胚胎的早期发育囊胚

关于胚胎的早期发育囊胚第1页，共72页，2023年，2月20日，星期五在多数动物的发育过程中，受精卵立即进入快速分裂和细胞增殖的阶段，首先形成一个多细胞的团聚体，称为桑椹胚（morula）。之后，伴随细胞数目的增加，胚体中空而形成一个囊状结构，称为囊胚（blastula）。第2页，共72页，2023年，2月20日，星期五蛙卵囊胚腔的形成A:第一次卵裂平面形成的小裂隙以后扩大发育为囊胚腔；B:8细胞时期的囊胚腔。第3页，共72页，2023年，2月20日，星期五小鼠胚胎上胚层细胞的程序性死亡导致囊胚腔的形成。第4页，共72页，2023年，2月20日，星期五3.2.1卵裂概述3.2.2卵裂的模式第5页，共72页，2023年，2月20日，星期五定义3.2.1卵裂概述受精卵经过一系列的细胞分裂将体积极大的卵子细胞质分割成许多较小的、有核的细胞，形成一个多细胞生物体的过程称为卵裂（cleavage）。处于卵裂期的细胞叫做卵裂球（blastomere）。蛙的早期卵裂。A第一次卵裂，B第二次卵裂，C第四次卵裂，动物极和植物极细胞出现差异。第6页，共72页，2023年，2月20日，星期五小鼠桑椹胚的压缩现象8细胞时期，小鼠细胞表面光滑，微绒毛均匀分布，压缩后微绒毛仅分布于细胞的外表面，细胞之间的联系加强了。第7页，共72页，2023年，2月20日，星期五卵裂的机制卵裂周期的特点：卵裂周期的调控MPF：促成熟因子催化亚基（p34cdc2）周期蛋白B（cyclinB）Cdc25磷酸酶:Cdc2激酶的去磷酸化其它周期蛋白和依赖于周期蛋白的激酶…快速有丝分裂，仅有S、M期分裂间期很短，无生长的过程，使核质比趋向平衡第8页，共72页，2023年，2月20日，星期五体细胞和动物早期分裂球的细胞分裂周期对照第9页，共72页，2023年，2月20日，星期五果蝇胚胎发育过程中细胞周期调控的发育变化1-7次分裂8-13次分裂14次分裂前7次分裂由于母源性周期蛋白和Cdc25富集，核分裂迅速；第8-13次分裂由于周期蛋白的降解，源自卵母细胞mRNA合成周期蛋白成了核分裂的限速步骤；第14次，母源性细胞周期蛋白mRNA消失，由合子基因表达产生第10页，共72页，2023年，2月20日，星期五伴随分裂进行，进入快速细胞分裂，由单C-多C，细胞间的联系和相互作用关系也迅速建立；细胞分化开始；自主性发育开始。如，海胆，4细胞阶段分开，每一个细胞能发育成一个小的独立幼体。线虫完成第一次分裂后，各子细胞便失去独立发育为幼虫的能力。

哺乳动物，细胞全能性很高，胚外器官与胚体分化优先进行，出现早期胚性细胞与胚胎干细胞的区分，囊胚后期，胚胎干细胞不再存在。第11页，共72页，2023年，2月20日，星期五胚胎干细胞的

研究与应用第12页，共72页，2023年，2月20日，星期五

胚胎干细胞研究的历史与进展

干细胞研究成为继人类基因组大规模测序之后最具活力、最有影响和最有应用前景的生命科学科研究领域，1999年干细胞研究被美国《SCIENCE》杂志评为1999年度世界十大科学之冠，2000年干细胞研究再次被《SCIENCE》杂志评为该年度世界十大科学成就之一。第13页，共72页，2023年，2月20日，星期五

1981年英国剑桥大学的Evans和Kaufman用延缓着床的胚泡的胚胎内细胞团ICM（innercellsmass)获得鼠的ES细胞；同年美国的Maryin用条件培养基获得鼠的ES细胞。Roberston用不同品系的鼠胚和具有不同遗传疾病的胚胎建立了细胞系并进行了多能性和嵌合特性的分析。1998年11月，美国威斯康星大学的科学家JamesThomson等从人囊胚的内层细胞团中取得胚胎干细胞。他们把胚胎干细胞与小鼠的骨髓间质细胞进行了共培养。结果表明胚胎干细胞可以进行长达5个月的非分化增殖，同时还保持着分化为滋养层组织及三种胚层组织的能力。这为胚胎干细胞的临床应用奠定了基础。第14页，共72页，2023年，2月20日，星期五

