人体胚胎早期发育.ppt

人体胚胎早期发育,组织学与胚胎学教研室 最好的沉淀,一、概述 （一）发育生物学的概念 研究个体出生前和出生后生命全过程的生长发育与衰老的演变过程，称为发育生物学（developmental biology)。 人体发育学讲述的是个体出生前的发生和发育及其机制。因此，人体发育总论也称胚胎学总论。,（二）胚胎学的定义及其研究内容 . 定义 胚胎学（Embryology)是研究出生前个体（从受精卵发育为新生个体）发生、生长及其发育机理的一门科学。 2研究内容 生殖细胞 受精 胚胎发育 胚胎与母体的关系 先天畸形等,（三）胚胎发育分期 精子卵子受精卵 人胚胎在母体内发育经历38周(38周7天/周 =266天)， 可分为二个时期： 1. 胚期(embryo) 受精后18周 致畸敏感期 2. 胎期(fetus) 受精后938周 对致畸因子不敏感,围生期（围产期） 第26周至出生后4周，此时期母婴保健和护理应特 别注意，“围生期医学”因此诞生。 预产期的推算 以末次月经第一天算起，年+1，月数 3或+9 ，日 数+7， 如：孕母末次月经是：2002.5.8 则其预产期是： 2003.2.15,（四）胚胎学的研究方向 1描述胚胎学 2 比较胚胎学 3 实验胚胎学 4 化学胚胎学 5 分子胚胎学 6 畸形学 7 生殖工程学,二、生殖细胞和受精 （一）生殖细胞(germ cell) 精子和卵子,1 精子 1 1 精子的结构和功能,精子的功能 运动及使卵受精。,12 精子在女性生殖道的运输 女性生殖道内充满粘稠的液体，输卵管峡部黏膜形成曲折的 皱襞，这对精子的运输构成很大的阻力，也起着淘汰和筛选精子 的作用。 精子的受精能力在女性生殖道内可维持约1天。 13 精子获能和顶体反应 精子获能（capacitation） 精浆内有一种糖蛋白，能抑制精子的运动和使卵受精的能 力，称为抑制因子。精子在通过女性生殖管道时，在管道 上皮、主要是输卵管上皮分泌的某些化学物质的作用下，解除抑 制因子的束缚 ，精子获得了释放顶体酶、穿越透明带和放射冠的 能力 。,顶体反应（acrosome rection) 顶体反应是精子在受精时的关键变化，只有完成顶体反应 的精子才能与卵母细胞融合，实现受精。 精子发生顶体反应时，顶体首先膨胀，质膜与顶体外膜紧 贴，继而二者融合、破裂，顶体酶排出。 顶体反应缺陷症 精子不能产生顶体反应。,2卵子 排卵时排出的是次级卵母细胞，周围还带着透明带和放射 冠。透明带由三种主要的糖蛋白（ZP1、ZP2、ZP3）组成，在 受精中起很重要的作用。其中ZP3能识别同种精子，并与之结 合，诱导精子发生顶体反应，启动受精过程。 卵母细胞和透明带之间的间隙称卵周间隙（perivitelline space)。 次级卵母细胞处于第二次减数分裂中期，周边胞质内含有 皮质颗粒(cortical granule)。 次级卵母细胞若未受精，则于排卵1224小时退化。,（二）受精(fertilization) 1受精的定义： 精、卵结合形成受精卵的过程 2.受精部位：多在输卵管壶腹部 3.受精条件： 精子的数量、质量正常； 精子必须获能； 卵子必须处于第二次成熟分裂中期； 精子与卵子必须在限定的时间内相遇（24小时内）； 男女两性生殖管道必须通畅。,4.受精过程 分解放射冠 的卵泡细胞； 水解局部透明带； 精子细胞核和部分胞质进入卵母细胞。,5受精的意义 恢复染色体数目，促进遗传和变异； 激发卵裂； 决定性别。