发育生物学61964

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发育生物学发育生物学：是一门研究多细胞生物体从生殖细胞的发生、受精、胚胎发育、生长、衰老和死亡规律的科学。即研究生物发育本质的科学。因此，生物体在整个生命周期都处于动态发育之中。发育（development):指生命现象的发展，生物有机体的自我构建和自我组织。个体发育（ontogenesis）：多细胞有机体的生命过程是一个相对缓慢和逐渐变化的过程，称此过程为个体发育。发展基础：胚胎学、遗传学、细胞生物学、分子生物学、生物化学、生理学、解剖学、免疫学、进化生物学。发展过程：形态机理组织器官细胞分子胚胎学和发育生物学的区别胚胎学发育生物学研究深度：对发育过程形态演变侧重探察发育的分子的追踪机制，阐明发育本质研究范围：对发育的研究主要将对发育的研究扩展为集中在胚胎发生的从生殖干细胞的形成到阶段个体衰老死亡的全过程研究层次：对不同物种发育的研强调的是对发育程序和究突出的是它们之间进化路径的考察形态结构的比较发育生物学迅速发展成为生命科学的核心学科之一1.近十几年来，人们开始能够认识动物发育的分子机制，对动物发育过程基因水平的分析已经全面展开。尤其是在动物克隆、人类基因组计划实施等一系列重大研究成果的带动下，基因、细胞和发育已成为生命科学的一条主线。发育的研究已成为解决其他生命科学问题所必需。2.发育生物学的研究形成了一个网络，将多种生命科学整合到一起。所以，发育生物学的形成和发展是多学科相互渗透的结果，是胚胎学的继承和发展，它代表了现代生命科学的结晶。研究目的发育生物学既是重要的基础生命科学，其研究成果又具有广泛的应用前景，对解决人口、健康、农业生产的发展和生物资源的利用都有重要意义。1.是临床医学的基础。发育生物学的研究不仅涉及正常发育机制，还涉及异常发育的机制。对肿瘤、艾滋病、畸形发生机制的研究是临床医学的基础。2.是攻克癌症和其它绝症的必要的理论基础。由于人类基因组计划的顺利进行，将能够更清楚地阐明人类正常发育和异常发育的机制，这将为攻克癌症和其它绝症奠定必要的理论基础。3.是计划生育、优生、优育工作的理论根据。如关于受精和早期胚胎发育机制的研究。4.对国民经济和农业现代化的可持续发展具有重要意义。克隆技术、胚胎切割、转基因动植物等生物技术的应用。如何学习发育生物学？学习和掌握发育生物学的知识，必须将所学过的其他相关生命科学知识融会贯通，整合形成完整的知识体系。必须关注发育生物学研究的动态，了解新进展，以弥补教科书的不足。必须注意理论联系实际，解决科学研究和生产实践问题。\n发展历史1.后成论(epigenesis)和先成论(preformation)之争发育生物的基本问题始终是令人着迷的。一个复杂的动物如何发生于一个简单的卵细胞呢？个体和物种的特质如何从一代遗传到下一代呢？早在公元前4世纪，亚里士多德将鸡蛋在受精后的不同时期剖开，描述了从一个极小的斑点发育为一个动物整体的发育过程。Aristotle在对鸡胚和一些无脊椎动物胚胎观察后提出胚胎发育的两种假设：Preformation:生物个体的一切组成部分都早就存在于胚胎中，各个部分随着胚胎的发育而长大。Epigenesis:在胚胎的发育过程中，各种结构是逐渐形成的。在观察了鸡、星鲛和一些无脊椎动物胚胎发育的基础上，他首先提出，胚胎是由简单到复杂逐发育形成的，这就是后来的渐成论。尽管没有用显微镜观察到精子和卵子，他却提出了亲本对子代的贡献来自于精液对母体血液施加造型影响的观点。2.细胞学说对胚胎发育和遗传概念的影响?19世纪30年代末：MathiasSchleiden和TheodorSchwann提出细胞学说。?1840,AugustWeismann提出了生殖细胞论，认为后代个体是通过精子和卵子继承亲本描述躯体特征的信息；卵子是一个细胞，其分裂产生的细胞可分化出不同组织，从而否定了preformation论。?19世纪对SeaUrchin受精卵的观察发现，受精卵含有两个细胞核，并最终合并为一个细胞核，表明细胞核含有遗传的物质基础。?19世纪末，染色体的发现和发现染色体数目在发育中的变化规律，使孟德尔遗传定律有了物质基础。3.发育的嵌合型和调整型19世纪80年代，Weismann提出了mosaicdevelopment学说：合子中的大量特殊因子在细胞分裂中不均等分配，导致了不同细胞向不同命运的发育。支持嵌合体学说的实验证据：WilhelmRoux的实验：4.诱导的发现1924年，HansSpemann和HildeMangold的移植实验表明，胚胎的一种组织可以指导另一种相邻组织的发育。5、遗传学、分子生物学与发育生物学的结合?1900年，孟德尔遗传定律研究遗传元素在世代间的传递。?1909年荷兰植物学家WilhelmJohannsen提出基因型和表现型的概念，首次使遗传学和胚胎发育学发生关系。?20世纪40年代证明：DNA是遗传物质，控制蛋白质的合成。?20世纪50年代发现：DNA为双螺旋结构。?20世纪60年代：三联体密码被破解。?20世纪70年代：DNA重组技术出现。?20世纪80年代：转基因技术出现。?20世纪90年代：动物克隆技术出现。?世纪之交：HGP。?新的突破：stemcells,proteomics,conditionalgeneknockout,mutagenesis发育生物学研究中的主要模式动物各种模式动物各有优点，其研究成果不仅可以揭示特定物种的特点，还有助于揭示动物发育的一些普遍规律和机制。据统计，刊登在Nature、Science和Cell等重要杂志上的论文中，80％以上有关生命过程和机理的研究都是通过模式生物来进行的。\n(一)、Invertebratemodels1.Drosophilamelanogaster(fruitfly)---insectmodel2.Caenorhabditiselegans(nematode)---wormmodel(二)、Vertebratemodels1.Xenopuslaevis(Africafrog)---Amphibianmodel2.Chick---birdmodel3.Mouse---mammalianmodel4.Zebrafish---fishmodel发育生物学中的基本概念及规律1.Celldivision:卵裂(Cleavage):受精卵进行不断的有丝分裂而形成体积愈分愈小的分裂球。它们集聚在一起组成了一个由一层细胞所围的球状体，这就是囊胚。中间的空腔称为囊胚腔。卵裂时细胞分裂快、没有细胞生长的间歇期，因而新生细胞的体积比母细胞小。原肠形成：由单一胚层的囊胚发生为二或三个胚层的原肠胚。胚层是产生动物各种器官的基础。低等动物是由内、外两个胚层所组成的，称为双胚层动物；随进化而在内、外胚层之间形成了中胚层，组成了三胚层动物，这就是原肠胚。从囊胚发育为原肠胚，主要是通过各种形态发生运动，使胚胎从单一胚层的圆形球状体成为由二或三个胚层构成的原肠胚。这也是胚胎发育最早的细胞分化。器官原基的形成：各个胚层各自分出较小的细胞集团，它们每一个细胞集团都预定形成一定的器官，这些细胞集团称为预定器官的原基(rudiment)。随着细胞的分裂和分化，细胞的发育方向逐渐被限定，当尚未定向的细胞不可逆地转变为某种定向细胞的时刻，细胞的命运就被固定了，因而也称之为决定（determination），如哺乳动物桑椹胚的内细胞团和外围细胞，前者形成胚胎、后者形成滋养层。2.Patternformation:(1)躯体轴线的制定(2)胚层的形成3.Celldifferentiation:人类胚胎可最后发育出至少250种不同细胞类型，分化通常是不可逆的。细胞分化是指细胞后代在形态结构和功能上发生差异的过程。通过细胞分化，使具有相同遗传组成的细胞，选择性地表达不同的基因，产生不同的结构蛋白、执行不同的功能，共同参与构成一个复杂的细胞社会——个体，所以细胞分化的实质是:基因的差别表达（differentialexpression）。细胞分化与形态发生（morphogenesis）是相互联系在一起的。4.Morphogenesis指通过细胞的增殖、分化和行为（如粘附、迁移、凋亡）塑造组织、器官和个体形态的过程。最突出的形态变化发生在原肠作用开始之后。5.Growth胚胎在基本的pattern形成之后，其体积会显著增长，原因在于细胞数量增加、细胞体积增加、胞外物质的积累。不同组织器官的生长速度也各异。第一章生殖细胞发生有性生殖是动物的基本繁殖方式，动物通过有性繁殖，由生殖细胞(germcell)分化，产生配子(gamete)，使种族的生命得以延续,构成生活周期(1ifecycle)。在这个生活周期中，雌性配子和雄性配子结合形成合子(zygote)。合子通过一系列复杂的发育过程，产生具有体细胞\n(somaticcell)和生殖细胞的多细胞有机体。每个世代的个体经历个体发育过程，同时由成熟个体的生殖细胞分化形成雌性配子和雄性配子，再由两性配子结合开始另一个世代的个体发育。如此周而复始。第一节生殖细胞的起源与分化生殖细胞来源于它的前体——原生殖细胞(primordialgermcell,简称PGC);PGC的来源,有两种看法:(1)在胚胎发育的后期,生殖细胞从体细胞分离而来。原因：受相邻器官原基的诱导和/或在外界环境因素影响下，局部细胞分化为生殖细胞，如海绵动物，腔肠动物和扁虫等；（2）生殖细胞从受精卵第一次卵裂时就已分出，即从胚胎发生时就与体细胞分开了，由含有一种特殊细胞质的分裂球形成,这种特殊的细胞质被称为生殖质或蒙胧子。例如线虫、部分昆虫和无尾两栖类等动物。通常，把原肠胚时含有生殖质的细胞称原生殖细胞（primordialgermcell，PGC）。而在此以前的称为预定原生殖细胞。原生殖细胞的增殖：发生在从囊胚开始到迁至生殖嵴的这段时间内。一、生殖质与生殖细胞分化1.线虫线虫生殖干细胞的决定从受精卵的第一次分裂就开始了，到4次分裂以后，生殖干细胞获得确定，即它的后代将只发生配子细胞。在这一过程中生殖干细胞的前体细胞因为定位在胚胎体轴的后端，在连续的细胞分裂过程中被分别称为P1、P2、P3、P4细胞。研究发现，线虫在卵细胞受精后，一种称为P颗粒(posteriorgranules)的胞质成分迅速地集中到细胞的后端部位，并且在随后的的卵裂中只存在于P细胞系中。线虫第一次卵裂形成较大的AB细胞和较小的P细胞。AB细胞形成体细胞，分裂较快；P细胞分裂慢，将来形成生殖细胞。这种不对称的卵裂主要由于细胞质内各成分不对称分布，有丝分裂纺锤体开始位于受精卵的中央，以后它沿卵的前后轴呈不对称分布，位置不在合子的中央，以致第一次卵裂为不均等。这种P颗粒一直保持在幼虫和成体的生殖细胞中，从它的形态、分布和数量来看，与许多动物的生殖质十分相似。2.果蝇果蝇原生殖细胞最早发现于受精后大约90min，这些原生殖细胞位于果蝇胚胎后端，含有特殊的极质颗粒。