵴的一些衍生物神经嵴的一些衍生物 衍生物衍生物 细胞类型和衍生的结构细胞类型和衍生的结构外周神经系统外周神经系统（PNS）神经元神经元，包括感觉神经节、交感和副交感神经节及丛，包括感觉神经节、交感和副交感神经节及丛 神经胶质细胞，神经胶质细胞，Schwann细胞。细胞。内分泌内分泌 肾上腺髓质肾上腺髓质；分泌降钙素的细胞分泌降钙素的细胞；颈动脉

25、体；颈动脉体I 型细胞。型细胞。色素细胞色素细胞 表皮黑色素细胞表皮黑色素细胞。外胚层间质衍生物外胚层间质衍生物 面部和前腹部颅骨的软骨和骨骼。面部和前腹部颅骨的软骨和骨骼。结缔组织结缔组织（外胚层（外胚层 角膜的内皮和基质；齿乳突、真皮、平滑肌、头部和角膜的内皮和基质；齿乳突、真皮、平滑肌、头部和 间质衍生的）间质衍生的） 颈部皮肤的脂肪组织；唾液腺、泪腺、胸腺、甲状腺颈部皮肤的脂肪组织；唾液腺、泪腺、胸腺、甲状腺 和脑垂体的结缔组织；动脉弓起源的动脉的结缔组织和脑垂体的结缔组织；动脉弓起源的动脉的结缔组织 和平滑肌。和平滑肌。四四. 神经嵴及其衍生物神经嵴及其衍生物(The neural

26、crest and its derivatives)1神经嵴细胞的迁移路线神经嵴细胞的迁移路线(migration pathway of neural crest cell躯干部神经嵴细胞的迁移路线躯干部神经嵴细胞的迁移路线n躯干部神经嵴是躯干部神经嵴是临时性结构临时性结构，神经管愈合后不久它就分散迁移。，神经管愈合后不久它就分散迁移。主要主要采取两条路线采取两条路线腹侧路线腹侧路线：神经嵴细胞神经嵴细胞通过生骨节迁移，通过生骨节迁移，它们经过体节前部它们经过体节前部向腹侧迁移。将来变为向腹侧迁移。将来变为感觉的和交感神经元、肾上腺髓质细胞感觉的和交感神经元、肾上腺髓质细胞和施旺细胞和施旺细胞

27、.背侧路线背侧路线：神经嵴细胞神经嵴细胞通过表皮和生皮通过表皮和生皮-生肌节之间迁移，生肌节之间迁移，从从中央背区迁移到皮肤的最腹部中央背区迁移到皮肤的最腹部,它们产生皮肤的它们产生皮肤的黑色素细胞黑色素细胞.头部神经嵴细胞的迁移路线头部神经嵴细胞的迁移路线鸡胚头部的神经嵴细胞根据它们菱脑鸡胚头部的神经嵴细胞根据它们菱脑节起源分三条路线：节起源分三条路线：R2迁入第一咽囊迁入第一咽囊(下颌下颌)形成三叉神经节形成三叉神经节R4迁入第二咽囊迁入第二咽囊(颈部舌软骨颈部舌软骨)形成膝状形成膝状和听前庭神经节和听前庭神经节; R6迁入第三、第四咽囊，形成胸腺、迁入第三、第四咽囊，形成胸腺、甲状腺和甲

28、状旁腺，也形成迷走神甲状腺和甲状旁腺，也形成迷走神经和舌咽神经的神经节经和舌咽神经的神经节。在人类产。在人类产生颌骨、中耳的砧骨和锤骨，以及生颌骨、中耳的砧骨和锤骨，以及大部分面部的肌群。起源于后脑区大部分面部的肌群。起源于后脑区的神经嵴细胞产生人类的镫骨和许的神经嵴细胞产生人类的镫骨和许多面部的软骨多面部的软骨.颈部的神经嵴细胞产颈部的神经嵴细胞产生颈部的骨骼和肌肉生颈部的骨骼和肌肉.2. 神经嵴细胞的多能性神经嵴细胞的多能性（Pluripotentiality of neural crest cells）一个神经嵴细胞根据它在胚胎内的位置能分化为几种不同类型的一个神经嵴细胞根据它在胚胎内的