,三、 卵裂及胚泡形成（第一周） （一）卵裂(cleavage) 受精卵由输卵管向子宫方向运行，并不断进行细胞分裂，受精卵早期的细胞分裂称卵裂；卵裂产生的子细胞呈球形，称卵裂球（blastomere）。,桑椹胚（morula） 受精后第3天，形成了1216个卵裂球组成的实心胚，形似桑椹，称桑椹胚。,（二）胚泡形成 受精后第46天桑椹胚细胞继续分裂，细胞间开始出现小腔隙，并逐渐汇合成一个大腔，桑椹胚转变为中空的泡状，称胚泡（blastocyst）。胚泡由三部分组成： 胚泡,滋养层,胚泡腔,内细胞群,极端滋养层,四、 植入和二胚层胚盘的形成（第二周） （一） 植入（又称着床） 定义 胚泡埋入子宫内膜的过程，称植入(implantation) 时间 开始于受精后56第天，完成于第1112天 过程 条件 胚泡及时到达宫腔 透明带及时溶解消失 子宫内膜处于分泌期，母体雌、孕激素调节正常 部位 正常部位：子宫底或体部，后壁多见。 异常部位（异位妊娠）：子宫颈、输卵管、卵巢、肠系膜等处,植入过程,6植入时子宫内膜的变化 蜕膜反应 分泌期子宫内膜变得更加肥厚，血液供应更为丰 富，子宫腺分泌更旺盛，基质细胞肥大,蜕膜 (decidua) 胚胎植入后的子宫内 膜称蜕膜。根据其与胚胎 的位置，可分为基蜕膜、 包蜕膜和壁蜕膜。,蜕膜细胞,植入前母体和胚胎的时空变化,（二）二胚层胚盘的形成 内细胞群形成二胚层胚盘 上胚层(epiblast)与羊膜腔的形成 下胚层(hypoblast)和卵黄囊的形成 二胚层胚盘 形成的时间 第2周 结构 羊膜腔底的上胚层与卵黄囊顶 的下胚层紧贴在一起，形似圆 盘，称二胚层胚盘。 胚盘是人体发生的原基。,2滋养层细胞的分化 向子宫内膜中生长， 形成细胞滋养层和合体 滋养层。进而形成绒毛 膜 。 向胚泡腔内生长， 形成胚外中胚层。胚泡 腔消失。,3 出现胚外体腔 滋养层向胚泡腔内生长，形成胚外中胚层，胚泡腔消失。 第二周末，胚外中胚层之间出现小的腔隙，然后融合成一 个大腔胚外体腔。因此，胚外体腔由胚泡腔改建而来。由于 胚外体腔的出现，将胚外中胚层分成脏层和壁层。 4体蒂的形成 将两个胚层和两个囊与胚外体腔连接起来的胚外中胚层， 是脐带的原基。,五 三胚层的形成（第3周）,上胚层,细胞增殖,向尾端、中线集中,原条,中部凹陷,原沟,在上下胚层之间,向前后及两侧扩展,（胚内）中胚层,进入下胚层， 取代下胚层,内胚层,外胚层,脊索 为胚胎早期的中轴器官，起支撑作用； 诱导神经管的形成； 退化后成为椎间盘内的髓核,头端膨大,原结,原凹,上胚层细胞迁移 形成一条细胞索,脊索,改称,口咽膜,泄殖腔膜,口咽膜,泄殖腔膜,三胚层胚盘 形成的时间： 第3周 结构： 由内、中、外3个胚层组成，全部来自上胚层。 功能意义： 胎儿发生的原基。,口咽膜 胚盘头端无中胚层处 泄殖腔膜 胚盘尾端无中胚层处,六、柱形胚体的形成及胚层的分化 （第4周第8周） （一）柱形胚体的形成 第三周，由于胚体迅猛发育但极不均衡，其生长发育 胚盘中央部分快于周边； 外胚层快于内胚层； 胚盘头侧快于尾侧。 于是产生了头褶、尾褶、侧褶。 结果 胚体向背侧隆凸，羊膜囊相应扩大，卵黄囊逐渐萎 缩，腹部逐渐缩狭，体蒂由背侧逐渐转向腹侧，羊膜 包绕体蒂、卵黄囊等形成原始脐带。