如果用紫外线照射受精卵，破坏集中分布于受精卵后端胞质中的生殖质的活性，在以后的发育中将没有生殖细胞发生。如果将一个P基因型受精卵后端胞质中的生殖质移植到另一个Y基因型早期卵裂阶段胚胎的前端胞质内，可使Y基因型胚胎的前端细胞也分化成为原生殖细胞。如果将这些原生殖细胞再移植到另一胚胎的后端，并让其进一步迁移进入生殖腺原基，这些细胞可以发育成为功能性生殖细胞。3.两栖类已证明生殖质在爪蟾受精卵中的存在：爪蟾生殖质是位于植物极附近富含ＲＮＡ和蛋白质的一团特殊细胞质。在卵裂过程中，由于卵质的不均匀分布，生殖质仅存在于靠近植物极的少数分裂球之中。只有含生殖质的少数分裂球能够发育成为原生殖细胞。如果用紫外线照射爪蟾受精卵的植物极，可导致胚胎缺乏生殖细胞的发生，如果将其他爪蟾受精卵中的生殖质注射进经紫外线照射过的爪蟾受精卵中，可以弥补紫外线照射的影呐．使胚胎具有生殖细胞。4.哺乳动物目前，还没有证据表明小鼠和其他哺乳动物生殖细胞发生与生殖质的关系。小鼠生殖细胞发生涉及细胞之间的相互作用。如果把培养的胚胎干细胞注射进小鼠内细胞里，既可以产生体细胞，也可以产生生殖细胞。在小鼠胚胎中最早能够识别的原生殖细胞位于原条后端。二、原生殖细胞的迁移1.两栖类原生殖细胞的迁移\n在无尾两栖类受精后最初的两次分裂过程中，由于微管的作用，位于植物半球的生殖质集中，形成较大的一团特殊胞质覆盖于植物极质膜下面。随着进一步的卵裂，这些生殖质沿着分裂沟迁移，囊胚期生殖质位于囊胚腔底部细胞的分裂沟附近，到原肠胚期原生殖细胞(PGCs)位于原肠腔底部内胚层中。然后PGCs通过肠壁内胚层的侧面迁移并进入背侧肠系膜。背侧肠系膜是连接肠壁与中胚层器官形成区域的纽带。PGCs沿背侧肠系膜往上迁移到达生殖嵴，之后PGCs与生殖嵴细胞共同形成生殖腺。生殖嵴细胞内的一些因子是PGCs定向迁移的重要因素。有些两栖类动物的PGCs也能够主动迁移，如非洲爪蟾的PGCs能伸出一个伪足进行运动。PGCs的迁移途径由含粘着蛋白的细胞外基质构成。有尾两栖类的生殖细胞发生与无尾两栖类的有一些差别。在蝾螈的卵内似乎没有特殊定位的生殖质，PGCs的形成受内胚层区域的诱导，并且可能通过不同的途径迁移到生殖嵴。2.哺乳动物生殖细胞的迁移在发育早期，哺乳动物的生殖细胞没有特殊的形态特征。免疫组织化学方法显示，小鼠PGCs最初来源于原肠作用中胚胎的外层，于胚胎发育第7天在原条后部的胚外中胚层中有8个PGCs，这些细胞体积较大，碱性磷酸酶染色呈阳性反应。如果用物理方法分离去除该区域，胚胎将缺乏生殖细胞；而分离的这部分细胞经培养可发育成大量的PGCs。哺乳动物PGCs先在尿囊与后肠交接处附近聚集，以后迁移到卵黄囊附近再分成两群，沿卵黄囊的尾部通过新形成的后肠，然后沿背侧肠系膜向上迁移，分别进入左、右两侧生殖嵴。大多数PGCs在受精后第11天到达发育中的生殖腺。在迁移过程中，PGCs不断增殖，在第12天的生殖腺中PGC的数目己由最初的8—100个增加至2500一5000个。哺乳动物PGCs的迁移与其接触的上皮细胞相关，PGCs通过伸出伪足在上皮细胞表面进行变形运动。PGCs还能穿过单层细胞，在两层细胞之间迁移。至于PGCs具有确定迁移路线的机制还不清楚。Godin等(1990)在体外培养体系中发现第10.5天小鼠胚胎的生殖嵴分泌弥散性分子，后者具备吸引和促进8.5天小鼠PGCs迁移和进行有丝分裂的能力。但是生殖嵴在体内是否具有同样的作用还有待证实。3.鸟类和爬行类原生殖细胞的迁移鸟类和爬行类动物的PGCs来源于外胚层细胞，然后经过明区的中部迁移到明区前缘与暗区交界处。这个区域称为生殖新月，PGCs在生殖新月区内增殖。与两栖类和哺乳类不同，鸟类和爬行类动物的PGCs主要借助血液循环进行迁移，当它们到达发育中的生殖腺时再离开血循环系统。发育中的生殖腺对PGCs有吸引作用，但是其机制还不清楚，可能生殖腺能产生一些化学物质吸引PGCs，并能使它们停留于生殖腺的毛细血管壁上；同时生殖腺毛细血管内皮细胞表面可能具备一些特殊的成分使PGCs吸附于其表面。有实验证明，鸡生殖腺不仅能吸引血液循环中的鸡PGCs，甚至也能吸引小鼠PGCs。这种吸引作用没有种间特异性。三、生殖细胞定向分化的决定对于大多数动物，迁移进生殖腺原基的原生殖细胞具备两种发育潜能，由生殖腺内的微环境决定分化成为精子或卵子。雌雄同体动物对研究转决定作用的机制提供了最佳的实验材料。例如：秀丽新小杆线虫，它从精子发生转变为卵子发生只是很自然的生理事件。在雌雄同体的动物中，开始减数分裂的细胞必须对即将进行分化的方向作出决定。通常在每个卵精巢(ovotestis)中，最近端的细胞产生精子，而最远端的细胞产生卵子。一些性别决定基团既能导致功能性雌性个体的形成，也能导致雄性个体的形成。在某些基因突变时能够改变原来的表型。如tra-1的纯合子只能发育成为产生精子的雄性个体,而fem-1的纯合子只能发育成为产生卵子的雌性个体。tra-1和fem-1基因双重突变的纯含子是一种非常特殊的表型，它们的躯体表型为雄性，却产生雌性生殖细胞。tra-1是组织中主要的性决定基因，而fem-1\n基因则负责精子和卵子定向分化的决定。在雌雄同体(XX)的动物中，如果生殖细胞是fem纯合子，则没有精子发生。fem家族的fem-1、fem-2、fem-3基因协同作用可激活fog-1基因,fog-1的野生型等位基因能激活一些精子分化所必须的基因，同时抑制促卵子发生的mog-3的活性。mog-3基因的缺失会导致生殖细胞雄性化，抑制卵子发生。当tra-1基因有活性时，fog-1的活性被抑制,使卵子特异性mog-3基因表达。野生型的秀丽新小杆线虫的生殖细胞既能形成卵子也能形成精子。第二节生殖细胞的发生生殖细胞是动物机体内一种特殊分化的细胞，它是个体发生的基础。动物有性繁殖的最早阶段是：配子发生(gametogenesis)。配子可分为精子与卵子，它们都在生殖腺中产生：精子在精巢(睾丸)中产生；卵子则在卵巢中产生。它们的生长和发育与内外环境有密切的关系。一、生殖细胞发生的一般特点雌雄生殖细胞都要经过增殖期、生长期以及由两次连续进行的成熟分裂构成的成熟期。（一）增殖期精原细胞或卵原细胞经过多次有丝分裂使数量不断增多。（二）生长期部分精原细胞或卵原细胞开始生长，体积增大成为初级精（卵）母细胞。初级卵母细胞内开始大量积累卵黄颗粒等营养物质，合成和储备各类核糖核酸（RNA）、核糖体、蛋白质，为胚胎发育作好准备。（三）成熟期初级精（卵）母细胞都必须经过两次连续的成熟分裂/减数分裂才能形成成熟的精子和卵子。经两次成熟分裂，一个初级精母细胞形成四个精子细胞，再经分化后形成四个精子；而一个初级卵母细胞只能产生一个成熟的卵和两个或三个极体。二．雄性配子——精子（一）精子发生和精子形成1.精子发生的过程从精原细胞分裂开始，生殖细胞的胞质分裂是不完整的，细胞之间通过胞质桥沟通，因而每群细胞同步成熟。2．精子形成精子细胞---精子——精子形成精子细胞改变形态形成精子的过程叫精子形成。①细胞核→精子头（具有全部父性的遗传物质）②高尔基复合体→顶体泡→顶体③中心粒→鞭毛④线粒体→线粒体鞘⑤剩余的细胞质→残余体3.精子的类型和结构4．精子发生中基因表达的调控（1）基因转录时的结构Y染色体的转录是控制精子发生所必须的，不涉及性别的决定（XO、XY均为雄性），但却为正常精子形成所必须的，XO无此灯刷状结构，无生育能力。（2）基因转录的产物在精子发生过程中被特异性转录的基因产物，通常是精子运动和精、卵结合时所必须的蛋白质。①β2-微管蛋白果蝇的一种精子特异性基因表达的产物，在精子发生过程中表达，其功能是参与形成减数分裂的纺锤体、鞭毛的轴丝和线粒体拉长相关的微管。②海胆的结合蛋白基因在精子发生的相对迟的阶段转录，一旦转录，其mRNA\n就迅速翻译成蛋白质，这些结合蛋白在顶体囊泡中积累，在成熟的海胆精子中形成单独的顶体小泡，是精子与卵子的细胞外基质结合相关分子。③储存性mRNA的转录，供精子发生使用如哺乳动物和鸟类的乳酸脱氢酶（LDH-X），这种酶的mRNA在精子发生过程中转录，在减数分裂前期的初级精母细胞就已经存在。由于LDH-X的存在，发育中的精子能够利用丙酮酸作为能源。（二）精子的生理成熟与获能完成精子形成后，精子在形态上已完成了分化，但它们是不活动或活动力很弱的，也没有受精能力。它们必须在附睾内停留一段时间，在附睾管上皮分泌物（含高浓度的甘油磷酸胆碱，是精子活动的一种潜在能源）的作用下达到生理上的成熟，精子才具有活力及使卵受精的能力。虽然精子贮存于附睾时已开始成熟，但尚不能使卵受精。精子需在雌性生殖管道内进一步成熟后才能使卵受精，称获能（Capacitation）。获能的机制尚不十分清楚。一般认为精子质膜表面存有去能因子，阻止了顶体酶的释放。在雌性生殖管道内则有获能因子，使去能因子被除去,精子质膜内的物质被卵识别以及精子顶体释放顶体酶使精子穿过透明带。有研究发现精子获能不只是局限于雌性生殖管道的液体，也能发生在身体的其它部位，精子孵育在雌、雄两性动物的结肠袢、膀胱、精囊腺和眼前房都能发生获能过程。同时，获能过程也没有种间特异性：地鼠精子可用小鼠或大鼠的卵泡液获能，兔子的精子用大鼠的卵泡液也可部分地获能。三、雌性配子——卵子（一）卵子的发生（oogenesis）1.卵子发生的过程哺乳动物所有的卵原细胞分裂分化为卵母细胞都是在胚胎出生以前或出生以后不久完成的，因此，卵母细胞的数目是限定的，这些卵母细胞停留在第一次成熟分裂前期。所以，对每一个卵子来说，其发生的时期是长短不一的。青春期后，妇女每一月经期内，从黄体退化开始时约有20个卵泡发育，其中2～3个能长大，最后只有一个能成熟排卵。排卵时次级卵母细胞开始第二次成熟分裂，但又停止于成熟分裂的中期，直到精子穿入后，第二次成熟分裂才继续完成，因此从成熟卵泡排出的卵还不是成熟卵。在完成减数分裂的时间上，雄、雌性生殖细胞存在很大的差异。减数分裂期延长，外界环境（如药物、射线等）对初级卵母细胞或多或少会产生不利影响。所以，一般认为不分离是发生在卵发生的时候，而不是精子发生的时候。2.卵子发生的特点（1）精子发生形成的配子实质是一个“能运动的细胞核”，而卵母细胞形成的配子却含有启动发育和维持代谢所需要的全部元件。（2）卵母细胞有一个很长的减数分裂前期，使卵母细胞充分生长。（3）与精母细胞减数分裂相比，卵母细胞减数分裂不是均等分裂。3.卵子发生的多样性（1）产卵数的差异海胆和蛙每次产卵数数百至数千个，而人类和大多数哺乳动物每次只产一个或几个卵，个体一生中所排卵的总数也很少。产卵量大的动物，卵原细胞在整个生命周期中能够分裂产生大量的生殖干细胞。每次排卵量小的动物卵原细胞的增殖仅发生早期。（2）卵子发生过程中的变异①卵子发生过程中减数分裂发生变异，产生二倍体的配子，不需受精直接发育——孤雌生殖（parthenogenesis）。②果蝇在第二次减数分裂后，其中产生的一个极体作为精子，与卵子结合“受精”。③减数分裂前，卵原细胞的染色体数目增加一倍，减数分裂后正好恢复为二倍体。