29、位置能分化为几种不同类型的细胞。细胞。实验证实实验证实局部组织环境对神经嵴细胞分化的决定作用局部组织环境对神经嵴细胞分化的决定作用.取自取自鹌鹑迷走区神经嵴移植到鸡胚的躯干区鹌鹑迷走区神经嵴移植到鸡胚的躯干区，它们，它们按躯干区神经按躯干区神经嵴细胞的路线迁移嵴细胞的路线迁移，形成，形成肾上腺素能的神经节细胞肾上腺素能的神经节细胞.相反，将相反，将鸡胚的躯干区神经嵴移植到鹌鹑的迷走区，它们按迷走区神鸡胚的躯干区神经嵴移植到鹌鹑的迷走区，它们按迷走区神经嵴细胞的迁移路线到达目的地，产生乙酰胆碱能的神经节经嵴细胞的迁移路线到达目的地，产生乙酰胆碱能的神经节.中脑区的神经嵴细胞通常迁移到眼内变为巩膜

30、软骨。当被移植到中脑区的神经嵴细胞通常迁移到眼内变为巩膜软骨。当被移植到躯干部后它能形成感觉神经节的神经元、肾上腺髓质细胞、躯干部后它能形成感觉神经节的神经元、肾上腺髓质细胞、胶质细胞和施旺细胞。胶质细胞和施旺细胞。五、外胚层板五、外胚层板(Ectodermal placodes)外胚层板外胚层板只发现于头部和那些变为柱状上皮的外胚层区只发现于头部和那些变为柱状上皮的外胚层区.包括最包括最前端的嗅基板前端的嗅基板(nasal placode)，它产生嗅上皮它产生嗅上皮, 形成感受器的双极形成感受器的双极神经元。神经元。后部是听基板后部是听基板(otic placode)，它产生内耳的感觉上皮它

31、产生内耳的感觉上皮和听神经节或螺旋神经节及前庭神经节的神经节细胞。和听神经节或螺旋神经节及前庭神经节的神经节细胞。另外，一系列小的基板，如鳃上基板、中间基板和背外侧基板等，另外，一系列小的基板，如鳃上基板、中间基板和背外侧基板等，象听基板一样产生脑感觉神经节中的一些神经元。如三叉神经象听基板一样产生脑感觉神经节中的一些神经元。如三叉神经节、舌咽神经节和迷走神经节中的一些神经节细胞。节、舌咽神经节和迷走神经节中的一些神经节细胞。鸡胚头部外胚层板的位置鸡胚头部外胚层板的位置及其在成体中的衍生物及其在成体中的衍生物六、神经细胞的迁移六、神经细胞的迁移(Migration of the neuron)

32、在神经管细胞经历最后一次有丝分裂后，停止在神经管细胞经历最后一次有丝分裂后，停止DNA合成，滞留在合成，滞留在G1期，并开始向神经管外壁迁移。在神经系统层状结构的发育期，并开始向神经管外壁迁移。在神经系统层状结构的发育中，中，神经细胞好象是沿着神经胶质细胞伸出的辐射状排列的突神经细胞好象是沿着神经胶质细胞伸出的辐射状排列的突起迁移的。起迁移的。这些突起被称为这些突起被称为辐射纤维辐射纤维(radial fibers)，它们从室管它们从室管层伸向软脑膜表面层伸向软脑膜表面.电镜研究发现，在电镜研究发现，在大脑皮层中，神经细胞在迁移期间一直紧紧地贴大脑皮层中，神经细胞在迁移期间一直紧紧地贴附于附于