1999年12月，美国科学家在《美国科学院院刊》报告说，小鼠肌肉组织的成体干细胞可以“横向分化”为血液细胞。随后，世界各国的科学家相继证实，成体干细胞包括人类的成体干细胞具有可塑性。2000年5月，日本启动“千年世纪工程”，以干细胞工程为核心技术的再生医疗成为这项工程的四大重点之一，第一年度投资金额达108亿日元。第15页，共72页，2023年，2月20日，星期五

2001年1月，英国议会上院通过法案，允许科学家克隆人类早期胚胎，并利用它进行医疗研究。2001年4月，美国科学家发现，从病人臀部和大腿处抽取的脂肪中，含有大量类似干细胞的细胞，这些细胞可以发育成健康的软骨和肌肉等。第16页，共72页，2023年，2月20日，星期五

2003年，美国卫生独立研究院（NationalInstitutesofHealth，NIH）华裔科学家施松涛等人首次发现牙齿间质存在干细胞。2005年报出干细胞研究领域乃至全球学术界一大学术丑闻：2004及2005年韩国汉城大学教授黄禹锡有关干细胞研究的论文两次荣登Science杂志，结果经各方查证证实其论文数据存在造假现象，2006年Science杂志宣布撤回这两篇论文。第17页，共72页，2023年，2月20日，星期五

2006年，日本科学家山中亚弥等成功诱导出鼠iPS细胞（inducedPluripotentStemCell），此项研究成功将干细胞研究扩充到一个新的领域：重编程！2007年，iPS研究取得巨大进展：山中亚弥等人和汤姆森带领下的华裔科学家俞君英等人分别在Cell及Science发表论文宣布成功利用人类上皮细胞诱导出iPS细胞。第18页，共72页，2023年，2月20日，星期五

2008年，美国科学家解析了microRNAs在干细胞发育及分化中的调控作用，为干细胞日后的研究提供了非常重要的参考资料。2009年3月，美国白头研究所（WhiteheadInstitute）科学家在成功诱导iPS细胞后，巧妙的将诱导iPS时带入细胞的基因去除，大大降低了细胞癌变风险。2009年3月，汤姆森和俞君英带领的研究小组在iPS研究方面又迈进一大步，他们利用质粒作为诱导iPS基因的载体进行诱导iPS细胞后，随着细胞分裂丢失质粒，可以得到纯净无外源DNA的iPS细胞，在iPS细胞应用安全性方面又进一步。第19页，共72页，2023年，2月20日，星期五大作业：我国近五年来干细胞的研究进展第20页，共72页，2023年，2月20日，星期五胚胎干细胞1.概念:简称ES或EK细胞,是由早期胚胎或原始性腺中分离出来的一类细胞.全能细胞第21页，共72页，2023年，2月20日，星期五.加图，归纳.特点胚胎干细胞:内细胞团细胞原始性腺细胞第22页，共72页，2023年，2月20日，星期五ES细胞的形态学特征ES细胞具有与早期胚胎细胞相似的形态结构，细胞核大，有一个或几个核仁，胞核中多为常染色质，胞质胞浆少，结构简单。体外培养时，细胞排列紧密，呈集落状生长，无明显的细胞界限。细胞表面有折光较强的脂状小滴。细胞克隆形态多样，多数呈岛状或巢状。第23页，共72页，2023年，2月20日，星期五ES细胞系的建立

第24页，共72页，2023年，2月20日，星期五分类全能细胞桑椹胚及以前能发育成完整个体多能干细胞(胚胎干细胞)内细胞团细胞、原始性腺细胞分离出来能分化出动物体内的任何组织专能干细胞(成体干细胞)如骨髓干细胞、皮肤生发层细胞等能分化出特定的组织.分别指什么,分化程度,潜能；核全能性；目前初始化.应用第25页，共72页，2023年，2月20日，星期五.优点第26页，共72页，2023年，2月20日，星期五.鼠第27页，共72页，2023年，2月20日，星期五.应用前景第28页，共72页，2023年，2月20日，星期五..分类第29页，共72页，2023年，2月20日，星期五