如某些昆虫和蜥蜴。④\n有些动物单倍体雄性生殖细胞发生，不仅为了进一步繁殖，而且作为性别决定的一种机制。如膜翅目动物蜜蜂、黄蜂、蚁的单倍体未受精卵发育为雄性个体，而双倍体受精卵发育为雌性个体。4.两栖类卵母细胞的成熟由于卵子负责发育的启动和指导早期发育，所以，需要在卵质中积累和储存着大量的物质，包括能源、细胞器、酶、核酸、结构蛋白和蛋白质合成前体分子及卵黄等。卵细胞质中这些物质主要在减数分裂前期I的过程中产生和积累。前期I又可分为卵黄形成前期和卵黄形成期。（1）卵黄的发生和调控①卵黄的发生两栖类卵子由卵原细胞分化而来，每年产生一群新卵子。豹蛙的卵子发生长达3年时间，在这期间卵母细胞可以得到充分的生长和进行物质的积累。在双线期开始卵黄发生，卵黄是提供胚胎营养的一种混合物，其主要成分是卵黄蛋白原。在成熟卵中，卵黄蛋白原被裂解为卵黄高磷蛋白和卵黄磷脂蛋白，两者被膜包装形成卵黄小板。在卵子的发生中，卵子表现出明显的极性。卵的各种成分在卵内排列不均匀，因而产生了卵的极性。细胞核位于细胞质较多、营养物质较少的一端，称为动物性极，其相对的一端为营养物质集中的地方，称为植物性极。通过动物极和植物极之间的假想线称为卵轴。(2)卵子的成熟与排卵卵黄发生结束后，促性腺激素促进滤泡细胞释放孕酮，引起生发泡卵裂，卵母细胞完成减数分裂并排卵。从形态学角度来看，卵是一个普通细胞，但它具有独特的受精作用和与胚胎发育潜能。（3）减数分裂的阻断和继续的分子调控孕酮能促进卵母细胞继续减数分裂孕酮促进卵母细胞继续减数分裂的机制①蛋白质激酶促成熟因子（MPF）：可使阻断的减数分裂继续进行。MPF的活性是周期性的：在细胞分裂期有活性,在分裂间期检测不到活性。②细胞周期蛋白（cyclin）：参与MPF活性的调控。③pp39mos：一种磷蛋白分子，对于卵母细胞减数分裂的继续进行非常重要，能抑制一种专一性降解细胞周期蛋白的蛋白酶，但能被calpainII蛋白酶特异性降解。5.人类卵母细胞的成熟与排卵（1）卵子的成熟大多数哺乳动物为周期性排卵，雌体只在一年中某特定的动情期排卵。人类具有与其他灵长类动物相同的生殖生理特征——月经周期。①卵巢周期使卵子成熟和排卵②子宫周期为发育中的胚泡着床提供合适的环境。③子宫颈周期使精子只能在某一适当的时间进入女性生殖道。月经周期通过下丘脑-垂体-卵巢所释放的激素综合协调控制。卵子的成熟（2）排卵排卵与黄体生成素引起卵泡中胶原酶、纤维蛋白溶原酶活化因子和前列腺素浓度有关。（二）卵子的分类1．少黄卵或均黄卵卵子含卵黄较少，分布也较均匀。细胞核位于卵的中央或稍偏向细胞质较多的动物极一边。卵的卵轴唯一标志为极体生成处。如腔肠动物、棘皮动物、文昌鱼和高等哺乳动物的卵。2.多黄卵（1\n）端黄卵：卵黄大量集中与植物极，核及其周围的细胞质被挤向动物极一端，形成一个细胞质帽，内含核（如某些鱼类的卵）；或仅在动物极形成圆形薄盘状的一层，称原生质盘（如爬行类、鸟类）。（2）中量黄卵：卵子所含的卵黄也相当多，但比端黄卵的少，卵黄物质在卵内分布情况是从动物性半球到植物性半球逐渐增多，逐渐密集，但无明显界限。如环节动物、多数两栖类的卵等。第二章受精的机制受精(fertilization)是指雌雄配子相遇、两者质膜互相融合，随之两个原核融合或联合而成为一个新的合子的过程。动物的受精方式体外受精体内受精受精的机制受精功能:(1)将父母的基因传递给子代;(2)在卵细胞质中激发一些确保发育正常进展的系列反应。受精过程：卵母细胞成熟，精子获能，精卵间的接触和识别(包括向化性的距离效应)，精子入卵(配子融合和遗传物质的融合)、卵的激活并开始发育。整个过程实为激素调控下的联级反应。第一节卵母细胞成熟动物卵母细胞长期停顿于第一次减数分裂的双线期。在适当的信号刺激下可以恢复减数分裂，直至第二次减数分裂中期，成为等待受精的成熟卵。未成熟卵停顿于第一次减数分裂双线期的机制：可能依物种不同而异，但其减数分裂过程的恢复却是受外源信号的调控。如：海星卵：1-甲基腺嘌呤两栖类：孕酮鱼类：17α,20β-二羟-4-孕烯-3-酮(17α,20β-DHP)哺乳动物：4，4-二甲基-5α-胆甾基-8,14,24-三烯-3β-酚(FF-MAS)。卵母细胞趋于成熟的主要形态学标志核膜破裂(生发泡破裂，germinalvesiclebreakdown，GVBD)；染色体凝聚；纺锤体形成；第一极体排出。第二节精子获能新射出的哺乳动物的精子不能使卵受精。为了获得受精的能力，射出的精子必须获能。获能精子的质膜发生一系列变化(如吸附于精子膜表面精液蛋白的去除，膜表面蛋白的重组等)，进而产生生化和运动方式的改变。获能后精子穿越卵母细胞周围的滤泡细胞和透明带的能力提高，这是精子发生顶体反应的前奏。一、获能精子蛋白磷酸化和蛋白激酶活性的改变在获能反应中，研究最透彻的激酶有依赖cAMP的PKA、磷脂激活的蛋白激酶(PKC)和酪氨酸激酶。1．PKA在小鼠精子获能期间，腺苷酸环化酶活性和cAMP合成均增加。PKA的抑制物——PKI或PKA的调节亚单位可以抑制获能反应。获能反应也可被有生物活性的cAMP激动剂所诱发。精子cAMP水平上升依赖于细胞外基质中Ca2+和HCO3-的存在，PKC的抑制物和Ca2+／钙调蛋白依赖的蛋白激酶对cAMP浓度没有影响。2.PKC在哺乳动物精子中，PKC参与精子运动和顶体反应的调控，但目前对其作用知之甚少。用佛波酯(phorbolester)刺激PKC可加速精子的获能，这一反应可被PKC的抑制物所抑制。另外，PKC还可能参与上皮生长因子诱发的获能反应。十四烷酰佛波醇乙酯(PMA)\n和二酰甘油(DAG)能刺激获能精子的顶体反应，这也有助于说明PKC参与获能反应。3.酪氨酸激酶用抗磷酸化酪氨酸的抗体研究发现：小鼠精子中有3种不同的磷酸化蛋白：52kDa蛋白：只在获能精子中被磷酸化；75kDa蛋白：只在获能精子中被磷酸化；95kDa蛋白：在所有实验条件下，其酪氨酸残基总被磷酸化。52kDa，75kDa蛋白可视为获能专一的标记分子。人精子也有类似的酪氨酸磷酸化情况。二、源于雄性生殖道的受精促进肽受精促进肽(fertilizationpromotingpeptide，FPP)是一种由前列腺分泌到精液中的三肽(pGlu-Glu-ProNH2)。研究表明，FPP在精子获能中起一定的作用。将FPP加入到未获能的小鼠或人的精子悬液中，可以实现获能反应和提高受精／穿透能力。FPP还可抑制精子顶体的丢失，使精子维持比较高的受精能力。腺苷(adnosine)能调节腺苷酸环化酶的活性，对获能和未获能的两种精子产生的作用与FPP的作用相似。腺苷与FPP同时使用比单独使用其中一种的效果好。FPP在结构上与促甲状腺素释放激素(thyrotrophin-releasinghormone，TRH)相似，与TRH抗体有交叉反应。早在20世纪80年代，用免疫学方法已检测出哺乳动物的前列腺和精液中含TRH类似物，但是直到1989年才从兔的前列腺复合物中分离出TRH类似物。随后进行了包括人、兔、啮齿类动物前列腺和／或精液中的FPP的研究。最新研究暗示：FPP可能诱发与精子相关的生物学反应，可以最大限度保持精子的受精能力。FPP的受体在小鼠，t-complex基因编码的蛋白TCP-11可能是FPP的受体。人类具有TCP-11的同源基因，提示TCP-11和FPP在生育/低生育力的人中起有一定作用。FPP和TCP-11的作用：刺激精子获能并随后抑制精子顶体丢失的作用，使获能精子数量达到最大，保证更多的顶体完整精子经雌性生殖道到达受精位点。根据已经分离出的人TCP-11同源物的分析结果，TCP-11在调节人精子功能上发挥作用。人的低生育力似乎是由于FPP和／或TCP-11的丢失或结构的改变，导致附着于精子膜的FPP浓度下降所致。体外试验表明，FPP的效应是刺激精子获能，减少由于受精延缓而导致胚胎发育和着床过程的异常。第三节精卵识别的分子基础一、配子识别在自然界中，无论是动物还是植物，为保证其物种的相对稳定性，在繁衍后代的受精过程中，精卵的识别都具有种属特异性，即给定物种的卵子对同源精子的识别与结合具有绝对特异性，异源精子在此将受到严格限制。由于雌雄配子表面具有某些结构互补的特异分子，通过这些特异分子之间特异性的相互作用，保证了雌雄配子的正确识别。精卵识别精卵识别除精子趋化性的距离识别效应，在受精过程中，精子与滤泡细胞、透明带（ZP）和卵质膜等在三个独立的水平准确地相互作用。精子与透明带特异的ZP糖蛋白结合，诱导顶体反应，释放顶体内的酶类并使精子膜成分重新分配、暴露或被修饰。精卵互相黏附，进行膜融合，并诱发卵中的一系列信号转导，导致卵的激活或随后的发育。精子的趋化性趋化性（chemotaxis）是指精子根据化学浓度梯度直接向卵子运动的现象，与精子鞭毛的波状外形有关。与哺乳动物不同，许多水生生物将它们的配子直接释放入外界环境中。在这种情况下，精卵是如何识别并发生受精作用的？\n许多动物（如刺胞动物、软体动物、棘皮动物和尾索动物）的卵母细胞在完成第二次成熟分裂后，分泌具物种特异性的趋化因子卵周特有的微环境控制精子类型使其适时完成受精趋化因子的作用机制趋化因子的作用机制有物种差异。从海胆卵胶膜分离的精子激活肽——resact（其受体为跨膜蛋白）。resact与受体的细胞外部分结合胞质内的鸟苷酸环化酶活化cGMP浓度增加动力蛋白ATPase活化刺激精子尾部的摆动精子向卵母细胞移动并与卵母细胞发生受精作用。具受体功能的精子表面蛋白获能精子在穿过透明带之前，必先附于透明带上。在各种动物中，已提出若干精子表面蛋白在结合透明带糖蛋白过程中起受体作用。1.半乳糖基转移酶（GalTase）体细胞和精子均表达这种细胞表面酶。精子表面的半乳糖转移酶与其配体结合精子G蛋白激活诱导顶体反应。卵激活时皮质颗粒释放N-乙酰基糖酶对ZP3的半乳糖转移酶结合位点进行修饰阻断透明带外围的精子与受精卵或两细胞胚胎的透明带的ZP3结合。2.SP56（透明带附着分子,半乳糖结合蛋白）SP56位于顶体完整的精子头部，是小鼠精子中能与ZP3相结合的少数蛋白之一，能和ZP3半乳糖基特异性紧密结合，但不能与源自受精卵的ZP结合。SP56是一种外周膜蛋白，可能与发放信号通路连接的跨膜蛋白有联系。3.p95：透明带受体激酶（ZRK）ZRK是一种跨膜蛋白，有两个功能域：细胞外的区域可以与ZP3发生特异识别结合，细胞内区域具有酪氨酸蛋白激酶活性。ZRK是一种酪氨酸受体激酶。ZRK和ZP3结合激活酪氨酸蛋白激酶启动一连串信号顶体反应。（三）参与配子间质膜相互作用的黏附分子配子间特异性膜融合暗示:有特殊的分子参与膜融合与膜间识别的调控，精子质膜和卵质膜上均可能有一些黏附作用的分子参与多步融合过程。如海胆精子质膜上的bindin、鲍鱼精子质膜上的lysin、哺乳动物精子质膜上的fertilin和cyritestin、卵质膜上的integrin（卵质膜上fertilin的受体）、DE（CRISP-1，ARP）、细胞外基质蛋白、补体成分及它们的受体等。