,胚胎外形的构建,（二）三胚层的分化 外胚层(ectoderm)的分化,外胚层,背侧中线增厚,神经板,沟缘愈合,神经管(neural tube)： 中枢神经系统、 神经垂体、 视网膜、 松果体等,神经褶 神经沟,神经嵴(neural crest)： 周围神经系统、 肾上腺髓质等,表面外胚层： 表皮及其附属器、 内耳膜迷路、 角膜上皮等,畸形： 前神经孔不闭无脑儿 后神经孔不闭脊髓裂, 中胚层(mesoderm)的分化,轴旁中胚层 体节,生皮节：真皮 生骨节：中轴骨(脊柱、肋骨） 生肌节：躯干肌,间介中胚层：泌尿生殖系统的原基,侧中胚层,体壁中胚层：体壁的骨骼、肌肉、血管、结缔组织等 原始体腔：心包腔、胸膜腔、腹膜腔 脏壁中胚层：消化和呼吸系统的肌组织、血管、 结缔组织等,生心区 心脏的原基 间充质 结缔组织、肌组织、血管,外胚层和中胚层的分化, 内胚层(endoderm)的分化 在胚体形成的同时，内胚层卷折形成原始消化管（primitive gut)。原始消化管的头端膨大，称为原始咽，由口咽膜封闭；尾端膨大称为泄殖腔，由泄殖腔膜封闭。口咽膜与泄殖腔膜分别于第4周和第8周破裂消失，使原始消化管两端与外界相通。,原始消化管分化的结构： 咽以下消化管和消化腺； 喉以下呼吸系统的上皮及其腺体； 中耳、甲状腺、胸腺、膀胱、尿道和阴道前庭等器官的上皮。,原始消化管分为三段：,前肠,中肠,后肠,（1）前肠 分化为咽至十二指肠的上段、肝、胆、胰及喉以下呼 吸系统的上皮；中耳、甲状腺、甲状旁腺和胸腺。,前肠头端膨大形成一个头阔尾窄、背腹扁平的漏斗状 结构原始咽，其侧壁有五对囊状突起，故称咽囊。,咽囊和原始咽的分化,内侧端：咽鼓管 外侧端：中耳鼓室 第一对腮膜：形成鼓膜,内侧端：腭扁桃体的上皮及其隐窝 外侧端：退化,背侧份：下一对甲状旁腺 腹侧份：胸腺,背侧份：上一对甲状旁腺 腹侧份：退化,第对,第对,第对,第对,第对 很小，称后腮体可形成滤泡旁细胞,第4周初，原始咽底壁正中线第一对咽囊的平面 上，上皮增生形成一 盲管，称甲状舌管 甲状腺原基；原始咽尾端底壁正中线形成一长 形盲囊，称喉气管憩室 呼吸系统原基。,第4周初，前肠末端腹侧上皮增生，形成一向 外突 出的 状突起， 称肝憩室肝胆的原基。 第4周末，前肠末端腹侧靠近肝憩室尾侧，上皮增 生形成 腹胰芽，其对侧上皮增生形成背胰芽，以后背 腹胰芽融合形成胰腺。 原始咽尾侧的前肠部份将分化为食管、胃、十二指肠前 2/3段。, 中肠 将分化形成十二指肠后1/3 横结肠右2/3段 中肠原与卵黄囊相通，由于肠袢生长迅速，腹腔容积相对 较小，致使肠袢进入脐腔内形成生理性脐疝。第10周，肠袢开 始从脐腔退回腹腔，脐腔随之关。,背侧：原始直肠（分化为直肠和肛管上段） 腹侧：尿生殖窦（分化为膀胱、尿道和阴道前庭）,泄殖腔膜,背侧：肛膜 腹侧：尿生殖膜,（3） 后肠 将分化形成横结肠左段1/3 至 肛管上段（齿状 线以上部分），及膀胱、尿道和阴道前庭等的上皮组织。 后肠末端的膨大部分称泄殖腔，人胚第7周，后 肠与尿囊 间的间充质增生，形成尿直肠隔，尿直肠隔 向下沿伸与泄殖腔 膜会合，将泄殖腔分为背腹两部分,泄殖腔,泄殖腔的分隔,原始消化管壁的内胚层仅形成上述器官的上皮 以及有关腺体的实质，上述器官及腺体内的结缔组 织、肌组织、血管等则来源于原始消化管周围的脏 壁中胚层。,七、 胎盘与胎膜 也称胎儿的附属结构，对胚胎起保护、营养等作用。 （一）胎膜 胎膜包括绒毛膜、羊膜、卵黄囊、尿囊和脐带。, 绒毛膜(chorion) 组成 滋养层和胚外中胚层 绒毛的形成与分级 初级绒毛干：细胞滋养层+合体滋养层 次级绒毛干：胚外中胚层长入 三级绒毛干：胚外中胚层分化为血管 绒毛膜的演变 丛密平滑绒毛膜和平滑绒毛膜 功能 为胚胎发育提供营养，丛密平滑绒毛膜参与构 成胎盘。 （5）异常 葡萄胎（水泡状胎块）、绒毛膜上皮癌, 羊膜囊(amnion), 组成,壁 羊膜上皮：分泌羊水 胚外中胚层,腔内充满羊水 来源：羊膜上皮的分泌、胎儿的排泄 去路：羊膜重吸收、胎儿的吞咽 成分：水、胎儿脱落的上皮细胞等,足月正常量：1000ml 过多：多于2000ml 过少：少于500ml, 功能：保护、扩张宫颈、冲洗产道等, 演变,脐粪瘘的发生, 卵黄囊(yolk sac) 组成：内胚层+胚外中胚层 演变：包入脐带，并于第六周闭锁、退化 功能意义： A：卵黄囊壁的胚外中胚层形成 原始造血干细胞 B：卵黄囊的内胚层形成原始生殖细胞,脐尿瘘的发生, 尿囊(allantois) 形成：第三周，卵黄囊顶的内胚层向体蒂 内伸出一个 盲囊 组成：尿囊壁由内胚层及胚外中胚层组成 演变：包入脐带，退化后在脐与膀胱间形成脐正中韧带 功能意义：尿囊壁胚外中胚层分化所形成尿囊动、静脉 将转变为脐、动静脉。, 脐带(umbilical cord) 组成及其演变:,早期：体蒂、尿囊、卵黄囊 晚期：粘液性结缔组织，脐动脉、静脉,正常长度：4060cm,功能 物质交换 异常 过短：20cm 过长：100cm,外包羊膜,胎膜的演变,（二）胎盘(placenta) 1一般结构 圆盘状，重500g，直径1520cm，厚2.5cm，有胎儿面与母体面之分。胎儿面光滑，被覆羊膜，附有脐带；母体面粗糙，可见1530个胎盘小叶，胎盘小叶之间有胎盘隔，为残存的基蜕膜。,2 组织结构： 子体：丛密绒毛膜，40-60个绒毛干，绒毛间隙含母体血 母体：基蜕膜，残存的基蜕膜即胎盘隔,3胎盘的血循环 子体：,胎儿血,绒毛内毛细血管,物质交换,母体：子宫动脉 螺旋动脉 开口于绒毛间隙,子宫静脉,绒毛静脉,脐静脉,脐动脉,4胎盘膜（胎盘屏障） 定义：是胎儿血与母体血在胎盘内进行物质交换所 通过的结构。 组成：早期（6 层）：血管内皮+基膜+薄层结缔组织 +基膜+合体滋养层+细胞滋养层 晚期（3 层）：合体滋养层+基膜+内皮 功能：屏障及物质交换功能 胎盘的功能 物质交换 内分泌功能 HCG：受精后第2周开始分泌，第8周达高峰 HCS：受精后第2月开始分泌，第8月达高峰 孕激素及雌激素：受精后第4月开始分泌,八、 多胎、双胎、联胎 （一) 双胎 单卵孪生和双卵孪生 （二) 多胎 （三) 联体双胎,九、干细胞 （一）干细胞的概念 干细胞（stem cell）是一类具有自我复制能力（self-renewing）的多潜能细胞，它可以分化成多种功能细胞。根据其发育阶段，干细胞可以分为胚胎干细胞和成体干细胞；根据其分化潜能的大小，干细胞可分为三种： 全能干细胞 它具有形成完整个体的分化潜能，可以无限制地增殖，能分化成成体的200多种细胞类型，从而可以形成任何组织和器官。胚胎干细胞属于此类。 多能干细胞 它具有分化成多种细胞组织的潜能，但却失去了发育成完整个体的能力，如间充质干细胞。 定向干细胞 只能向一种或密切相关的细胞类型分化，如造血干细胞和神经干细胞等。,（二）胚胎干细胞 胚胎干细胞（embryonic stem cell , ES）是已知的分化潜能最广的一类干细胞，可以从早期胚胎中分离得到。 1胚胎干细胞系的建立 1981年 小鼠的ES建立 1989年 人的ES建立 胚胎干细胞系建立于1981年。英国剑桥大学的 Evans和 Kaufman ，美国加州大学的 Martin分别成功地分离和体外培养了小鼠的胚胎干细胞。此后，一系列其它动物的胚胎干细胞相继分离和建系，如金黄地鼠、大鼠、猪、牛、水貂和兔等。,人胚胎干细胞的建系开始于1989年。Pre于1989年成功地从人畸胎瘤中分离出胚胎干细胞，初步证明人胚胎干细胞系建立的可能性。此后，Thomson 、Gearhart和Shmblott于1998年分别报道他们从体外受精的早期胚胎中成功地建立了人胚胎干细胞株。