ES细胞的生物学特性衍生自囊胚的内细胞团或原始外胚层的细胞；具永生化(immortal)：呈现高的端粒酶表达活性，可在体外无限扩增；能维持稳定的、正常的二倍体染色体结构；发育全能性：能分化出属于三胚层的分化细胞，参与胎儿所有组织的发育过程；具有种系传递功能；在体外可以进行基因工程处理：如转基因，基因打靶，基因诱变第30页，共72页，2023年，2月20日，星期五

人胚胎干细胞的来源：

1、利用人工授精遗留的胚胎或流产的胎儿

2、将人的成熟的细胞核移入人卵细胞培养至囊胚期分离ES细胞

3、将人的细胞核移入其它动物卵细胞以获得ES细胞

4、将人的细胞核移入ES细胞内利用ES细胞的胞浆诱导表达ES特异基因第31页，共72页，2023年，2月20日，星期五ES细胞的开发和利用ES细胞研究与动物克隆、转基因动物技术相结合，可使动物育种发生革命性的变革。ES细胞研究与组织工程等相结合，可以修复人体坏损组织或进行器官移植，从而使糖尿病、帕金森、心血管等当今严重威胁人类健康的疾病得到有效治疗。第32页，共72页，2023年，2月20日，星期五克隆动物克隆被定义为由一个个体复制出一批与其基因型相同的个体。ES细胞与胚胎进行嵌合克隆动物，可解决哺乳动物远缘杂交困难的问题，从而生产动物新品种。用ES细胞进行异种动物克隆，对保护珍惜野生动物也有重大意义。第33页，共72页，2023年，2月20日，星期五转基因动物用ES细胞生产转基因动物，可打破物种的界限，突破亲缘关系的限制，加快动物群体遗传变异程度，可以进行定向变异和育种，生产遗传修饰性动物。不仅为研究动物的基因结构、基因表达调控等提供了可行性手段，而且在动物品种改良、建立人类遗传疾病模型、药用蛋白生产、人类器官代用品生产等领域也有极大的开发潜力。第34页，共72页，2023年，2月20日，星期五用ES细胞作为种子细胞，在支架(生物降解聚合物)上人工培育出特定的组织和器官，这些组织和器官可移植给患者，达到临床治疗的目的，即克隆治疗。该方法为临床的组织器官移植提供大量材料，可在临床上对神经退行性病变、糖尿病、脊髓损伤及造血系统疾病进行治疗。用ES细胞作为组织移植的供体，人ES细胞经过免疫排斥基因剔除后，再定向诱导终末器官以避免不同个体间的移植排斥。这样就可能解决一直困扰着免疫学界及医学界的同种异型个体间的移植排斥难题。

组织工程及临床应用第35页，共72页，2023年，2月20日，星期五全球对于胚胎干细胞研究的规范：第一级：绝对禁止，连研究都不行的国家包括法国、瑞士、冰岛、波兰等；第二级：美国，美国国家研究经费只能用于现有细胞株的研究，不得再以受精卵制造新的细胞株，德国的规范与美国相同。第三级：允许研究人工流产或人工生殖遗下的多余胚胎，以制造新细胞株，目前日本、加拿大和以色列、澳洲属于这个等级，第四级：中国是全世界规定最宽松的国家，允许因为研究目的而制造新的胚胎，美国私人经费支持的研究也属于这一个等级。Toseewhateveryonehasseenandthinkwhatnoonehasthought(见人人之所见，思人人所未思)。第36页，共72页，2023年，2月20日，星期五3.2.2卵裂的模式卵裂的方式是一个受遗传控制的过程，主要由两个因素决定：卵质中卵黄的含量及其在细胞质内的分布决定卵裂发生的部位及卵裂球的相对大小。2.卵质中影响纺锤体方位角度和形成时间的一些因子。第37页，共72页，2023年，2月20日，星期五卵裂方式的分类完全卵裂不完全卵裂辐射状对称：棘皮动物、文昌鱼螺旋状对称：大多数软体动物、环节动物两侧对称：头足纲、扁虫盘状形：爬行类、鱼类、鸟类稀疏和均匀分布的卵黄中度卵黄端卵黄中央卵黄两侧对称：水螅转动对称：哺乳动物辐射状对称：两栖类表面的：大多数节肢动物第38页，共72页，2023年，2月20日，星期五完全卵裂第39页，共72页，2023年，2月20日，星期五不完全卵裂两侧对称第40页，共72页，2023年，2月20日，星期五一、辐射对称型卵裂基本特征：1）每个卵裂球的有丝分裂器与卵轴垂直或平行。2）卵裂沟将卵裂球分成对称的两半。代表动物棘皮动物、文昌鱼、两栖类第41页，共72页，2023年，2月20日，星期五海胆的辐射式卵裂中裂球大裂球小裂球第42页，共72页，2023年，2月20日，星期五海胆的卵裂