二、顶体和顶体反应（一）顶体的结构哺乳动物精子的顶体是一个由膜包围、呈帽状的大型分泌囊泡，覆盖于精子核的前端。分为顶体帽和赤道段。最外层为质膜，紧贴其下为顶体外膜，与精子核紧贴的为顶体内膜。顶体内、外膜之间为顶体帽的基质。（二）顶体反应1、无脊椎动物的顶体反应在大多数水生无脊椎动物中，顶体反应包括：顶体膜与精子质膜发生融合及顶体突起的形成。在海胆顶体反应中，首先顶体顶部的顶体膜与精子质膜发生多处融合，随后融合区域逐渐扩大，最后顶体顶部的顶体膜与精子膜完全融合。在融合过程中，顶体泡中的顶体颗粒释放出来，其中含有多种蛋白水解酶，可以溶解卵子表面的胶膜，使精子能到达卵子质膜的表面。顶体突起的形成顶体反应开始后，核窝中没有聚合的肌动蛋白分子，经聚合形成纤维状的肌动蛋白，并组装成一束微丝，其后端固定于核膜外表面，而前端向前伸长，结果在核的前端形成一个指状的顶体突。由顶体泡中释放出来的颗粒物质就主要附着于顶体突的外表面。2、哺乳动物的顶体反应\n顶体帽部分的质膜和顶体外膜在多处发生融合，出现许多裂口，使顶体内的物质从融合处释放出来。顶体反应的重要性一，释放顶体酶（透明质酸酶、顶体粒蛋白、蛋白酶、脂酶、唾液酸苷酸、酸性磷酸酶、β-N-乙酰氨基酸糖苷酶、胶原酶和磷酸酶A等），使精子能通过卵外的各种膜。二，诱发赤道段后方和顶体后区的质膜发生生理变化，以便随后与卵质膜发生融合。（三）顶体反应的调控机制1、离子调控在离子调控中Ca2+主导地位，Ca2+的储存区是顶体反应的激烈区。大多数哺乳动物精子中Ca2+的储存区主要分布在顶体区、顶体后区的顶体外膜的外表面以及精子质膜的内表面；棕熊和黑熊中则均匀分布于顶体赤道段前部的精子质膜、顶体的内外膜上；在豚鼠中主要位于顶体背、腹部的两个特定区域。膜上的Ca2+泵、Na2+/Ca2+交换器和Ca2+通道三个Ca2+转移系统参与调控细胞内Ca2+浓度。Ca2+内流是早期顶体反应的关键。2、脂质调控脂质在精子顶体反应调控机制中起重要作用，由它调控膜的流动性和钙泵的活性。3、磷酸肌醇调控磷酸肌醇的产物是诱发顶体反应的第二信使。三、配子遗传物质的融合（一）海胆的配子融合1、海胆的精卵结合在海胆卵子卵黄膜上存在着精子受体，这种受体对精子的识别具有高度的物种特异性。海胆精子入卵时，精子垂直于卵表。当精子接触海胆卵糖蛋白凝胶时，依赖于cAMP蛋白激酶的活性上升，精子核就开始解凝聚形成雄原核。雄原核形成后旋转1800，其中心粒位于雌雄原核之间，装配成星体，引导雌雄原核结合，以完成遗传物质的融合。2、海胆中精卵结合的特异性海胆精子顶体中存在一种蛋白质——结合素（bindin），这种蛋白质可以结合在去浆膜层的卵子表面。研究发现结合素具有物种特异性，即使是最接近的海胆品种，其结合素都是不同的，这提示在卵黄膜上存在着具有物种特异性的结合素受体。（二）哺乳动物的配子融合哺乳动物精子入卵母细胞后，卵母细胞中的谷胱苷肽将雄原核DNA周围的鱼精蛋白的二硫键还原，使精子染色质解凝聚。随着卵母细胞完成第二次减数分裂，雄原核增大，中心体装配成星体雌雄原核迁移并复制各自的DNA。雌雄原核会合后核膜崩解，染色质浓缩成染色体，定向于有丝分裂的纺锤体，形成二倍体核。四、透明带与精子不同动物卵子的透明带的厚度不一样，均由多层组成。它的主要功能为：顶体胞吐作用、精卵识别、卵子与精子顶体结合、精子激活和阻断多精入卵。（一）透明带的结构和性质透明带是由多种糖蛋白组成（猪透明带的分析，其中蛋白质占71%，糖19%，其余为唾液酸、硫酸盐、磷脂等。小鼠透明带主要由ZP1、ZP2和ZP3三种磺酰化的糖蛋白组成）。透明带对pH的改变十分敏感，68～70℃的温度可使透明带溶解。透明带具有强的异种抗原性，能诱发被免疫的动物产生组织特异性抗体，这种抗体具有种间交叉反应。（二）精子附着于透明带的情况\n精子在穿过透明带前必须先附着于透明带，但各种动物附着于透明带时，它的顶体是否已发生反应则不完全一样（小鼠只有顶体完整的精子才能附着，附着后才发生顶体反应；豚鼠只有顶体反应的精子才能附着；仓鼠无论是发生顶体反应的还是完整的精子均能附着于透明带）。精子附着于透明带一般是有种特异性的，但不同动物之间也存有差异。例如人的精子极易附着于人卵，而不能附着于其它哺乳动物或灵长类的卵；仓鼠则相反，无论顶体反应产生与否，还是同种或异种的卵均可附着。透明带与精子相互识别的分子机制已被广泛研究，研究发现在精子细胞膜上至少有3种吸附蛋白可与ZP3结合，分别是半乳糖结合蛋白、半乳糖转移酶和透明带受体激酶。（三）精子穿过透明带精子穿过透明带所需的时间仓鼠为3～4分，小鼠平均约20分钟；许多动物的精子都是斜穿过透明带的（猪的精子穿过透明带是45°夹角倾斜穿入的），没有一个精子是呈90°角穿入的。精子穿过透明带的因素：一是精子获能后的急剧运动加速精子穿过透明带；二是顶体酶释放出来后可软化或溶解透明带物质。精子穿过透明带时对pH的要求比较严格：大鼠为7.7，小鼠为7.3～7.7，仓鼠为6.8～8.2。精子穿过透明带的能力与精子发生顶体反应后相持时间的长短有关（仓鼠精子顶体反应之后很快就失去受精能力。孵育2小时，完全能穿过透明带，随孵育时间的增加，受精能力逐渐下降，孵育6小时或以上就不能穿过透明带），这可能与精子顶体酶失去作用和精子失去超活化的活动能力有关。五、配子融合与阻止多精入卵机制（一）配子融合精子通过与卵黄膜或透明带的相互作用，发生顶体反应，释放的水解酶溶解和精子结合的卵黄膜或透明带，并在该位置进行精卵细胞膜的融合。雄雌配子的融合在大多数卵子中被限定在特定的区域内。具有受精孔的卵子（如鱼类、昆虫等），在受精孔下的卵膜通常是精卵融合的部位；许多动物（如水螅类、管水母和两栖类），精卵融合的位置发生在极体附近。1、精卵质膜融合精子穿过透明带后，头部迅即平卧，并牢固地贴附于质膜上，首先是赤道段或顶体后区的精子质膜与卵的质膜融合，融合处破裂后，精子的质膜与卵子的质膜形成了一连续的膜，随着两者的质膜融合、破裂继续向尾部延展，整个精子就被“拖入”卵内。精卵质膜融合与精子穿过透明带相比较，种特异性就没有那样严格，许多动物精子均可与去掉透明带的异种卵发生融合。2、雌雄原核融合许多动物（如海胆、文昌鱼和蛙等）的精子头部进入卵子的细胞质后即转180°，但有的动物（如大鼠、小鼠）则无此现象，旋转的意义可能是使精子的近端中心粒朝向卵子的中央。精子入卵后，精子核开始膨大、染色质去致密、核膜消失但不久有重新形成新的核膜，精子头就变成了雄原核。卵母细胞完成第二次减数分裂形成雌原核。以后雌、雄原核移向卵的中央，相遇、核膜消失，染色体彼此混合在一起，准备进行第一次卵裂。在两栖类和哺乳类的卵内，具有调控精子解凝和原核化的物质，分别称为精核解凝因子（spermnucleusdecondensedfactor,SNDF）和精核原核化因子（spermpronuc-leusdevelopmentfactor,SPDF），但是目前关于SNDF和SPDF的组分性质及调控模式还不太清楚。3、精卵融合的调节①流感病毒的HA蛋白和仙台病毒的F蛋白可以引起细胞融合，海胆结合素也是这样一种蛋白质。②金属内切蛋白酶是一种在海胆和海鞘中与精卵融合相关的蛋白质，这种酶的蛋白水解作用可以形成融合位点或改变细胞膜空间抑制结构。③PH-30是一种糖蛋白，通常被称为受精素（fertilizin），这种位于哺乳动物精膜上的蛋白质在精卵融合中发挥重要作用。\n（二）阻碍多精入卵与皮层颗粒反应许多精子都可以到达卵子的表面并与之吸附，但是通常只有一个精子能完成受精，称为单精受精（monospermy）。多个精子入卵受精称为多精受精（polyspermy），将导致死亡或不正常的发育。阻止多精受精的机制1、快速阻碍多精入卵卵子的细胞膜既与精子融合帮助精子入卵，又可以防止精子的融合确保单精入卵。卵膜的这种快速阻碍多精入卵作用是通过改变自身膜电位形成的。正值的膜电位会使精子中存在一种对电位敏感的融合蛋白失去活性。2、皮层颗粒反应（corticalgranulereaction）卵的皮层由15000个皮层颗粒组成，它常分布在卵膜下方。当精子穿入卵子时，精卵质膜融合、破裂，导致卵的皮质颗粒释放，称为皮层颗粒反应。排出的皮层颗粒内含物（粘多糖类）一部分与卵外的卵黄膜一起形成受精膜，另一部分留在卵子与受精膜之间吸收水分后形成卵黄周隙。受精膜的产生等变化一直被认为是把后来的精子“拒之门外”以保证单精入卵的作用。当哺乳动物的精子与卵质膜接触时，皮质颗粒也首先在接触处与质膜融合、发生破裂，释放出多种酶，然后逐渐向卵的四周扩散，并改变透明带上的精子结合受体——ZP2、ZP3，从而把与其结合的精子从透明带上释放出来，并防止精子重新结合，这被称为透明带反应。3、钙的作用皮层颗粒反应的机制与顶体反应基本相似，Ca2+作为细胞内信使发挥了极其重要的作用。通过受精，海胆卵细胞中的游离Ca2+浓度明显升高皮层颗粒的质膜与卵膜从精子入卵的部位开始呈波动状向周围逐渐融合，并以胞吐的形式排出其内含物，最终在卵子的整个皮层发生反应。六、卵的激活机制受精过程中，卵子被激活开始发育同样重要。成熟的卵母细胞处于休眠状态，表现为代谢降低，细胞的呼吸活动、RNA的转录和蛋白质的合成大幅度降低，其中DNA的合成完全停止。当精膜与卵膜融合后，通过信号转导激活了卵子的发育。经精子刺激，成熟卵从休眠状态进入活动状态，称为卵激活。精子诱导卵激活的两种假说（一）受体假说（二）融合假说伴随着精子与卵质膜的融合，一种可溶性精子因子入卵，激活卵子。迄今尚未分离出精子因子，但其活性对热和胰蛋白酶敏感，提示可能是一种蛋白质。第三章卵裂受精仅仅是个体发育的第一步。受精卵在获得了新的遗传物质和进行了细胞质的重排后，通过卵裂——多次的有丝分裂将大量的卵质分配到无数个较小的、具核的细胞中去，形成一个多细胞的生物体。在大多数种类的动物中，受精后早期胚胎细胞分裂的速度以及各卵裂球所处的位置都是由贮存在卵内的母型mRNAs和蛋白质所控制。卵裂的主要特点1.分裂周期短：间期短或裂球不经过间期，只有S期和M期。\n2.分裂球的体积下降，核/质比增大：卵裂期间，多数种类裂球本身不生长，但核物质要复制，故随着分裂次数增多，裂球体积渐小，核的体积不变。如海胆受精卵的核/质比为1/550，囊胚时上升至1/6;3.早期卵裂中合子基因大多处于休眠状态；4.卵裂常经历由均等裂向不均等裂变化。如海胆的卵裂。受精卵是以二分裂、四分裂和八分裂的方式进行，细胞在两次分裂之间无生长期，而细胞核以极高的速度分裂，其分裂速度甚至超过癌细胞。卵裂的速度与环境的温度有关，一般地，温度高卵裂快，温度低卵裂慢。第一节胚胎的卵裂方式部分细胞质被分割，而卵黄部分不分裂。卵裂可分为两大类型完全卵裂（holoblasticcleavage）：卵黄少而分布均匀的合子，卵裂后整个卵子被完全分割。不完全卵裂（meroblasticcleavage）：又称偏裂，卵黄多而集中的合子，卵裂时仅有一部分细胞质被分割，而卵黄部分不分裂。