脊椎动物神经嵴细胞迁移与任督二脉发生发育机理

脊椎动物中枢神经发生发育 （原创 李茂春）

第一节 神经管和神经嵴发生发育机理

神经系统起源于外胚层，由神经管和神经嵴分化而成。从原始脊椎动物开始就出现神经管和神经嵴，这一胚胎机制逐渐从简单到复杂演化发育，出现不同的脊椎动物演化发育物种出现，成为动物界演化的主流演化支，演化出鱼类，两栖类，爬行类，鸟类，哺乳类，人是哺乳类中最高级的进化物种，以下以人类机体为例讲述神经管和神经嵴的发育发生机制。

人胚第3周初，在脊索的诱导下，出现了由神经外胚层构成的神经板。随着脊索的延长，神经板也逐渐长大并形成神经沟。在相当于枕部体节的平面上，神经沟首先愈合成管，愈合过程向头、尾两端进展，最后在头尾两端各有一开口，分别称前神经孔和后神经孔。胚胎第25天左右，前神经孔闭合，第27天左右，后神经孔闭合，完整的神经管形成。神经管的前段膨大，衍化为脑；后段较细，衍化为脊髓。

在由神经沟愈合为神经管的过程中，神经沟边缘与表面外胚层相延续的一部分神经外胚层细胞游离出来，形成左右两条与神经管平行的细胞索，位于表面外胚层的下方，神经管的背外侧，称神经嵴，神经嵴分化为周围神经系统的神经节和神经胶质细胞、肾上腺髓质的嗜铬细胞、黑色素细胞、滤泡旁细胞、颈动脉体I型细胞等。另外，神经嵴头段的部分细胞还可变为间充质细胞，并由此分化为头颈部的部分骨、软骨、肌肉及结缔组织。因此，这部分神经嵴组织又称为中外胚层。

神经板由单层柱状上皮构成，称神经上皮。当神经管形成后，管壁变为假复层柱状上皮，上皮的基膜较厚，称外界膜。神经上皮细胞不断分裂增殖，部分细胞迁至神经上皮的外周，成为成神经细胞。之后，神经上皮细胞又分化出成神经胶质细胞，也迁至神经上皮的外周。于是，在神经上皮的外周由成神经细胞和成胶质细胞构成一层新细胞层，称套层。原来的神经上皮停止分化，变成一层立方形或接柱状细胞，称室管膜层。套层的成神经细胞起初为圆球形，很快长出突起，突起逐渐增长并伸至套层外周，形成一层新的结构，称边缘层。随着成神经细胞的分化，套层中的成胶质细胞也分化为星形胶质细胞和少突胶质细胞，并有部分细胞进入边缘层。

第二节 脑和脊髓的发生

神经管的下段分化为脊髓，其管腔演化为脊髓中央管，套层分化为脊髓的灰质，边缘层分化为白质。神经管的两侧壁由于套层中成神经细胞和成胶质细胞的增生而迅速增厚，腹侧部增厚形成左右两个基板，背侧部增厚形成左右两个翼板。神经管的顶壁和底壁都薄而窄，分别形成顶板和底板。

由于基板和翼板的增厚，在神经管的内表面出现了左右两条纵沟，称界沟。

由于成神经细胞和成胶质细胞的增多，左右两基板向腹侧突出，致使在两者之间形成了一条纵行的深沟，位居脊髓的腹侧正中，称前正中裂。同样，左右两翼板也增大，但主要是向内侧推移并在中线愈合，致使神经管的背侧份消失。左右两翼板在中线的融合处形成一隔膜，称后正中隔。基板形成脊髓灰质的前角（或前往），其中的成神经细胞分化为躯体运动神经元。翼板形成脊髓灰质后角（或后柱），其中的神经细胞分化为中间神经元。若干成神经细胞聚集于基板和翼极之间，形成脊髓侧角（或侧柱），其内的成神经细胞分化为内脏传出神经元。至此，神经管的尾端分化成脊髓，神经管周围的间充质分化成脊膜。