33、辐射状排列的神经胶质细胞的突起辐射状排列的神经胶质细胞的突起上上.在在小脑皮层中小脑皮层中,神经神经细胞沿着细胞沿着伯格曼神经胶质细胞的突起伯格曼神经胶质细胞的突起迁移迁移.在小鼠突变体中，在小鼠突变体中，颗粒细胞和伯格曼神经胶质细胞间的联系异常，颗粒细胞和伯格曼神经胶质细胞间的联系异常，因而颗粒细胞的迁移被严重干扰。因而颗粒细胞的迁移被严重干扰。表明，表明，迁移的神经细胞和神迁移的神经细胞和神经胶质细胞的辐射状突起之间并不是简单的靠近关系经胶质细胞的辐射状突起之间并不是简单的靠近关系。1. 神经细胞的分化神经细胞的分化神经管衬里的神经管衬里的室管膜细胞室管膜细胞(ependymal cell

34、s)能产生神经元和神经胶能产生神经元和神经胶质细胞的前体质细胞的前体。这些前体细胞的分化由它们进入的环境决定这些前体细胞的分化由它们进入的环境决定一个已知的前体细胞能形成神经元和神经胶质细胞两种可能一个已知的前体细胞能形成神经元和神经胶质细胞两种可能。但。但不知道这两种细胞是何时决定不知道这两种细胞是何时决定，它们在外套层中时成神经胶，它们在外套层中时成神经胶质细胞和幼稚的神经元间形态上无明显差别。当细胞开始迁质细胞和幼稚的神经元间形态上无明显差别。当细胞开始迁移时，移时，将来的神经元不再具有细胞分裂的能力，而胶质细胞将来的神经元不再具有细胞分裂的能力，而胶质细胞有此能力，有此能力，并在有机体

35、终生保持了进一步分裂的能力。并在有机体终生保持了进一步分裂的能力。最近用最近用神经胶质原纤维酸性蛋白神经胶质原纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)进行免疫细胞化学发现，在室管膜中的某些细胞表达进行免疫细胞化学发现，在室管膜中的某些细胞表达GFAP，而另一些不表达，推测前者为神经胶质细胞，后者为成神经而另一些不表达，推测前者为神经胶质细胞，后者为成神经细胞。提示，细胞。提示，在室管膜中神经胶质细胞在迁移前就已决定在室管膜中神经胶质细胞在迁移前就已决定。七、神经细胞的分化、结构和分类七、神经细胞的分化、结构和分类2.2.神经元的形态结构神经元的形

36、态结构神经系统由神经元和神经胶质细胞组成神经系统由神经元和神经胶质细胞组成。人脑由超过。人脑由超过1011个神经个神经元和超过元和超过1012个神经胶质细胞组成。个神经胶质细胞组成。神经细胞是人体中功能最神经细胞是人体中功能最特异和形态结构最复杂的细胞特异和形态结构最复杂的细胞。神经细胞具有真核细胞结构。神经细胞具有真核细胞结构的一般特点，还有其独特的特点。的一般特点，还有其独特的特点。1)形态方面：形态方面：胞体、胞体、树突树突(dentrites)，轴突轴突(axon)神经细胞发育出一些特化区域以用于细胞间的通讯。用于接受信神经细胞发育出一些特化区域以用于细胞间的通讯。用于接受信息的延长部

37、分称为息的延长部分称为树突树突(dentrites)，其数目较多，长度短且具分其数目较多，长度短且具分支；另有一个较长的支；另有一个较长的轴突轴突(axon)仅在末端具终末分支仅在末端具终末分支(terminals).2)结构方面：结构方面：神经原纤维，尼氏体神经原纤维，尼氏体;3)功能方面：功能方面：兴奋，传导兴奋，传导;树突和轴突树突和轴突以突触以突触(synapses)方式与其它细胞相连方式与其它细胞相连。神经元的轴突外通常包有髓鞘神经元的轴突外通常包有髓鞘(meylin sheath)。在中枢神经系统是由在中枢神经系统是由少突胶少突胶质细胞质细胞形成，每个包绕几条轴突；形成，每个包绕几