（一）完全卵裂卵裂沟通过整个受精卵，同一次分裂出来的子细胞大体相等。一般发生在少黄卵和匀黄卵或中量黄卵。如海胆、文昌鱼、蛙和大部分哺乳动物的卵裂。通过与卵子的赤道面（equatorialplane）垂直的卵轴面的卵裂叫经线裂（meridionalcleavage）,或指卵裂面与A－V轴平行的卵裂方式。沿赤道面进行的卵裂称为纬线裂（latitudinalcleavage），或指卵裂面与AV轴垂直的卵裂方式。1.辐射型卵裂(radialcleavage)辐射型卵裂即全等卵裂。是最简单的卵裂方式，该卵裂有2个基本特征：①卵裂沟有规律地相互垂直，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。棘皮动物、文昌鱼属于辐射型卵裂。（1）海鞘的卵裂第一、二次卵裂：为经线裂，两次卵裂沟相互垂直，产生4个大小相等的卵裂球。第三次卵裂：为纬线裂，胚胎平均分成8个大小相等的卵裂球，4个在动物极，4个在植物极。第四至第八次卵裂：分别是经-纬-经-纬-经裂，产生256个卵裂球。在前几次卵裂，胚胎为一实心的球体，叫桑椹胚（morula）。8次分裂后产生的256细胞柱形胚胎在两极细胞移动封口后成为中空柱形囊胚（blastula）,中央的空腔叫囊胚腔（blastocoel）。（2）海胆的卵裂海胆（seaurchin）的卵裂也是辐射型卵裂，前三次卵裂与海鞘相同。第六、第七次卵裂，所有的细胞分别沿经线和纬线分裂，形成由128个细胞组成的囊胚。（3）两栖类的卵裂（不均等的辐射型卵裂）大多数蛙和蝾螈的卵裂是辐射型卵裂。但两栖类卵在植物极富含卵黄，成为卵裂的障碍。因此，第一次卵裂开始于动物极并慢慢延伸入植物极。蛙卵卵裂时，受植物极卵黄的阻碍，第一个卵裂完成之前，第二个卵裂沟已于动物极开始形成。第一、二次卵裂:经线裂。第三次卵裂:纬线裂,卵裂沟紧靠动物极一端。在动物极形成4个小的卵裂球，而植物极形成4个大的卵裂球。这种不均等的分裂使胚胎形成两个不同的区域，一个是靠近动物极的迅速分裂的小卵裂球区域，另一个是靠近植物极分裂较慢的大卵裂球区域。在两栖类，由16至64细胞构建的胚胎称为桑椹胚。在128细胞阶段，囊胚腔形成，称为囊胚。\n蛙类的囊胚腔的形成：第一次分裂后两个子细胞的动物极端相接触，产生一个裂缝，它将扩大成为囊胚腔。囊胚腔的作用：有利于原肠作用期细胞的移动、防止囊胚腔上下细胞的过早交流。2.螺旋型卵裂（spiralcleavage）是辐射型卵裂的变换方式。许多环节动物、涡虫纲动物、纽形动物门动物和除头足纲外的所有软体动物的卵裂是螺旋型卵裂。代表动物为螺类。第一、二次卵裂与辐射型卵裂相似，第三次分裂为斜裂，分裂面成45度角倾斜，于是裂球呈螺旋状排列。螺旋形卵裂形成的囊胚没有腔，为实心囊胚。旋转有右旋和左旋之分。从动物极向下看，分裂球顺时针方向旋转的为右旋型，反之，为左旋型。螺旋型卵裂与辐射型卵裂不同之处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，细胞间接触面积更大；③螺旋型卵裂通常只经过较少次数的卵裂就开始了原肠形成，这为我们跟踪每一个细胞的发育命运提供了便利。3.两侧对称型卵裂(基本与辐射型相同)该卵裂主要见于水螅。海鞘也属于该卵裂。该卵裂的主要特征是：第一次卵裂的分裂面即为中线面，是胚胎唯一的对称面，它将胚胎划分为左右成镜像对称的两部分，由此确定了成体的左右侧，以后裂球在两侧作有规律的对称发育。4.旋转型卵裂绝大多数哺乳类的卵裂程序没有规律，一个个裂球单独分出。哺乳动物的卵裂最难研究哺乳动物的卵子小，难以操作。人类的受精卵直径仅100μm，肉眼几乎看不见，是非洲爪蟾卵体积的千分之一。哺乳动物受精卵的数目也无法与海胆和蛙的相比。哺乳动物的胚胎发育是在一个器官内完成，而不是在体外完成的。哺乳动物的受精发生在输卵管的壶腹部，减数分裂于受精后完成。第一次卵裂在受精一天后发生。与其他动物相比，哺乳动物的卵裂是最缓慢的卵裂，12~24h完成一次。哺乳动物卵裂的特征①卵裂速度缓慢。②卵裂球间排列方式很独特。③早期卵裂不同步。紧密化（compaction）哺乳动物与其他类型卵裂之间最关键的区别是存在紧密化现象。在8-细胞阶段前的卵裂球之间有许多空间呈松散型排列。在第三次卵裂后，各卵裂球然相互靠近，卵裂球之间的接触面增大，形成一个紧密的细胞球体。紧密堆积的排列是通过球体外层细胞之间形成紧密连接而维持的，这种连接把球的内部封闭起来。在球体内部的细胞之间有缝隙连接，小分子和离子能相互往来。紧密化的细胞分裂后，形成16个细胞的桑葚胚。在桑葚胚中有1~2个细胞属内细胞群，大多数的外层细胞分裂产生滋养层细胞。滋养层细与内细胞群的分离代表了哺乳动物发育中的第一个分化事件。最初的桑椹胚是实心的，后来在成腔作用过程中，滋养层细胞向桑椹胚中分泌液体产生囊胚腔，内细胞群则位于滋养层细胞环的一侧，形成胚泡（blastocyst），是哺乳动物卵裂的另一个标志。细胞表面和紧密化的机制直到8细胞期时，各个卵裂球在生化上、形态上、发育潜能上没有明显的差别，都具有发育成滋养层细胞和内细胞群细胞（innercellmass）的两种可能。而胚胎的紧密化产生了具有极大差别的内部和外部细胞。研究表明，这是由细胞在胚胎中停留的位置决定的。研究表明，相邻细胞间的表面作用是导致细胞紧密化的原因，而细胞表面分子（如Ecadherin\n、蛋白激酶C、二乙酰甘油等）在紧密化作用中起着重要作用。在紧密化过程中，细胞骨架的重组也能修饰改变细胞膜。由肌动蛋白微丝延伸形成的微绒毛出现于相邻细胞的表面，并在细胞间相连。这些微绒毛可能是E-cadherin介导细胞间粘着的位点。内细胞群的形成内细胞群的产生是哺乳动物早期发育的关键步骤。研究发现该过程依赖于细胞于某一正确时间出现在某一正确的位置。通过紧密化作用形成内部和外部特性具重大差异的细胞，外层的细胞将形成滋养层细胞，内部的细胞将发育成胚胎。因此，一个细胞是否成为胚胎或滋养层细胞，完全取决于紧密化作用后细胞所出的位置是位于外周还是内部。胚泡脱离透明带当胚胎在输卵管内向子宫运动时，滋养外层细胞膜靠近胚泡腔的一面上的钠/钾泵向胚泡腔中转运钠离子渗透压增高，水分进入胚泡腔，胚泡在透明带中不断膨胀。位于胚泡细胞膜上的胰蛋白样水解酶能把透明带的纤维基质消化出一个洞。通过在透明带上溶出的小洞，加上胚泡的膨胀压力，胚泡从透明带中挤出来。一旦脱离透明带，胚泡直接与子宫接触。借助于细胞外基质中的胶原蛋白、透明带糖蛋白、黏着蛋白、透明质酸和硫酸己酰肝素受体，子宫上皮将囊胚“捕获”。一旦胚泡植入子宫上皮组织，胚泡会释放出如胶原酶、stromelysin、血纤维蛋白溶原酶活化因子等蛋白酶，消化子宫内膜组织的细胞外基质，以便于胚泡埋入子宫壁。（二）不完全卵裂昆虫、乌贼、鱼类、爬行类和鸟类等的卵子含有大量的卵黄，这些卵在卵裂过程中受到卵黄的阻碍，卵裂沟不能通过整个卵，而出现局部卵裂，即卵裂仅发生在卵子细胞质的一小部分，称为不完全卵裂。不完全卵裂可分为盘状卵裂和表面卵裂。1.盘状卵裂盘状卵裂即细胞分裂发生在一小片不含卵黄的盘状细胞质里。爬行类、鸟类和鱼类为典型的极端黄卵，细胞质和细胞核被大量的卵黄挤到了动物极的顶面，形成薄而狭小的区域，卵裂仅局限在该区，裂球构成胚盘。（1）鸟类的卵裂卵裂在胚盘里进行，卵裂沟出现在胚盘的中央。卵裂一个单细胞层的胚盘。起初，这个细胞层与下层的卵黄相连，随后，细胞层数增加，细胞之间有紧密连接，这时在胚盘和卵黄之间出现胚下腔。在这个时期，胚盘中央的细胞与卵黄分离，看起来较透明，称为明区，而胚盘周围的细胞仍与卵黄连在一起，看起来颜色较深，称为暗区。到卵产出前，胚盘大约含有60000个细胞。其中一些细胞发生了分层，在胚下腔中形成了第二层细胞。这样，产出的卵的胚盘中有2层细胞：上胚层（epiblast）和下胚层（hypoblast）细胞，它们之间的空腔是囊胚腔。（2）鱼类的卵裂近几年来，斑马鱼已成为研究脊椎动物发育的很好的实验材料。这种鱼产卵次数多，可全年繁殖，胚胎透明，体外发育，有利于进行观察；斑马鱼很容易人工饲养，其突变体易被筛选和增殖；它们发育很快，受精后24h，胚胎就具备大部分的组织和器官原基，并显现出蝌蚪状特征。鱼类的多卵黄的发育同鸟类相似，细胞分裂仅仅在动物极胚盘中发生。2.表面卵裂大多数昆虫的受精卵进行表面卵裂。昆虫的卵子中央有大量的卵黄，细胞质分布于卵的周围，因此，卵裂也在表面进行，故称表面卵裂。这种卵裂的另一个特点是：细胞核分裂后，细胞质并不立即发生分裂，因此形成含有许多细胞核的合胞体。卵黄只是影响物种卵裂方式的因素之一，一些遗传下来的卵裂方式可能与卵黄的分裂抑制影响相叠加，这可以在只有少量卵黄的均黄卵中观察到。\n另一个决定卵裂方式的因素是有丝分裂器（mitoticapparatus）在卵质中位置和定向。大多数动物的有丝分裂器与卵轴垂直或平行，卵裂是对称的。如果有丝分裂器与卵轴成斜角，卵裂就呈螺旋式。二．卵裂的机制（一）卵裂周期体细胞的细胞周期分为4个阶段：M期：分裂期，核分裂相；G1期：DNA复制的间期；S期：DNA的合成；G2期：核分裂的前期。这些时相的推进受生长因子调控。胚胎细胞的分裂速度特快。特别是体外产卵、体外孵化的动物早期卵裂细胞，其细胞周期仅由M期和S期两个阶段组成。（二）卵裂细胞特殊性的来源卵裂细胞周期短、分裂速度快的特性源于卵母细胞的特殊性。对于果蝇、蛙类和鱼类这些具有较大卵子的胚胎来说，其发育和增殖所需的蛋白质、mRNA和其他营养物质已在其卵子发生过程中预先储存，因而在其早期卵裂时，合子基因组几乎不必行使其功能，仅在母型物质的驱动下，通过有丝分裂传递给所有细胞。另外，就大多数物种来说，卵裂期间的胚胎体积没有增加，只需将事先储存的大量卵质分配到不断增多的小细胞中。早期胚胎细胞快速分裂的结果是细胞质与核的比例不断缩小。当比例缩小到一定限度，一些基因开始被激活。（三）卵裂的调控机制卵裂调控因子位于卵质中，因此，细胞分裂是由卵质调控的。卵裂细胞周期调控的因子位于卵质中，其成分到底是什么？调控机制又有哪些特殊之处呢？对果蝇早期胚胎卵裂周期调控机制的研究发现，其调控的主要成分是MPF激酶及其调控因子cdc25磷酸酶。（四）参与调控的因子1.促成熟因子（MPF）MPF是孕酮产生并诱导恢复减数分裂的因子，最先于排出的蛙卵中发现，它不仅具备恢复减数分裂的能力，而且在受精后的双相周期中继续发挥作用。在早期蛙的卵裂球中，MPF的活性于M期时最高，而在S期是几乎检测不到。MPF含有两个亚基：催化亚基cdc2激酶和调节亚基细胞周期性蛋白。（1）cdc2激酶cdc2激酶为cdc2基因的产物，简称p34。p34以磷酸化与非磷酸化两种形式存在，在161位苏氨酸（T-161）磷酸化和15位酪氨酸（Y-15）去磷酸化时才显示出活性，使多种蛋白质磷酸化。①与DNA结合的组蛋白H1的磷酸化能导致染色体的浓缩。②MPF使核膜中的三种细胞骨架蛋白高度磷酸化，解聚并破裂。③在有丝分裂期间RNA聚合酶的磷酸化可能会导致转录受阻。