胚胎第3个月之前，脊髓与脊柱等长，其下端可达脊柱的尾骨。第3个月后，由于脊柱增长比脊髓快，脊柱逐渐超越脊髓向尾端延伸，脊髓的位置相对上移。至出生前，脊髓下端与第3腰椎平齐，仅以终丝与尾骨相连。由于节段分布的脊神经均在胚胎早期形成，并从相应节段的椎间孔穿出，当脊髓位置相对上移后，脊髓颈段以下的脊神经根便越来越斜向侧，至腰、骰和尾段的脊神经根则在椎管内垂直下行，与终丝共同组成马尾

脑的发生：

脑起源于神经管的头段，其形态发生和组织分化过程尽管与脊髓有一些相同或相似之处，但比脊髓更为复杂。

一、脑泡的形成和演变

胚胎第4周末，神经管头段形成三个膨大，即脑泡，由前向后分别为前脑泡、中脑泡和菱脑泡。至第5周时，前脑的头端向两侧膨大，形成左右两个端脑，以后演变为大脑两半球，而前脑泡的尾端则形成门脑。中脑泡变化不大，演变为中脑。菱脑勉演变为头侧的后脑和尾侧的末脑，后脑演变为脑桥和小脑，末脑演变为延髓。随着脑泡的形成和演变，神经管的管腔也演变为各部位的脑室。前脑泡的腔演变发左右两个侧脑室和间脑中的第三脑室；中脑泡的腔很小，形成狭窄的中脑导水管；菱脑泡的控演变为宽大的第四脑室。在脑泡的形成和演变过程中，同时出现了几个不同方向的弯曲。首先出现的是凸向背侧的颈曲和头曲。前者位于脑与脊髓之间，后者位于中脑部，故又称中脑曲之后，在脑桥和端脑处又出现了两个凸向腹侧的弯曲，分别称脑桥曲和端脑曲。脑壁的演化与脊髓相似，其侧壁上的神经上皮细胞增生并向外侧迁移，分化为成神经细胞和成胶质细胞，形成套层。由于套层的增厚，使侧壁分成了翼板和基极。端脑和间脑的侧壁大部分形成翼板，基板甚小。端脑套层中的大部分细胞都迁至外表面，形成大脑皮质；少部分细胞聚集成团，形成神经核。中脑、后脑和末脑中的套层细胞多聚集成细胞团或细胞柱，形成各种神经核。翼板中的神经核多为感觉中继核，基板中的神经核多为运动核。

二、大脑皮质的组织发生

大脑皮质由端脑套层的成神经细胞迁移和分化而成。大脑皮质的种系发生分三个阶段，最早出现的是原皮质，继之出现旧皮质，最晚出现的是新皮质。人类大脑皮质的发生过程重演了皮质的种系发生。海马（原皮质）和齿状回是最早出现的皮质结构，相当于种系发生中的原皮质，与嗅觉传导有关。

胚胎第7周时，在纹状体的外侧，大量成神经细胞聚集并分化，形成梨状皮质，相当于种系发生中的旧皮质，也与嗅觉传导有关。旧皮质出现不久，神经上皮细胞分裂增殖、分批分期地迁至表层并分化为神经细胞，形成了新皮质，这是大脑皮质中出现最晚、面积最大的部分。由于成神经细胞分批分期地产生和迁移，因而皮质中的神经细胞呈层状排列。越早产生和迁移的细胞，其位置越深；越晚产生和迁移的细胞，其位置越表浅，即越靠近皮质表层。胎儿出生时，新皮质已形成6层结构。古皮质和旧皮质的分层无一定规律性，有的分层不明显，有的分为三层。

第三节 神经嵴迁移与胚胎演化

图2-2-1神经嵴胚层发育示意图

（图片来源：《神经内科学高级教程》，出版社名称: 中华医学电子音像出版社 出版时间: 2016年6月作者: 无 编者: 王拥军 ISBN编号: 9787830050849）

一、神经嵴

脊椎动物胚胎发育中的一种过渡性结构，是在神经管建成时位于神经管和表皮之间的一条纵向的细胞带。神经嵴的细胞具有很强的迁移能力，它们逐渐地迁移到胚胎一定部位，分化为各种特定的细胞和组织。