38、条轴突；在外周神经系统是由在外周神经系统是由施旺细胞施旺细胞形成形成,每个包绕一条轴突。每个包绕一条轴突。3神经细胞的分类神经细胞的分类神经元的分类神经元的分类根据轴突和树突的数目根据轴突和树突的数目分为分为(下图下图)：双极神经元双极神经元(bipolar neuron)，多极神经元多极神经元(multipolar neuron)，假单极神经元假单极神经元(pseudounipolar neuron)。轴突合成和分泌神经递质轴突合成和分泌神经递质(neurotransmitters), 把特定信号传递把特定信号传递到靶细胞。神经递质包括乙酰胆碱、肾上腺素、多巴胺、到靶细胞。神经递质包括乙酰胆

39、碱、肾上腺素、多巴胺、5-羟色胺、羟色胺、-氨基丁酸等，根据合成神经递质将神经元分为氨基丁酸等，根据合成神经递质将神经元分为胆胆碱能的碱能的(cholinergic)、肾上腺素能的肾上腺素能的(adrenergic)等等.根据功能分为根据功能分为：感觉感觉(sensory)或传入或传入(afferent)神经元神经元，运动运动(motor)或传出或传出(efferent)神经元神经元， 联合联合(association)或中间或中间(interneurons)神经元神经元.中枢神经系统的神经胶质细胞中枢神经系统的神经胶质细胞大神经胶质细胞大神经胶质细胞(macroglia) n星形神经胶质细胞

40、星形神经胶质细胞(astroglia)、少突神经胶质细胞少突神经胶质细胞(oligodendroglia)、室管膜细胞室管膜细胞(ependymal cells) 和特化类型的神经胶质细胞，如小和特化类型的神经胶质细胞，如小脑皮层的脑皮层的Bergmann glia、视网膜的、视网膜的Muller cells和垂体前叶细和垂体前叶细胞胞(pituicytes)等。等。小神经胶质细胞小神经胶质细胞(microglia): 神经胶质细胞的分类神经胶质细胞的分类外周神经系统的神经胶质细胞外周神经系统的神经胶质细胞n施旺细胞施旺细胞(Schwann cells)，在有髓神经纤维中，施旺细胞形成髓鞘。在

41、有髓神经纤维中，施旺细胞形成髓鞘。施旺细胞也包裹运动神经的终末树状分支，称为终末神经胶质施旺细胞也包裹运动神经的终末树状分支，称为终末神经胶质细胞细胞(teloglia)。神经胶质细胞的功能神经胶质细胞的功能n少突神经胶质细胞和施旺细胞形成髓鞘对包围的轴突起少突神经胶质细胞和施旺细胞形成髓鞘对包围的轴突起支持、支持、绝缘、保护和快速传导作用绝缘、保护和快速传导作用。n施旺细胞在神经再生和修复中起促进作用施旺细胞在神经再生和修复中起促进作用。星形细胞对神经元星形细胞对神经元提供营养支持，调节细胞外离子提供营养支持，调节细胞外离子，吸收释放的神经递质，除去，吸收释放的神经递质，除去损伤后变性的碎屑

42、，对包围的细胞起分隔作用。损伤后变性的碎屑，对包围的细胞起分隔作用。n神经胶质细胞对神经元的迁移起支持和引导作用神经胶质细胞对神经元的迁移起支持和引导作用。八、神经系统发育发生的细胞凋亡八、神经系统发育发生的细胞凋亡Hamburger在鸡胚的定量研究发现，在鸡胚的定量研究发现，许多神经组织发育存在起许多神经组织发育存在起初的过量增生和此后的细胞凋亡初的过量增生和此后的细胞凋亡(apoptosis).在侧运动柱中神经在侧运动柱中神经元数目在发育期间减少约元数目在发育期间减少约40%.1.自然发生的细胞死亡发生在一个精确的时间，即自然发生的细胞死亡发生在一个精确的时间，即轴突到达靶组轴突到达靶组织