④胞质内肌球蛋白的调节亚单位磷酸化后会失去活性，可在有丝分裂的早期阶段阻止细胞分裂直至染色体分离。（2）细胞周期蛋白细胞周期蛋白（cyclin）的合成呈周期性变化，于S期末开始合成积累，M期降解。细胞周期蛋白mRNA贮存于卵母细胞质中，如果他们的翻译过程被选择性地抑制，细胞就不能进入M期。MPF的合成和降解导致了细胞的周期性分裂，而细胞周期蛋白降解被阻止，MPF一直保持活性，细胞分裂则停滞于M期。MPF的活化有赖于Y-15的去磷酸化。参与组成MPF的细胞周期蛋白为cyclinB，与cdc2激酶结合MPF复合物cdc2激酶亚单位的14\n位苏氨酸（T-14）、15位酪氨酸（Y-15）和161位苏氨酸（T-161）磷酸化，其中，T-161的磷酸化是MPF获得活性的必要条件，而T-14和Y-15的磷酸化则抑制其活性，但具活性的潜能，因而被称为pre-MPF。在后S期，pre-MPF开始形成并积累增加。2.cdc25磷酸酶核分裂始于MPF催化亚基p34的15位酪氨酸（Y-15）突然去磷酸化，而p34的去磷酸化依赖于cdc25磷酸酶的出现。分裂的细胞合成了自己的cdc25磷酸酶，而不分裂的细胞不合成。源自卵母细胞的母型mRNA合成的细胞周期蛋白为核分裂的限速步骤。由于卵母细胞cdc25磷酸酶mRNA合成的蛋白的降解，导致细胞分裂停滞在14周期的中期，大量的pre-MPF积累。pre-MPF的T-14和Y-15被合子型cdc25磷酸酶去磷酸化第14、15、16次核分裂才能被启动，这样，核分裂才得以从母型调控转向合子型调控。3.其他细胞周期蛋白和依赖细胞周期蛋白激酶MPF是首先发现的依赖细胞周期蛋白激酶家族的成员。凡属依赖细胞周期蛋白激酶家族的成员都由一种细胞周期蛋白和一种依赖细胞周期蛋白的激酶（cdk）组成。在成熟的脊椎动物的细胞中至少7种cdk和十几种细胞周期蛋白被鉴定出来。在这些依赖细胞周期蛋白激酶的成员中，MPF（cyclinB/cdk1）调控细胞由G2期进入M期，而cyclinE/cdk2则使细胞获得由G1进入S期的能力。细胞周期蛋白的调控是发育中的关键。在成熟的脊椎动物细胞中，cyclinD/cdk4、cyclinD/cdk6在发育中也发挥了重要的作用。在许多细胞类型中，它们是控制细胞分裂和细胞分化的导向标（dichotomy）。4.细胞分裂检查点：DNA和纺锤体细胞周期是由胞质分裂、DNA复制、纺锤体装配和细胞代谢等参与的错综复杂的过程。在这个过程中，cyclin和cdk不仅是调节的靶子，而且又是调节的效应器。细胞周期蛋白系统是这些事件的协调者。细胞分裂检查点（checkpoint）是一类维持细胞内各事件之间正常依赖关系的调控机制，其分子机制现在已开始研究。5.细胞静止因子细胞静止因子（cytostaticfactor,CSF），可使细胞分裂停止。CSF使卵母细胞停滞在第二次成熟分裂的M期，这种蛋白含有c-mos和cdk2基因的产物，它是通过阻止细胞周期蛋白的降解而发挥作用。受精过程中钙离子释放启动细胞周期蛋白的降解细胞能进行DNA复制。细胞周期由MPF的活性来决定，而MPF的活性是通过细胞周期蛋白的合成和降解来控制的。三.细胞质的分裂细胞分裂实际上有2个过程，一个是核分裂（karyokinesis），另一个是细胞质分裂（cytokinesis）。细胞质分裂是将细胞质和细胞膜一分为二的过程。（一）有丝分裂的细胞骨架机制研究表明，核分裂和细胞质分裂所需动力分别是由微管构成的纺锤体和由微丝构成的收缩环提供的。（二）新细胞膜的形成卵裂以后，细胞的数目增加，细胞膜的总面积也大大增加。新的细胞膜有2个来源：（1）新合成的细胞膜；（2）旧的细胞膜基础上的扩展。四.囊胚（Blastula）卵裂早期裂球之间并无明显的间隙，形成一实心的多细胞球体，例如哺乳类的桑椹胚。卵裂晚期，裂球之间逐渐出现腔隙，随着裂球的增多，细胞间的这个腔隙也扩大，形成囊胚腔。囊胚的类型有:腔囊胚、盘状囊胚和表面囊胚。（一）腔囊胚\n均黄卵或少黄卵经多次卵裂，形成皮球状的囊胚，中间有一较大的囊胚腔，这种囊胚就称为腔囊胚。如海胆、文昌鱼的囊胚属之。蛙卵虽为多黄卵，但非极端黄卵；虽为全裂，但为不等裂。因此，囊胚壁由多层细胞构成，而且动物极的细胞小，植物极的细胞大，囊胚腔偏向动物极，称偏腔囊胚。哺乳动物的囊胚（胚泡）也属于腔囊胚，但其发育具有特点：囊胚壁与内部细胞已有初步分化，囊胚壁层为滋养层，在动物极有一团细胞称内细胞群（innercellmass）。（二）盘状囊胚鸟类的极端端黄卵，由盘状卵裂形成的盘状囊胚，仅仅是一薄层细胞贴在球形卵黄上，胚盘显得很小，其下方的腔为胚盘下腔。卵黄上没有一层细胞覆盖，而呈裸露状态。这时胚盘可分为中央的明区和周围的暗区。（三）表面囊胚昆虫的中黄卵进行表面卵裂。到囊胚期周围有一层裂球包在一团实体的卵黄外面，没有囊胚腔。第四章原肠作用--胚胎细胞的重组一、原肠胚（gastrula）原肠胚是继囊胚之后的一个极为重要的发育阶段，是多细胞动物发育过程中真正具有结构的起点。在这一时期，囊胚细胞通过运动而发生细胞重排，使胚体细胞被重新定位，初步形成多胚层的胚体。在原肠胚期，囊胚细胞彼此之间的位置发生变动，重新占有新的位置，并形成由三层细胞构成的胚胎结构：转移到胚胎内部的细胞形成内胚层和中胚层；在胚胎表面扩展的细胞形成外胚层。同时开始新形成胚层之间的相互作用，进而形成结构复杂的胚胎有机体。进入原肠胚的重要性和基本的变化就是在单一胚层的基础上，通过一定的方式形成二胚层或三胚层。二、原肠作用(gastrulation)在原肠胚期细胞迁移和分化过程称作原肠形成或原肠作用（gastrulation）。原肠作用是胚胎细胞剧烈的高速有序的运动过程，通过细胞运动实现囊胚细胞的重新组合。原肠作用是从尚未分化进入到分化为三个胚层和决定各器官原基的关键时期。原肠胚的特点1.细胞继续分裂,但稍慢,略有生长；2.细胞核开始起作用,代谢较为旺盛,新的蛋白质开始合成；3.胚胎开始分化为不同的胚层。（一）原肠作用的方式原肠作用（原肠胚形成的过程和方式）非常复杂，细胞运动涉及整个胚胎所有的细胞，而且胚体各部分细胞的运动又必须保持协调。不同动物卵子的类型不同、卵裂类型不同，所形成的囊胚类型也不同，原肠作用的方式也不同。1.外包（epiboly）2.内陷（invagination）3.内卷（involution）两栖类的囊胚后期，动物极的细胞增殖并向植物半球下包，并在赤道区的一个地方首先形成一个弧形内陷，内陷处的背侧缘称背唇(dorsallip)，在背唇两侧细胞继续陷入形成侧唇(laterallip)，腹侧缘形成腹唇(ventrallip)。进一步，细胞通过背唇、侧唇和腹唇向内卷入。4.内移（ingression）5.分层（delamination）6.多内陷（polyinvagination）\n三.海胆的原肠作用海胆囊胚由1000个左右单层细胞构成，预定中胚层位于植物极的中央，与它相邻的为预定内胚层，其余部分均为预定外胚层。在囊胚细胞的外表面，附着一层胞外透明层，而内表面附有细胞外纤层。（一）初级间充质细胞的内移囊胚从受精卵中孵化不久，圆形囊胚的植物极一侧开始变厚变平，称为植物极板。在植物极板中央的一簇小细胞（小裂球）分化脱离表面单层细胞进入囊胚腔，称为初级间充质细胞（primarymesenchymecell），这些细胞占据囊胚腔预定腹侧面。（二）早期原肠内陷原肠作用最主要的是植物极板的向内弯曲、内陷。（三）晚期原肠内陷早期原肠内陷完成之后，经过短暂停歇，原肠大幅度拉长，又粗又短的原肠变成又细又长的管状结构。这种细胞插入重排使组织变细同时向前延伸的现象称为集中延伸。当原肠顶端接触到囊胚腔壁时，次级间充质细胞分散进入囊胚腔，最终形成中胚层器官。囊胚腔壁接触到原肠的位置最终形成和原肠融合形成消化管。海胆作为后口动物，其胚孔位置最终形成肛门。四.文昌鱼的原肠作用文昌鱼是和脊椎动物亲缘关系最近的无脊椎动物。其成体结构和胚胎发生过程与无脊椎动物有相似之处，同时，文昌鱼和脊椎动物也有一些共同特征（有脊索和神经管，有鳃裂和体节，胚胎发生时有消化管和神经管相通的神经肠管等）。因此，研究文昌鱼胚胎发生对探讨脊椎动物起源具有重要意义。文昌鱼囊胚由包围囊胚腔的单层细胞构成。原肠作用开始时，植物极预定内胚层细胞伸长植物极板向内弯曲内陷内陷的细胞层逐渐挤压囊胚腔而与动物极细胞靠近由双层细胞构成的杯状结构。外面一层为外胚层，以后分化成表皮和神经系统；里面一层为中胚层和内胚层，也称为内中胚层（endomesoderm），以后分别分化成脊索、肌节和消化管。文昌鱼原肠作用方式除植物极板内陷外，还包括胚唇细胞的内卷。五.鱼类的原肠作用（一）中期囊胚转换和细胞运动性的获得在斑马鱼第10次卵裂期间，细胞分裂不再同步，新的基因开始表达，细胞获得一定的运动能力，这种现象称为中期囊胚转换（midblastulatransition，MBT）。中期囊胚转换发生时间可能是由细胞的核质比例所调节。鱼类胚胎中最早的细胞运动是胚盘细胞沿卵黄四周下包。初始阶段，胚盘内层细胞向外周迁移，插入表层细\n胞中。稍后表层细胞沿卵黄表面下包，直到将卵黄全部包围。表面细胞层叫包被层（EVL）。EVL与位于卵黄顶部的卵黄合胞体层（YSL）紧密结合并在其牵引下扩展，而YSL和EVL之间产生的空隙由胚盘深层细胞所填充。（二）胚盘形成当斑马鱼胚盘细胞包绕一半的卵黄时，包被层周边胚孔周围开始加厚，形成胚环，由外层上胚层和内层下胚层构成。内层下胚层可能由胚盘边缘表层细胞内卷形成或由胚盘表层细胞直接内移形成。下胚层一旦形成后，上胚层和下胚层的深层细胞向胚胎预定背侧迁移，形成一个加厚区域，称为胚盾。胚盾在功能上相当于两栖类的背唇。胚盾下胚层细胞向背中线集中脊索中胚层，即脊索的原基。六.两栖类的原肠作用（一）两栖类原肠作用时细胞的运动两栖类囊胚与棘皮动物和鱼类的原肠作用所面临的基本任务完全相同，即把终将形成内胚层器官的细胞拖入胚胎内部，把终将形成外胚层的细胞置于胚胎四周，而把终将形成中胚层的细胞置于外胚层和内胚层之间适当的位置。蛙类原肠作用首先从将来胚胎的背侧赤道下方的内胚层区域开始。在这一区域局部细胞内陷胚孔，内凹的唇形结构叫背唇。内陷细胞形状发生剧烈变化：细胞主体部分向胚胎内部移动，但仍通过细长的瓶颈样结构与胚胎外表面相通。这些细胞称为瓶状细胞，它们沿最初的原肠排列。胚孔是原肠的起始位置，随后在胚孔处，原肠像海胆那样开始内陷。但海胆原肠内陷的位置在植物极板，而两栖类原肠内陷的位置在囊胚的赤道面下动植物极的接合处。原肠作用中细胞的运动包括胚孔周围细胞的内卷以及动物极细胞的下包和向胚孔处集中。迁移中的胚孔背唇处的细胞自胚孔卷入胚胎内部，其位置由周围的细胞来\n填充，形成新的胚孔背唇，因此构成背唇的细胞在不断更换。随着原肠的不断延伸，囊胚腔被挤压到与背唇相对的一侧。胚孔处瓶状细胞继续形成和内卷先后形成侧唇和腹唇。通过侧唇和腹唇，外胚层细胞中的中胚层和内胚层细胞继续内卷，使胚孔形成一环状，包绕在内胚层细胞周围；这些内胚层细胞仍然暴露在植物极外面，称为“卵黄栓”。