第十四章_附肢的发育和再生.ppt

概述 附肢发育的研究是发育生物学的一个重要课题。脊椎动物，特别是鸟类和两栖类附肢（limb）的发育包含了大量的、各种各样的诱导作用。 有尾类的蝾螈和美西螈附肢具有明显的再生能力，是研究再生的极好模型。 第一节 脊椎动物附肢的发育 脊椎动物的附肢是一个极其复杂的器官，每一块骨和肌肉的位置都被精密地组织在一起。 附肢在三个基本轴上是不对称的，但左前肢总是和右前肢呈镜面对称。 脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部表皮共同组成。 孵化10天的完整鸡翅标本 在所有的四足动物中，附肢发育的基本形态发生原则是相同的。 构建一个附肢所需要的位置信息要在一个三维（或包括时间在内的四维）的、相互协调的系统中发挥作用。现在已鉴定了一系列蛋白，在附肢近远轴、前后轴和背腹轴的形成过程中发挥作用。 一、附肢的起源 脊椎动物的附肢在起源上是由胚胎体壁向外生长形成的，主要是由来自中胚层的疏松间质形成的中央核，以及来自外胚层的表皮两大部分组成。 附肢的原基称为附肢芽（limb bud）。 附肢芽形成的位置在每一物种是恒定的，由Hox基因沿身体前后轴表达的水平决定。 鸡胚胎的肢芽 附肢域 能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢域（limb field）或附肢场。 附肢域包括位于中央的、产生附肢本身的中胚层细胞（附肢盘，limb disc）以及形成周围的躯干组织和肩带/腰带细胞。 附肢域起初具有调节失去或增加部分附肢的能力，附肢域中的每个细胞都能被指令形成附肢的任意一部分-调和等能系统。 美西螈（Ambystoma maculatum）的预定前肢场 视黄酸RA对于肢芽的向外生长具有重要的意义。用药物阻断RA的合成，将抑制肢芽最初的形成。 二、附肢的早期发育 附肢早期发育的第一个迹象： 预定形成附肢的细胞从附肢域侧板中胚层（附肢骨骼的前体）和体节中胚层（附肢肌肉的前体）分离出来，转变成一团间质细胞，这些间质细胞向侧面迁移到侧板中胚层和表皮之间，牢固地贴附于表皮内表面。 两栖类胚胎中附肢由中胚层起源的图解 肢芽 覆盖在间质细胞团表面的表皮变得稍微增厚，同时被包裹在内部的间质细胞团向外突出，形成肢芽（limb bud）。 成纤维细胞生长因子 FGF10 形成预定附肢间质细胞中的侧板中胚层细胞提供肢芽形成的信号，这些细胞分泌的FGF10能够启动上皮和中胚层细胞之间的相互作用。 含有FGF10的磁珠（bead）异位放置于上皮下方，会诱导出额外的肢芽。 FGF10的表达及其在鸡肢发育过程中的作用 三、前肢和后肢的特化 Gain-of-function实验结果表明，转录因子TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化有关。 Loss-of-function资料也表明，人类TBX5基因缺失会导致上肢和心脏的异常，但下肢基本不受影响。 TBX4 和TBX5在肢型特化中的作用 TBX4和TBX5在FGF10诱导形成的肢芽中的表达 四、顶外胚层嵴的形成 随着鸟类和哺乳类的中胚层间质细胞进入肢区，它们分泌的因子诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶外胚层嵴（apical ectoderm ridge，AER）。AER是一个临时的结构，对于附肢的继续向外生长是至关重要的。 扫描电镜观察孵化4.5 天的鸡胚肢芽 附肢发育中外胚层和中胚层间的相互作用 AER与位于其下的中胚层的相互作用 附肢发育中外胚层和中胚层间的相互作用 附肢发育中至少要求三种类型的外胚层和中胚层间的相互作用： 第一，中胚层起始附肢芽向外生长和形成AER； 第二，AER进一步刺激肢芽的向外生长以及肢芽中胚层的增殖和分化； 第三，附肢芽中胚层提供保持AER所必须的刺激。 五、附肢发育时期轴的建立 脊椎动物完全形成的附肢包含三个轴的发育：近远轴（proximal-distal, P-D）、背腹轴（dorsal-ventral，D-V）和前后轴（anterior-posterior, A-P）。 附肢发育中三个轴的建立具有各自的时间性，它们好像是按下列顺序决定的：前后轴、背腹轴和近远轴。 1.近远轴的发育 附肢沿近远轴的分化：由AER和附肢中胚层诱导的相互作用产生的。 附肢芽的逐渐向外生长： ①由于位于AER下面间质细胞的增殖； ②AER释放的分子（成纤维细胞生长因子FGF）维持间质细胞不断进行分裂。 生长因子可以替代顶外胚层嵴 3.前后轴的特化 附肢芽前后轴的极性：在肢芽能识别之前就已特化。 有两种主要模型用来解释前后轴的特化。 一种是极化活动区（zone of polarizing activity，ZPA）可扩散形态发生子模型（ZPA diffusible morphogen model）。 另一种是极性坐标模型（the polar coordinate model）。 间质细胞