43、的时间织的时间.2.神经系统细胞凋亡的发生与靶组织有关。神经系统细胞凋亡的发生与靶组织有关。另外与神经生长因子另外与神经生长因子和营养因子、传入神经纤维的支配及神经功能活动有关。和营养因子、传入神经纤维的支配及神经功能活动有关。鸡胚切除或增加靶组织对运动神经元存活的影响鸡胚切除或增加靶组织对运动神经元存活的影响在正常发育过程中，运动柱中神经元的数目随细胞的迁入而增加，在正常发育过程中，运动柱中神经元的数目随细胞的迁入而增加，此后在自然发生的细胞凋亡期间减少此后在自然发生的细胞凋亡期间减少。在脊髓无神经分布到。在脊髓无神经分布到附肢的区域细胞凋亡最广泛，而在提供翅和腿神经分布的脊附肢的区域细胞凋

44、亡最广泛，而在提供翅和腿神经分布的脊髓臂节和腰节较少。髓臂节和腰节较少。九、神经连接的形成九、神经连接的形成(一一) 神经突起的发育和伸长神经突起的发育和伸长:1.神经突起神经突起(neurites) 泛指轴突和树突泛指轴突和树突, 因发育早期二者在形态因发育早期二者在形态学上很难区别。但它们在神经突起出现的机制和生长过程中学上很难区别。但它们在神经突起出现的机制和生长过程中膜增加的机制上是一致的。膜增加的机制上是一致的。神经突起从细胞体的何处出现、形成树突的数目是该细胞本身固神经突起从细胞体的何处出现、形成树突的数目是该细胞本身固有的因素决定的有的因素决定的.如如大脑皮层中的锥形细胞大脑皮层

45、中的锥形细胞排成一行，其树突干起源于锥形细胞的排成一行，其树突干起源于锥形细胞的顶端，指向皮层表面；而轴突和基部树突起源于锥体基部，顶端，指向皮层表面；而轴突和基部树突起源于锥体基部，轴突朝向白质。当神经细胞完成迁移而不能进行轴突朝向白质。当神经细胞完成迁移而不能进行180的旋转，的旋转，处于完全颠倒的情况下处于完全颠倒的情况下, 轴突仍由基部伸出，起初朝向皮层表轴突仍由基部伸出，起初朝向皮层表面，而后转向白质；树突仍由顶端生出面，而后转向白质；树突仍由顶端生出, 朝向白质朝向白质.兔大脑皮层中颠倒的锥形细胞兔大脑皮层中颠倒的锥形细胞A.正常定向的锥形细胞正常定向的锥形细胞和和颠倒的锥形颠倒的

46、锥形细胞细胞。轴突从。轴突从细胞基部产生，起初细胞基部产生，起初向软膜表面生长，生长几微米后成发向软膜表面生长，生长几微米后成发卡样转折；顶端树突定向长向白质。卡样转折；顶端树突定向长向白质。B.成年兔枕部皮层两成年兔枕部皮层两颠倒的锥形细胞。颠倒的锥形细胞。细胞细胞轴突起源于近树突的胞体；而轴突起源于近树突的胞体；而细胞细胞 轴突起源于树突基部轴突起源于树突基部(b)；细；细胞顶端树突根据胞体来看定向正确。胞顶端树突根据胞体来看定向正确。C.一颠倒锥形细胞。其轴突起源于胞体一颠倒锥形细胞。其轴突起源于胞体基部，然后转向白质基部，然后转向白质.轴突在顶端的生长轴突在顶端的生长轴突长度一直增长，

