第十二章 Development of nervous system.doc

第十二章 Development of nervous system 在神經的發育中，我們可以主要將他分為三個時期： 1.神經細胞的形成(neurogenesis) 2.神經細胞移動(neuronal migration) 3.神經細胞分化(neuronal difference) 我們可以由下面的圖來說明整個過程的發生 當細胞還在進行對稱分裂(symmetric division)時，在proliferative zone的幹細胞，其上的Notch-1蛋白質以及Numb蛋白質是均勻分布（symmetric division）的， 在這個時期的細胞分裂都會形成兩個相同的細胞並且出現在相同的平面上。但是到了不均勻分裂的時期，神經幹細胞會上下分裂，細胞上的蛋白質呈現不均勻分布（asymmetric division）， 分裂完成的兩個細胞中下方細胞會持續進行分裂，上方細胞則停止分裂，並且移動到適當地方進行分化的動作。因為哺乳類的神經細胞一旦定型（specified）後就不再進行分裂，因此神經細胞 有所謂的「生日」-- 意指當細胞結束最後一次有絲分裂的時期，一旦細胞過了這個時期之後就只會繼續往分化的方向邁進而不會再有回頭的機會。本圖是腦部神經皮層的生日分布圖，本圖利用放射性的方法來標示出不同神經細胞的生日，以及分別在大腦皮質的位置； 因為我們是以氚(3H)去標定神經細胞，當我們所標定的神經細胞在標定後停止分裂，那麼我們用來標定的氚就不會因為細胞分裂而不斷降低濃度，這樣在單一細胞中的放射線線濃度就會明顯的高於其他周圍的細胞，我們就可以清楚的知道這個細胞的生日。在神經細胞出生之後，細胞會開始移動到他應該存在的位置，在大腦皮質的細胞會藉由放射性神經膠細胞(radial glial cells)來幫助細胞移動， 移動的方式是神經細胞由原本出生的位置ventricular proliferation zone開此向外層(outer surface)移動，當第一層細胞席成完成之後，第二次形成的神經細胞會穿過第一層細胞移動到第一層的上方形成第二層，這樣依照順序的排列之後會形成總共六層的的神經皮層細胞，出生日期也是由下層較老直到上層較年輕逐次形成。? 當神經細胞經過了一連串的分裂與移動之後，細胞就會開始進行最後一個步驟--細胞分化。在神經分化的早期，軸突頂端會有生長錐(growth cone)延伸出來，其功能在於引導兩個不同區域的神經互相連接。然而神經細胞引導的機制可以分成兩個部分來討論。1.長距離的引導：這是利用可擴散的分子來對神經有吸引或是排斥的作用來導引神經細胞該去的位置，例如神經會往Netrins濃度高的方向移動；或者是神經對Semaphorins有排斥的反應，便往反方向移動。2.短距離引導 ：利用接觸的方式來引導神經，例如神經接觸到Cadherin會向其高濃度處移動，而神經接觸到Ephrin會朝反方向移動。 以這兩種方式混合引導各個神經細胞的分化與交互作用。我們以雞的脊髓神經做一個說明，在 神經的縱剖面上可以發現，細胞會由頂層(root plate)向底層(floor plate)延伸。若我們將底層的細胞取出，將他放在頂層取出的組織旁邊，過了一段時間之後我們可以發現神經細胞生長會趨向底層細胞存在的位置。因此我們可以做出簡單的推論：首先是底層分泌出某種可擴散的分子「X」，且X會吸引軸突。同時我們可以發現，當神經細胞在距離底層細胞較遠的位置時，神經軸可能不會轉往底層細胞的方向生長，所以X的作用方式 亦可能與濃度有關。我們有了巨觀的神經分化與神經軸的引導作用觀念之後，我們會想問一個問題--那麼到底是什麼作用的機制在引導這些神經軸的生長呢？。本圖說明一種負責引導神經前進的基因netrin-1的作用情形。左圖表示正常狀況下，軸突可以向底層移動；右圖則是將netrin-1剔除（knock-out）後，結果發現軸突並沒有向底層移動 ，似乎可以說明我們的猜測可以經由netrin-1這個蛋白質的存在而證明。?? 當我們知道了神經細胞的引導機制後我們也發現了一個有趣的問題--為何在身體中會出現「神經交叉」的現象。神經索交叉時已經知道必須橫跨身體的中線，這個部分可以很容易的由引導的機制完成。但是跨越中線之後，神經卻不可以再被吸引而回頭，這樣的機制我們可以經由上圖來說明。首先netrin會吸引軸突前進，移動到一定距離的時候，另一種蛋白質slit的受器Robo會暫時消失，因為slit和Robo結合會產生斥力。等到軸突通過中線之後，Robo才會再度出現，並且產生一股斥力，以防止軸突回頭。總之，軸突前進依靠兩種力量，一是正向力量吸引其往正確的位置移動，另一則是負向力量來防止軸突往別的方向前進 ，兩者交互下就可以達到引導神經細胞的目的。在剛才的神經所穿過中軸的圖