最终，卵黄栓也被包入内部。至此，内胚层细胞进入胚胎内部，外胚层细胞包被胚胎表面，中胚层细胞位于内、外胚层之间。七.鸟类的原肠作用鸟类胚胎经过卵裂在大量的卵黄上形成一个胚盘（blastodisc）。胚盘下方“惰性”的卵黄对上面细胞的运动施以严格限制。（一）下胚层和上胚层的形成鸟类胚盘的某些细胞上胚层单个地迁移到胚下腔中形成初级下胚层。稍后，胚盘后缘有一层细胞向前迁移和初级下胚层汇合次级下胚层。由上胚层和下胚层组成的双层囊胚在暗区边缘连接在一起，两层之间的空间为囊胚腔。下胚层细胞并不参与鸟类胚体的发育，整个胚体都从上胚层细胞发育而成，因而胚胎的三个胚层都来源于上胚层，下胚层细胞主要参与胚外结构的形成。（二）原条的形成鸟类、爬行类和哺乳类原肠作用的主要特征性结构是原条。上胚层细胞增生快，向胚盘中线一端迁移，胚盘变成盾形，在尾侧形成一条细胞索---原条（决定胚的头尾方向和中轴）。在原条中出现一凹陷，称为原沟，原沟\n与胚孔作用相似。原条头端细胞聚集形成原结或亨氏结。原结在功能上相当于两栖类胚孔的背唇。内胚层和中胚层的形成原条处上胚层细胞下陷，在上下胚层之间铺开→胚内中胚层，并挤走下胚层细胞。原结中央细胞凹陷→原窝，突向头端→脊索（脊柱发生的原基）。八.哺乳类的原肠作用哺乳类和鸟类都是由爬行类演化而来，因此，哺乳类发育模式和鸟类以及爬行类相似。哺乳类的内细胞团可以看作是坐落在想象的卵黄球顶部的胚盘，它按照与其祖先爬行类相似的模式发育。（一）体内发育带来的变化哺乳类胚胎在母体内发育，而不是离体的卵子发育。胚胎直接从母体获取营养，而不是从卵子所贮备的卵黄获取营养。哺乳动物的这一进化导致母体解剖结构发生巨大变化以及胚胎在发育时形成一些特殊的结构，如尿囊、胎盘等。无论是胚体本身还是胚外结构，都是从囊胚细胞分化而来。（二）胚泡形成第一周末，桑椹胚内部出现一个腔，这时胚呈水泡状---胚泡（blastocyst）。透明带消失。胚泡由内细胞群和滋养层构成。内细胞群进一步发育分化出上胚层和下胚层。（三）二胚层胚盘及相关结构的形成1.上下胚层的形成(内细胞群的分化):第二周（１）在胚泡植入过程中，内细胞群开始分化。①靠近胚泡腔的细胞排列成一层立方状细胞----下胚层（hypoblast）。②邻近滋养层的细胞排列成高柱状----上胚层（epiblast）。（２）在上胚层与滋养层之间→羊膜腔；下胚层边缘细胞增生向腹侧延伸→卵黄囊\n（３）由羊膜腔的底（上胚层）和卵黄囊的顶（下胚层）共同形成的一个圆盘状结构，叫胚盘（embryonicdisc），是人胚发育的原基。（第2周为二胚层胚盘）（四）中胚层的形成(第三周)：源于上胚层（三胚层胚盘）原条处上胚层细胞下陷，在上下胚层之间铺开→胚内中胚层，并挤走下胚层细胞。第五章神经胚与神经系统的发育一、神经胚的形成神经管(neuraltube)是中枢神经系统的原基，其形成称为神经胚形成(neurulation)。正在进行神经管形成的胚胎称神经胚(neurula)。其形成方式主要有初级神经胚形成和次级神经胚形成两种。1.初级神经胚形成（Primaryneurulation）由背索中胚层诱导覆盖于上面的外胚层细胞增殖、内陷并最终离开外胚层表面而形成中空的神经管。绝大多数脊椎动物前部神经管的形成采用此种方式。外胚层细胞的命运背部中线区的细胞：将形成脑和脊髓；中线区外侧的细胞：将生成皮肤；上述二者相交处的细胞：为神经嵴细胞(neuralcrest)，它们将迁移到各处形成外周神经元、色素细胞、神经胶质细胞等。神经管形成的起始来自背部中胚层的信号诱导预置神经板边缘的细胞的背侧收缩，而预置的表皮细胞向中线移动，使表皮与神经板交接处凸起形成神经褶。Primaryneurulation的过程分5个时期：神经板形成；神经底板形成；神经板的整形(shaping)；神经板弯曲成神经沟；神经沟闭合形成神经管。神经管沿AP轴线依次闭合，完成形成过程。人类胚胎的神经管闭合缺陷症不同区域的神经管的封口时间不同。第二区封口失败，胚胎的前脑不发育，即致死性的无脑症；第5区不封口导致脊柱裂口症。SonicHedgehog、Pax3等因子是神经管\n闭合所必需的。孕妇服用叶酸和适量的胆固醇可降低胎儿神经管缺陷的风险。2.Secondaryneurulation特点：神经管由胚胎内细胞组成的实心索中空而成。鸟类、哺乳类、两栖类动物胚胎的后部神经管及鱼类胚胎的全部神经管的形成采取此种方式。二、神经诱导作用1.Organizermesoderm诱导神经管的形成两栖动物胚胎胚孔背唇诱导第二胚轴形成的作用叫做primaryembryonicinduction.主要胚胎诱导作用也存在于其它物种上鸭的Hensen'snode移植到鸡胚上诱导一个次级胚轴形成神经诱导作用的机制组织中心产生的信号分子(如Chordin、Noggin、Follistatin)可拮抗腹部化信号(如骨形态发生蛋白4---BMP4)，从而使其附近的外胚层细胞朝预置的神经命运发育。三、神经管的分化1.脑的分区2.后脑的分区脊椎动物后脑一般都再分出多个菱脑原节(rhombomeres),每个菱脑原节是一个发育单位。后脑产生控制面部和颈部的神经，其产生的神经嵴细胞分化出周边神经和面部骨骼和结缔组织。四、神经元的分化1.神经元命运的确定－lateralinhibition跨膜蛋白Delta和Notch的相互作用在神经元命运确定中起关键作\n用。二者互作后，Notch通过一系列反应抑制NeuroD和Neurogenin的表达。Neurogenin是激活Delta表达所必需的。Notch—Delta信号转导通路参与许多发育过程，同时也是神经元限定为神经元而非其他细胞的重要途径，并不是每一个表达神经元前体细胞基因的细胞都能发育成神经元，一些细胞会变成神经胶质细胞和皮肤细胞。Notch-Delta的细胞转导系统在神经元细胞的检出过程中起关键作用。表达Delta多一些的细胞将抑制其周围的细胞分化为神经元，而Notch表达多一些的细胞则会变成胶质细胞。在果蝇、蛙和鸡胚中神经元的限定都需要Notch表达的下行调节。2.脊髓沿D－V轴线的分化脊髓沿背－腹轴线的不同区域的细胞有不同的发育命运。脊髓沿D－V轴分化的机制腹部命运：决定于来自脊索和floorplate的信号。将脊索置于脊髓的侧面或背部，其接触的脊髓部位将形成第二个floorplate,附近分化出motorneuron,但背部标志基因pax3和pax7的表达受抑制。腹部信号分子是SonicHedgehog(SHH)，其不同的浓度决定了不同的腹部命运(高浓度诱导motorneurons,而低浓度诱导C.neurons)。背部命运：决定于来自神经管形成中背部外胚层产生的BMP4和BMP7,它们能够诱导脊髓背部细胞表达BMP4和Dorsalin-1。背、腹部信号分子间的互作提供了脊髓细胞分化的位置信息。如将notochord去除后，Dorsalin的表达区就向腹部扩展。3.中枢神经系统的分层在不同时间点产生的神经元的最终停留位置不同，最早产生的最靠近管腔。左图为人类胚胎神经管不同区域的管壁的分层图示。最靠近管腔的一层为室管膜层，又叫室管增殖区，其内的细胞维持了分裂能力。外套层(mantlezone)来自室管膜层的细胞分化为神经元和神经胶质细胞。边缘区(marginalzone)主要为神经轴索和\n胶质细胞。最初形成的神经管上皮细胞分裂产生两类细胞：能够继续分裂的上皮细胞；失去再分裂能力的神经细胞，它们沿放射状分布的胶质细胞向外迁移。五、神经元的生长和凋亡1.神经元的结构神经元一般包括4个组成部分：soma,dendrites,axon,growthcone.2.Guidanceforaxongrowth神经轴突的生长首先决定于其自身表达的基因产物。神经轴突的生长也决定于其所处的环境因素(environmentalcues),某些因素具有吸引作用，而某些具有排斥作用。这些环境因素包括其伸展途径中的组织结构、胞外基质成分、相邻细胞的表面特性。神经管中的netrin分泌蛋白对连合神经元轴突的生长具有吸引作用神经营养因子的作用由靶细胞分泌的NGF、BDNG、NT-3/4/5等是近距离趋向因子，某种因子对一种神经元起吸引作用，但可能对另一种神经元起排斥作用。3.SynapseFormation当神经元的生长锥抵达靶位(肌细胞、其它神经元、腺体)时，将在二者间形成特化的连接，即神经突触。如运动神经元与肌细胞间将形成neuro-muscularjunction.4.Neuralsurvival在中枢和周边神经系统的发育中，50％以上的神经元将凋亡。一个神经元对肌细胞的\n激活将引起其它与该肌细胞接触的神经元的凋亡。不同类型的神经元的存活需要不同的营养神经因子，同类神经元在不同的发育阶段也需要不同的因子维持存活。五、神经嵴细胞发生部位:神经管闭合处的神经管细胞和与神经管相接的外表层细胞，它们间质细胞化而成为神经嵴细胞。特点:具有迁移性。分化命运：因发生的部位和迁移目的地不同而不同。可分化为感觉、交感及副交感神经系统的神经元和胶质细胞；肾上腺髓质细胞；表皮中的色素细胞；头骨软骨和结缔组织等。躯干神经嵴细胞的迁移1.Dorsolateralmigrationpathway:由背部向侧翼、再向腹部的迁移，位于表皮与体节之间，分化为色素细胞。2.Ventralmigrationpathway:进入体节的的迁移，有的在体节中形成背根神经节，有的穿越体节的前半区分化为交感神经和肾上腺髓质细胞。迁移机制：即将迁移前表达Slug蛋白。用反义寡核苷酸抑制SlugmRNA导致其不迁移；E-和N-cadherin在迁移前表达，在迁移时停止表达。头部和胸部神经嵴细胞头部神经嵴细胞:向背侧方向移动，分化为面部软骨、骨、头部神经元胶质细胞、肌肉等。心神经嵴(cardiacneuralcrest):部分后脑后部的神经嵴细胞产生主动脉内皮细胞和产生主动脉与肺动脉之间的隔膜。第六章中胚层和内胚层的分化一、神经胚中中胚层的命运原肠作用和神经诱导作用导致组织器官的形成。二、近轴/轴旁中胚层－体节的形成1.近轴/轴旁中胚层(paraxialmesoderm)：在神经管的两侧产生的两条厚的中胚层细胞带所组成的节段结构。这些带状的节段被称为分节板（segmentalplate），在分节板的后部，没有分节的中胚层称为\n未分节中胚层（unsegmentedmesoderm），或称前体节中胚层（presomiticmesoderm)。2.体节(somite)：随着原条的后缩和神经褶的闭合，轴旁中胚层的分节板分离成独立的细胞团块,称--。体节是过渡性组织。体节形成的过程体节的形成要经过周期化，上皮化，命运限定和分化几个重要的步骤。第一对体节形成于躯干的前部。以后新的体节以规则的空间和时间间隙产生于后面未分节中胚层。原条或尾芽中的间质细胞向头部方向移动进入轴旁中胚层(前体节板)后部，构成体节球/体节小体(somitomeres),它们是体节的前体。