47、但分支形成后轴突长度一直增长，但分支形成后胞体到分支间的距离并不增长胞体到分支间的距离并不增长,胞质胞质和细胞骨架成分被附加到突起基部和细胞骨架成分被附加到突起基部轴突和树突生长的末端为生长锥轴突和树突生长的末端为生长锥, 是一种高度能动的细胞结构是一种高度能动的细胞结构特化形式特化形式: 呈薄扁平膜状呈薄扁平膜状, 伸出几个细丝状伪足伸出几个细丝状伪足作为延长部作为延长部分。伪足以每秒分。伪足以每秒6-10微米的速度伸展和收缩。在薄膜和伪足微米的速度伸展和收缩。在薄膜和伪足下面有许多下面有许多微棘微棘， 成分是肌动蛋白。成分是肌动蛋白。生长锥含许多包被小泡生长锥含许多包被小泡，可能是新合成的

48、膜。轴突中的微管和微丝部分地伸展到生长可能是新合成的膜。轴突中的微管和微丝部分地伸展到生长锥，但不进入伪足和生长锥中央部位。锥，但不进入伪足和生长锥中央部位。生长锥利用伪足探索生长锥利用伪足探索周围环境，带动轴突的生长周围环境，带动轴突的生长3. 先行神经纤维先行神经纤维(pioneer nerve fibers)在相邻的神经轴突生长期间，在相邻的神经轴突生长期间，先行神经纤维处于其它神经纤维先行神经纤维处于其它神经纤维前边，前边，成为引路向导成为引路向导.它首先到达靶组织它首先到达靶组织，因在发育早期，相，因在发育早期，相对距离短，环境不十分复杂。晚期相随的神对距离短，环境不十分复杂。晚期相

49、随的神 经纤维与先行神经纤维与先行神经纤维结合成束进入靶组经纤维结合成束进入靶组 织。有时当其它神经纤维到达目的织。有时当其它神经纤维到达目的地时，先行神经元已死亡地时，先行神经元已死亡.2. 生长锥生长锥(growth cone)1. 向触性向触性(stereotropism): 轴突轴突沿一定的表面生长沿一定的表面生长, 是一种机械的是一种机械的影响生长的因子。如培养皿中轴突倾向于沿划痕和伸展的细影响生长的因子。如培养皿中轴突倾向于沿划痕和伸展的细胞质凝块生长等。胞质凝块生长等。因此提出，因此提出，轴突沿室管膜神经胶质细胞表面轴突沿室管膜神经胶质细胞表面穿过神经上皮产生的基质生长。穿过神经

50、上皮产生的基质生长。2. 电向性电向性(galvanotropism): 轴突的生长方向轴突的生长方向可能受电场的影响可能受电场的影响, 在发育的胚胎和再生的附肢中存在电势梯度，生长的轴突对在发育的胚胎和再生的附肢中存在电势梯度，生长的轴突对此具敏感性。通常轴突此具敏感性。通常轴突向电场的阴极生长向电场的阴极生长.3. 基质的粘连性基质的粘连性: 轴突对某些物质的粘连比另一些强，它们沿轴突对某些物质的粘连比另一些强，它们沿可粘连的物质生长，如聚赖氨酸、层连蛋白可粘连的物质生长，如聚赖氨酸、层连蛋白(laminin)等。等。如下如下图生长的轴突沿涂有层连蛋白的条纹生长。图生长的轴突沿涂有层连蛋白

51、的条纹生长。4. 化学向性化学向性(chemotropism): 轴突的生长根据化学的线索进行。神轴突的生长根据化学的线索进行。神经纤维的生长锥因加入的经纤维的生长锥因加入的神经生长因子神经生长因子而改变生长的方向而改变生长的方向.(二二) 轴突生长的引导轴突生长的引导体外培养的视网膜组织块不同体外培养的视网膜组织块不同的生长情况的生长情况A.在在未用纤连蛋白处理的塑料培养皿未用纤连蛋白处理的塑料培养皿上培养上培养36h，没有生长突起生长；，没有生长突起生长；B.用纤连蛋白处理的塑料培养皿用纤连蛋白处理的塑料培养皿后的后的生长情况；生长情况；C.在在4型胶原背景上涂上平行条状层型胶原背景上涂上