B：2细胞期，C：4细胞期，D：32细胞期第43页，共72页，2023年，2月20日，星期五海胆第四次分裂卵裂球的形成第44页，共72页，2023年，2月20日，星期五蛙的辐射式卵裂灰色新月第45页，共72页，2023年，2月20日，星期五第46页，共72页，2023年，2月20日，星期五第47页，共72页，2023年，2月20日，星期五第48页，共72页，2023年，2月20日，星期五代表动物环节动物、涡虫纲动物、纽形动物门动物以及除头足纲外的所有软体动物的卵裂是螺旋式卵裂。基本特征：1）卵裂的方向与卵轴成斜角2）细胞之间采用热力学上最稳定的方式堆叠，细胞间接触的面积更大3）只经过较少次数的卵裂就开始了原肠形成。二、螺旋型卵裂第49页，共72页，2023年，2月20日，星期五螺旋式卵裂示意图第50页，共72页，2023年，2月20日，星期五蜗牛的螺旋式卵裂

A8细胞期，B第四次卵裂中期第51页，共72页，2023年，2月20日，星期五蜗牛的左旋和右旋螺旋式卵裂第52页，共72页，2023年，2月20日，星期五软体动物Trochus（马蹄螺）的螺旋式卵裂第53页，共72页，2023年，2月20日，星期五代表动物两侧对称式卵裂主要发现于水螅主要特征第一次卵裂平面是胚胎的唯一对称面，它将胚胎划分为左右成镜像对称的两部分第二次卵裂也是经裂，但不通过卵子的中心第三次卵裂是纬裂，生成一层动物极卵裂球和一层植物极卵裂球第四次卵裂是不规则的，第五次卵裂形成一个小的囊胚。三、两侧对称式卵裂第54页，共72页，2023年，2月20日，星期五水螅的两侧对称式卵裂A未分裂的受精卵中各种细胞质的分布；B8细胞期的胚胎；C、D从植物极方向观察的囊胚第55页，共72页，2023年，2月20日，星期五代表动物哺乳动物特征

1）卵裂速度缓慢；2）交替旋转对称式卵裂。3）各细胞不同步，细胞数目增长含有单数4）基因组在卵裂的早期就被激活并表达出进行卵裂所必需的蛋白5）胚胎的压缩现象—8细胞期四、旋转式卵裂第56页，共72页，2023年，2月20日，星期五棘皮动物（左）和哺乳动物（右）第一次和第二次卵裂方式的比较第57页，共72页，2023年，2月20日，星期五未压缩的和压缩的8细胞小鼠胚胎的比较第58页，共72页，2023年，2月20日，星期五哺乳动物受精卵在体外进行的卵裂

A－B－C2，4，8细胞期；D压缩的8细胞期；E桑椹胚；F囊胚第59页，共72页，2023年，2月20日，星期五生物学意义原因紧密化（压缩）（campaction）机制为哺乳动物发育中第一次分化（滋养层与内细胞团的分离）的外部条件。细胞膜极化，糖蛋白E-cadherin从细胞表面迁移到细胞远端。第60页，共72页，2023年，2月20日，星期五抗E-cadherin的抗体能够阻止胚胎压缩现象的发生第61页，共72页，2023年，2月20日，星期五紧密化的结果：外层细胞-紧密连接（→形成滋养层→胎盘、绒毛膜）内层细胞-缝隙连接（→形成内细胞团→胚体、卵黄囊、尿囊、羊膜）第62页，共72页，2023年，2月20日，星期五内细胞团的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤之一。一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于内细胞团的形成压缩作用后细胞所处的位置是位于外周还是内部压缩后位于外层的细胞将形成滋养层细胞，而内部的细胞将发育成胚胎。第63页，共72页，2023年，2月20日，星期五内细胞团中的每个分裂球均能产生身体中任何细胞类型。当内细胞团细胞被分离，并在一定条件下生长时，它们会在培养过程中保持为分化的特征，并可持续不断地分裂，这些细胞被