哺乳动物和爬行动物的前体节板中胚层中一般有6-7对体节球，鱼和鸟类有10-12对体节球。前体节板中的体节球继续向头部方向移动，同时其内的细胞数量增加、细胞外基质累积，前体节板中的最前端的一个体节球内细胞间致密化、外侧细胞表皮化导致它与后面的体节球分开，从前体节板中迁出，成为体节。体节按一定的速度从前体节板中“出芽”生成，因而体节数常用于表示胚胎发育所处的时期。体节数量因物种而异，如鸡有50对，小鼠有65对，蛇500对，人42-44对。体节的周期性调控目前，体节周期性调控的机制不很清楚。但至少发现了一个起关键作用的基因：hairy基因。即体节周期性生成可能与hairy基因的表达有关。影响体节表皮化的因子转录因子Paraxis，表达于小鼠和鸡胚吻端不分节的中胚层，其缺失导致体节球的间质细胞不能表皮化；胞外基质蛋白Fibronectin和N-Cadherin。它们又受notch1和paraxis的表达调控。体节细胞命运的确定(一)、体节沿A－P轴线的分化不同区域的体节的命运在其形成过程中就已经确定。(二)、体节内不同区域的命运1.鸡胚体节的分化2.鼠胚体节的分化体节细胞的命运受邻近组织产生的信号控制三、侧板中胚层\n侧板中胚层最大的功能之一是形成循环系统。循环系统由心脏、血细胞和血管系统组成。循环系统是发育的胚胎中第一个发挥功能的系统，心脏是第一个发挥功能的器官。在羊膜动物胚胎发育中，当Henson’snode伸长至胚盘中央时，通过Node之后的原条进入胚盘下腔的细胞向侧前方迁移，形成位于Node两侧中胚层细胞群，为生心中胚层(cardiogenicmesoderm)，这些细胞在外胚层和内胚层之间继续向前迁移至Node前的两侧。生心中胚层的诱导机制?1.神经管中表达的Wnt因子抑制心脏形成，促进血液形成，内胚层前部产生DKK(Dickkopf)等Wnt抑制因子，以解除Wnt信号对心脏形成的抑制作用。2.内胚层产生的BMP对心脏和血液发育都起促进作用。脊索产生的Noggin、Chordin抑制BMP诱导近轴中胚层发育心脏或血液。?3.内胚层前部产生的FGF8对心脏发育起诱导作用，它的表达受BMP正调控。(一)心脏的形成过程在两栖类，心脏发生于胚胎咽部的腹面，心脏原基由咽腹面的脏壁中胚层形成。1.心内膜管（endocardiumtube）的形成（在神经胚期）2.心脏的演变（1）当胚胎发育到5mm大时，管状的心脏起始分化并弯曲，管的中间部分膨大并向后方弯曲。此时，膨大部为心室部，前端是动脉干，后端是窦房部。（2）当胚胎发育到7mm大时，心脏演化为“S”形，心房和心室间出现一收缩，将二者分开，心房在背面，心室在腹面。在心室前分化出略膨大的部分为动脉球。窦房部心房:在前端静脉窦:在后端从内部背壁向腹面形成一个纵隔,将心房分为左、右两部分。随心脏向右向后方弯曲而移向右边。（3）当胚胎发育到8～10mm大时，心房已分开，静脉窦只通入右房。蝌蚪后期变态时，动脉球动脉圆锥从圆锥的背部内面生出一螺旋瓣使血流分别流向肺皮动脉和体动脉心脏形成。\n几种脊椎动物心脏发生的比较鱼类:心脏仅形成一条没有隔膜的管,以后也弯曲成背面的心房和腹面的心室。硬骨鱼没有动脉圆锥，在动脉干的基部扩大成动脉球。在鲨鱼，心脏分化为动脉圆锥、心室、心房和静脉窦四个部分。爬行类：心室分隔为2部分，但中间有孔相通，心室中血液是混合的。鸟类：心脏的形成与两栖类基本相同，但有差异。两条心内膜管先在前肠门两侧形成，以后随前肠门的后移，两条心内膜管在咽部腹面合并为一条。其弯曲变化与蛙类相同，但鸟类有左右两个心室。哺乳类：心室完全分开，动、静脉血完全不混，静脉窦并入为右心房壁的一部分。法洛四联症：肺动脉狭窄、室间隔膜部缺损、主动脉骑跨、右心室代偿性肥大心脏与血管的连接人胚三种血循环（一）胚体血循环一对心管→几对弓动脉→一对背主动脉→毛细血管→一对前主静脉和一对后主静脉→总主静脉→心管（二）卵黄囊血循环背主动脉→卵黄动脉→毛细血管→卵黄静脉→心管（三）尿囊血循环：（脐血循环）背主动脉→一对脐动脉→毛细血管→一根脐静脉→心管早期血管简单，在胚体内是左右成对的，以后随着胚胎发育血管发生改建、改造、闭锁等改变，三套血循环彼此发生联系。血细胞在卵黄囊壁上最早出现造血干细胞，以后随着血循环的建立，造血干细胞流入胚体内，先后在胚胎的肝、脾、骨髓处造血。(二)血管和血细胞的生成成血细胞起源于脏壁中胚层，是血管和血细胞的共同祖先。心脏在血管形成后才开始跳动。血管形成的第一阶段：vasculogenesis(毛细血管丛形成阶段)1.中胚层细胞聚集为血岛(bloodislands)，血岛中央的细胞为造血干细\n胞，而外侧的细胞为成血管细胞(angioblasts)。2.成血管细胞增殖并分化为内皮细胞，衬于血管的内表面。3.内皮细胞形成管，管间相互连接形成初级毛细血管丛(primarycapillaryplexus)。影响vasculogenesis的因子主要涉及FGF2、VEGF、Ang-1因子。血管形成的第二阶段：angiogenesis从初级毛细血管以出芽方式长出新的血管及其重塑、修剪成为各种毛细血管、动脉、静脉。各种器官的毛细血管丛主要在器官内长出，而非由大血管分枝而成。该过程涉及VEGF、TGFb、PDGF。不同类型毛细血管丛内皮细胞聚集与Ephrin/Eph互作有关血细胞的生成四、内胚层胚胎内胚层的功能：是构建消化道和呼吸道的内衬。内脏组织命运的确定消化管的分化决定于不同位置上内胚层和中胚层细胞之间的相互作用，消化管细胞表达的Shh浓度因位置而异，从而诱导不同位置上的中胚层细胞表达不同的Hox基因，后者控制有关区域表达BMPs、FGFs等，这些蛋白诱导消化管不同区域表达不同的转录因子，从而影响消化管的分化。消化系统的发生\n原始消化管分为：前肠、中肠和后肠。1.前肠：这部分消化管主要形成口腔的后部、咽、食管、胃和十二指肠以及由前肠发生的一些内分泌腺和消化腺。在这些部分中变化最为复杂的是咽部。前肠的前端为一扩大的咽部、它向前扩展为口突，并与相对的外胚层向内凹陷的口窝(口道，stomodeum)相遇，此即口板。口腔口腔的外胚层部分(口窝部分)表皮细胞向后伸长形成的一条细胞索，伸向间脑底部形成一孤立的囊，称为拉克氏囊(Rathke’spouch)/颅颊囊。它逐渐与间脑的漏斗体合并成为脑垂体。拉克氏囊形成垂体的腺垂体，漏斗体成为垂体的神经垂体。咽（Pharynx）为消化道和呼吸道共同的起始部,为一左右较宽、腹背较窄的扁囊状腔室，其产生4对咽囊(pharyn-gealpouches)，咽囊之间为咽/鳃弓(pharyngealarches)。咽部的主要特点：是具有咽囊(鳃囊，gi11pouch)、鳃弓(gillarch)和鳃裂(gi11cleft)。1.第一对咽囊：产生中耳的听觉腔及与之相连的咽鼓管/耳咽管。2.第二对咽囊：产生扁桃体壁；咽囊间基部中间的支囊中的细胞离开咽区向颈下方移动形成甲状腺。3.第三对咽囊：产生胸腺及一对甲状旁腺。4.第四对咽囊：产生另一对甲状旁腺；咽囊间的基部生出小囊以形成肺。肝脏、胰脏和胆囊的形成肺的形成\n由第四对咽囊之间的腹部中央小囊发育而成，其在颈区直向生长形成气管，进入喉区时分叉形成支气管和一对肺。其直向生长或分叉决定于所处的中胚层环境。第七章附肢的发育肢体的三个轴线脊椎动物肢体在结构和发育上是保守的。一、肢芽的形成附肢芽（limbbud）：附肢的原基。附肢的基本成分（骨骼、肌和结缔组织）由中胚层形成。附肢场(limbfield):由有能力形成一个肢体的中胚层细胞所组成的区域。附肢场细胞的特点：可调节性。肢体细胞来源：肌肉细胞前体：来源于体节的轴下生肌区；骨细胞前体：侧板中胚层的体细胞区间质细胞。肢芽的形成受到来自于间介中胚层，如肾前体的信号诱导，移去中肾或在中肾与肢芽细胞间插入不透膜可使肢芽停止增大。新近研究表明，侧板中胚层中将要产生肢体间质细胞的细胞分泌的FGF10诱导了肢芽的形成。顶端外胚层嵴(apicalectodermalridge,AER)的形成AER：中胚层间质细胞诱导其外侧的外胚层细胞形成突起结构，位于肢芽的远端边缘背腹交界处，是肢体生长的主要信号中心。AER的作用：1.维持其内侧的间质细胞的增生能力，使肢体沿Proximal－Distal轴线生长。2.维持A－P轴线控制因子的表达。3.与控制A－P和D－V轴线的因子互作，以指导细胞的分化。AER的形成依赖于背部外胚层和腹部外胚层的互作证据：①将一个肢芽的腹部外胚层细胞移植到另一肢芽的背部外胚层中，将产\n生一个额外的AER；②在肢芽外胚层背部化的突变体上，因缺少腹部外胚层而不能生成AER，造成无肢体。AER中FGF8的表达是肢体生长所必需的二、肢体近－远端轴线的生成AER在肢芽沿P－D轴线生长中的作用AER维持间质细胞的分裂能力、防止其形成软骨：去除AER中将分化为脚趾间组织的细胞，将形成额外的脚趾。AER对P－D轴线影响的分子基础是：FGF因子ProgressZone(PZ，渐进带)识别和决定肢体的P－D轴生长程度PZ：是指AER内保持旺盛分裂能力的间质细胞区域。不同时间离开PZ的细胞分化为不同的软骨。证据之一是，在不同时间去除AER，所形成的肢体骨不同。肢体的P-D极性决定于PZ而非AER：证据二间质细胞离开PZ区的时间决定了其分化命运Hox基因在决定肢体P－D轴线中的作用三、肢体A－P轴线的确定鸡的肢芽尚未形成之前，其A－P和D－V轴线就已经确定。(移植的肢芽的极性不受受体胚胎极性的影响)极性决定区(zoneofpolarizingactivity,ZPA)位于后部间质细胞区将额外的ZPA移植到肢芽的前端可导致远端形成镜像对称结构SonicHedgehog的表达部位与ZPA吻合SonicHedgehog具有ZPA活性的实验证据四、肢体D－V轴线的确定在背部外胚层特异性表达的Wnt-7a诱导背部间质细胞合成转录因子Lmx-1，后者再控制肢芽背部特异性基因的表达。Lmx-1在背、腹间质细胞中都表达，导致双背部结构。Engrailed在小鼠肢芽腹部外胚层表达，其突变体的肢芽\n腹部外胚层可表达Wnt-7a，从而形成双背部结构。五、前肢和后肢发育机制有所不同前肢芽和后肢芽的成软骨细胞对信号因子的反应及纤粘连蛋白的沉积方式不同Tbx5和Tbx4分别指定了前肢芽和后肢芽的发育FGF诱导的肢体类型决定于肢芽是表达Tbx5或Tbx4。Tbx4的异位表达可改变FGF的诱导结果。六、细胞凋亡与趾的形成两栖类动物的趾的形成依赖于趾区和趾间区生长速度的差异在早期肢芽中，BMP2、4、7在趾间组织中表达，促进趾间组织的凋亡，趾区表达的noggin可拮抗BMP。但在较后期的肢体中，BMP促进间质细胞分化为软骨。骨形成蛋白BMP2、BMP7、GDF5在关节形成中的作用在noggin-/-小鼠胚胎中，BMP7使所有间质细胞转变为软骨细胞，导致无趾关节；含GDF5突变的人无趾关节，GDF5和BMP2的作用可能是杀死关节间的间质细胞或使其快速分化。