脊椎与其他动物如此不同的很多特点都与头有关，其中包括头盖骨和专门化的眼睛及耳朵。头的形式在很大程度上是动物由神经嵴（神经冠）细胞决定的，这些细胞源自胚胎中被称为“神经板”形成中枢神经系统的区域，然后在整个身体中迁移，帮助形成各种不同组织。因此神经嵴机制研究对于我们解开脊椎动物形态演变之迷是个关键。

神经嵴的预定部位可以追溯到早期原肠胚阶段，它位于预定的神经板和预定表皮的交界处。在神经板形成的时候，神经嵴细胞位于神经板的边沿，继而隆起为神经褶的主要部分。随着两侧神经褶进一步隆起，相互接近，并自前而后逐渐融合，原来板状的神经板形成管状。神经嵴细胞从神经管背壁分离出来，形成一长条略有起状的细胞带，同神经管及覆盖它的表皮细胞有明显的区别。

各种脊椎动物的神经嵴细胞的发育命运和迁移行为极为相似，但同一胚胎，不同部位的嵴细胞最终定位和分化却有很大差别。

在胚胎发育过程中，神经嵴的形成及其细胞迁移表现明显的自前而后的顺序。因此，在某一发育阶段，同一胚胎前后不同部位的神经嵴形成和细胞迁移处于不同的阶段。例如鸡胚发育第2天，神细褶刚刚在胚体后端融合时，头部神经嵴已形成并开始细胞迁移，中段神经嵴虽然形成，但细胞迁移尚未开始。又如在蛙类，头部神经嵴细胞迁移开始于神经褶形成时期，但躯干部嵴细胞的迁移直到神经管关闭或闭合以后才开始。由此表明脊椎动物内骨骼形态演变与神经嵴细胞迁移相关。（图2-2-1）

二、神经嵴迁移的方式（见图2-2-2）

（一）切片迁移

神经嵴细胞离开神经管背部后直线地从它们发源地迁移开，不论神经嵴是处于正常的位置还是在某种不正常的环境中都是如此。当神经管与其相连的嵴被背腹颠倒放置于胚胎中，细胞迁移的方向与神经管的背腹方位仍能保持正常的相关，仍然有两条细胞流，以神经管为基准大都是一条向腹面、一条向侧面。

（二）分节迁移

神经嵴细胞的分节迁移现象与中胚层组织的存在状态有关，从神经嵴细胞迁移的顺序及其未来的分化命运来看，形成肠壁色素细胞和交感神经节神经母细胞的嵴细胞最早迁移，而后来迁出的嵴细胞大都定位在神经管两侧肌节间叶中，并发育为脊神经节（一部分形成神经鞘细胞）。

图2-2-2 神经嵴迁移模式示意图

三、神经嵴迁移的胚胎机制

（一）多样神经形态演化的胚胎机制

脊椎动物是从无脊椎动物演化而来，单从神经系统来看经历了纤毛-网状-放射状-梯形-腹索-脊索不同的形态演变，而这一演变过程背后是胚胎演变的机制决定的。

（二）动物神经嵴演化的胚胎机制

动物演化到脊椎动物最明显标志就是神经嵴的出现，无脊椎动物的胚胎演化遵循从内胚层-中胚层-外胚层逐级诱导的演化过程，到脊椎动物神经嵴出现忽然出现胚胎演化矢量方向转移，从外胚层-中胚层-内胚层逐级诱导的过程，神经嵴以切片迁移和分节迁移两种方式从前向后，从外向内迁移，完成外胚层分化支与中外胚层分化支的藕连，形成更为复杂的神经系统形态，也导致神经系统对内中两胚层发育器官的控制能力增强。

四、神经嵴迁移方向的演化机制

（一）外胚层凹陷结构形成神经管后，神经管开始自脑部向尾椎迁移，形成脑，脊髓中枢神经系统，与中胚层分化出的脉管，骨骼等耦合形成脑腔和脊髓腔，形成感觉神经。躯干部的神经嵴细胞主要参与周围神经系统的形成，并发育为色素细胞。

（二）部分神经嵴迁移至主动脉外侧和肾上腺髓质附近与中胚层分化组织耦合，形成交感神经。

（三）部分神经嵴细胞迁移到内胚层消化管外围部分和肾上腺皮质部耦合形成副交感神经。

图2-2-3 神经嵴迁移分化示意图