52、平行条状层粘连蛋白粘连蛋白时，培养的感觉神经元的轴时，培养的感觉神经元的轴突沿层粘连蛋白呈平行条状生长突沿层粘连蛋白呈平行条状生长.神经生长因子的诱向影响神经生长因子的诱向影响5. 生长路线的标记生长路线的标记大多数轴突最初的生长是高度定向和特异的，大多数轴突最初的生长是高度定向和特异的，即使远离靶组织即使远离靶组织, 如生长到附肢中的感觉和运动神经元的轴突。这样的如生长到附肢中的感觉和运动神经元的轴突。这样的标记可标记可以是神经生长因子以是神经生长因子等化学物质等化学物质, 也可以是特定的细胞。也可以是特定的细胞。在轴突实际生长的过程中在轴突实际生长的过程中可能存在多重路线的引导作用可能存在

53、多重路线的引导作用。如视。如视网膜神经节细胞在生长到脑区视觉中心的过程中经历多重路网膜神经节细胞在生长到脑区视觉中心的过程中经历多重路线选择的引导，有时在同一时间、同一地点就经历了多重路线选择的引导，有时在同一时间、同一地点就经历了多重路线的引导过程。线的引导过程。在发育过程中，视网膜鼻侧的神经节细在发育过程中，视网膜鼻侧的神经节细胞轴突经视交叉分布到对侧的脑，而颞胞轴突经视交叉分布到对侧的脑，而颞侧的不交叉，分布到同侧的脑；视神经侧的不交叉，分布到同侧的脑；视神经的轴突经过视交叉前后生长锥的形态变的轴突经过视交叉前后生长锥的形态变化化下图：视交叉表达下图：视交叉表达CCD，视神经轴突通，视神

54、经轴突通过视交叉过视交叉(左左)，不表达，不表达CCD时，没有视时，没有视神经轴突通过视交叉神经轴突通过视交叉(右右)。早期蝗虫胚胎早期蝗虫胚胎17个体节中每一个都具有相同的成神经细胞模式个体节中每一个都具有相同的成神经细胞模式每侧每侧30个成个成N细胞，中间细胞，中间1 个成神经细胞和个成神经细胞和7个中线细胞前体。个中线细胞前体。中中线的成神经细胞只分裂一次，线的成神经细胞只分裂一次，而侧部的成神经细胞是干细胞而侧部的成神经细胞是干细胞,它们它们反复分裂形成神经节母细胞反复分裂形成神经节母细胞。每个神经节母细胞再分裂。每个神经节母细胞再分裂一次产生两个姊妹神经元一次产生两个姊妹神经元.成神

55、经细胞成神经细胞7-4有接近有接近100个子细胞，在此只显示其中前个子细胞，在此只显示其中前6 个。它个。它们的轴突沿固定的细胞标记路线生长。们的轴突沿固定的细胞标记路线生长。(三三) 树突的发育和分化树突的发育和分化树突最初的向外生长是由神经元固有的因子决定的。树突最初的向外生长是由神经元固有的因子决定的。离开细胞离开细胞体后受组织环境的影响相对较少。体后受组织环境的影响相对较少。1. 树突的发育树突的发育: 树突的发育往往树突的发育往往与传入神经的向内生长和突与传入神经的向内生长和突触连接的形成平行发育触连接的形成平行发育。如如大鼠齿状回中颗粒细胞树突发育大鼠齿状回中颗粒细胞树突发育的定量