2000年，澳大利亚的Reubinoff和新加坡的体外受精专家合作，又成功地从人胚泡中建立了两株未分化的人胚胎干细胞，并在体外分化实验中成功地得到了神经干细胞。,2胚胎干细胞的的分化 胚胎干细胞（embryonic stem cell , ES）是已知的分化潜能最广的一类干细胞，可以从早期胚胎中分离得到。 目前胚胎干细胞诱导分化的实验主要集中在小鼠。小鼠的胚胎干细胞在体外分化的细胞主要有：造血细胞、内皮细胞、心肌细胞、平滑肌细胞、神经细胞、脂肪细胞、骨细胞、软骨细胞、胰岛素分泌细胞等。 2000年，澳大利亚的Reubinoff和新加坡的体外受精专家合作，成功地从人胚泡中建立了两株未分化的人胚胎干细胞，并在体外分化实验中成功地得到了神经干细胞。,2 胚胎干细胞研究的必要性和意义 为发育生物学研究提供合适的体外模型 发育生物学一直是生命科学的前沿领域，人类为揭示生命 发 生的奥妙不遗余力，其中关键问题就是要弄清楚生命是如何 从一个细胞（受精卵），通过分化发育，成为具有多种复杂的 组织、器官、系统的完整的有机个体。,已知包括人类在内的正常的胚胎发育过程，是按严格的时空程序进行一系列细胞之间及核和质之间相互作用的结果，从全能的胚胎干细胞分化为具有独特功能的体细胞，主要取决于哪些基因被什么物质和什么机制激活，在什么时间和什么位点被激活。人类基因组计划和分子生物学技术的进展，使揭示生物发育的分子机制成为可能。但是，哺乳动物胚胎体积小，体内研究极为困难，体外研究又缺乏适合的模型，因而限制了研究的进展，胚胎发育过程中还有许多未解之谜。 人胚胎干细胞的体外诱导分化的研究，将开辟人类研究自身胚胎生长发育过程的最好途径。由于胚胎干细胞具有全能的分化潜能，可在体外诱导分化，使其进入到不同的发育阶段，然后分析不同发育阶段的细胞和不同分化状态的细胞的基因表达谱，有可能提供与发育相关的重要信息。,胚胎干细胞工程 胚胎干细胞生物学研究的另一个重要领域是运用组织工程和基因工程技术，体外对干细胞进行诱导分化，可识别靶基因，发现新基因，并可进一步改造基因，然后用于体内组织缺陷性疾病的细胞替代治疗和基因治疗，为临床应用开拓新途径。这部分研究称为干细胞工程。 干细胞工程可用于由于多种因素（包括物理、化学、生物学及病理损害等）造成的组织缺陷、一些重要组织器官（如神经系统、中胚层来源的骨、软骨、肌肉等）的退行性病变，及某些严重影响人类健康而又难于治疗的遗传发育缺陷性疾病。目前在这一领域中，成体干细胞的研究工作已经取得成效，其中如造血干细胞已广泛地应用于临床治疗。而胚胎干细胞的研究则处于起步阶段。,迄今为止，胚胎干细胞的研究主要集中在小鼠，除上面提及的三家成功地分离并建系人的胚胎干细胞外，尚未见其他人的报道。特别是有关体外诱导发育的报告仍以小鼠的胚胎干细胞为模型的居多，而对人的胚胎干细胞的体外诱导的报道极少。原因是对人的胚胎干细胞的研究起步较晚，难度较大。 动物实验已有将胚胎干细胞分化而来的定向细胞用于治疗的实验报道。如将胚胎干细胞衍化而来的少突胶质细胞，移植到髓鞘缺陷型大鼠胚胎的脑室中，移植的细胞能围绕轴突形成髓鞘。髓鞘缺陷型大鼠是人类遗传性髓鞘疾病的模型，以上的工作将为人类疾病的攻克奠定基础。目前，各国科学家正致力于人的胚胎干细胞的各种定向诱导分化的研究，胚胎干细胞技术正在成为一项新崛起的细胞工程。,在我国，北京大学、协和医科大学、上海第二医科大学和军事医学科学院等研究单位相继成立了专门的干细胞研究基地，在造血干细胞研究和成体干细胞建库等方面已积累了相当的经验。但对胚胎干细胞研究则很欠缺。,