56、研究，它与传入神经的定量研究，它与传入神经和突触的形成同步发育。和突触的形成同步发育。在鸟类上橄榄核在鸟类上橄榄核(olive)的同源物中的同源物中, 神经元具有双极树突神经元具有双极树突(下图下图)，接受高频率耳蜗核部位的神经元具有接受高频率耳蜗核部位的神经元具有最短最短的树突的树突, 接受低频率接受低频率的具的具最长最长的树突的树突。然而在发育早期然而在发育早期, 所有神经元都具有广泛的树突分支所有神经元都具有广泛的树突分支, 此后接受此后接受高频率的树突分支被大大删除了。高频率的树突分支被大大删除了。在脑干听核中神经元发育期间在脑干听核中神经元发育期间树突的过渡增生和删除树突的过渡增生和

57、删除鸟类的层核是兽类上橄榄核的鸟类的层核是兽类上橄榄核的同源器官，此核中的神经元同源器官，此核中的神经元具双极树突，树突长度系统具双极树突，树突长度系统变化着。变化着。接受高频输入的耳接受高频输入的耳蜗神经元具有短的树突，而蜗神经元具有短的树突，而接受低频输入的神经具有长接受低频输入的神经具有长的树突的树突。因此在此核的前中。因此在此核的前中-后侧轴上树突长度存在梯度。后侧轴上树突长度存在梯度。在早期发育期间，此核中所在早期发育期间，此核中所有的神经元起初建立了一个有的神经元起初建立了一个比在成熟时期更广泛分布的比在成熟时期更广泛分布的树突树树突树.2. 树突的分化树突的分化研究表明研究表明破

58、坏传入神经支配对树突发育有影响破坏传入神经支配对树突发育有影响。小鼠出生日摘除小鼠出生日摘除单眼，因视神经丧失明显地导致皮层中星形细胞树突的单眼，因视神经丧失明显地导致皮层中星形细胞树突的重新分重新分布布：通常星形细胞的树突在皮层第四层广泛地分支通常星形细胞的树突在皮层第四层广泛地分支，丘脑的传，丘脑的传入纤维支配在那里。入纤维支配在那里。摘除单眼后，星形细胞的树突明显分布到摘除单眼后，星形细胞的树突明显分布到相邻的层中相邻的层中，树突分布改变了，但仍能分辨出星形细胞。，树突分布改变了，但仍能分辨出星形细胞。在影响小脑颗粒细胞分化的突变体中，蒲顷野细胞不能接受其正在影响小脑颗粒细胞分化的突变体

59、中，蒲顷野细胞不能接受其正常的神经支配，其树突变短和较少分支常的神经支配，其树突变短和较少分支；但仍可辨认出是蒲顷野细；但仍可辨认出是蒲顷野细胞特有类型的树突。胞特有类型的树突。某些神经元在缺少传入神经支配时，仍能发育出大致相同数目的某些神经元在缺少传入神经支配时，仍能发育出大致相同数目的树突。似乎树突。似乎树突一般形态是细胞固有因素决定的，但其精细结树突一般形态是细胞固有因素决定的，但其精细结构依赖传入神经构依赖传入神经.A.正常小鼠中，正常小鼠中，星形细胞的星形细胞的树突在第树突在第4层层中广泛分支，中广泛分支，此层侧膝状此层侧膝状核来的纤维核来的纤维终止终止B.出生时摘除单出生时摘除单眼

60、的小鼠，眼的小鼠，星形细胞的星形细胞的树突避开第树突避开第4层，在邻近层，在邻近层中分布层中分布. 出生时摘除单眼的小鼠视皮层中星形细胞树突的重新定向出生时摘除单眼的小鼠视皮层中星形细胞树突的重新定向(四四) 突触连接的形成突触连接的形成当轴突到达其靶组织时，与相连的细胞相互作用形成突触当轴突到达其靶组织时，与相连的细胞相互作用形成突触(synapes)。这要求膜成分必须插入到突触前和突触后的膜中，这要求膜成分必须插入到突触前和突触后的膜中，细胞质成分必须位于合适的位置：细胞质成分必须位于合适的位置：突触前包括小泡积聚和刺突触前包括小泡积聚和刺激释放装置的构筑；突触后包括受体和离子通道的组装激