肌肉发生与器官分化发育

第一章 “脾主肌肉”与肌肉发生

第一节 肌肉发生原基：胶原纤维

图1-1-1 中胶质结构示意图

动物演化从原始单细胞动物口沟内陷，到两胚层动物发育出消化循环腔结构。胚胎发育中的原肠由上胚层和下胚层形成的体壁围成，只有一个口（原口）与外界相通，兼口和肛门作用。（消化循环腔内有蛋白酶，一般不能消化淀粉）具有消化的功能，可以进行细胞外消化，又兼有循环的作用，能将消化后的营养物质运输到身体的各部分，所以又称为消化循环腔。

中间有一层称为中胶质的物质层，是上下胚层的中间物质，可以看做内外胚层的耦连体，围绕在内胚层形成的消化腔外围，将消化腔吸收的能量物质传输到外胚层组织，称之为中胶层。

中胶层中间形成了辐管结构，由主辐管，间辐管，从辐管共同构成，从辐管系栉水母的胃水管系之一部分。正辐管可分成间辐管，后者再一分为二后通至体表的部分为从辐管。共8条，位于从辐面（从辐）内。正辐管、间辐管和从辐管均为水平走向；与此相反，在体表下纵行（子午线方向）的管为子午管，与从辐管成直角。

这些辐管不是肌肉，而是胶原纤维构成，Ⅰ型胶原的原纤维平行排列成较粗大的束，成为光镜下可见的胶原纤维，抗张强度超过钢筋。其三股螺旋由二条α1（Ⅰ）链及一条α2（Ⅰ）链构成。每条α链约含1050个氨基酸残基，由重复的Gly-X-Y序列构成。X常为Pro（脯氨酸），Y常为羟脯氨酸或羟赖氨酸残基。重复的Gly-X-Y序列使α链卷曲为左手螺旋，每圈含3个氨基酸残基。三股这样的螺旋再相互盘绕成右手超螺旋，即原胶原。

原胶原分子间通过侧向共价交联，相互呈阶梯式有序排列聚合成直径50~200nm、长150nm至数微米的原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。胶原原纤维中的交联键是由侧向相邻的赖氨酸或羟赖氨酸残基氧化后所产生的两个醛基间进行缩合而形成的。（见图1-1-1）

因为胶原纤维两头连接着上下胚层，而外胚层具有神经传导功能，这样胶原纤维受到外胚层神经信号调控出现运动功能，使消化循环腔具有神经调节的体液疏导功能，也是后来三胚层动物肌肉的原基。

第二节 肌肉的出现：肌原纤维

图1-1-2 肌原纤维结构示意图

从扁形动物开始，在外胚层和内层胚之间出现了中胚层。也就是三胚层 动物的出现，而两胚层动物如何从中胶层变了中胚层层，其间发生了什么机制变化？

两胚层动物消化循环腔结构中，上下胚层之间是由胶原纤维构成的辐管结构，随着动物的演化在胶原纤维中间位置开始出现肌原纤维的结构

肌原纤维是横纹肌中长的、直径约1微米的圆柱形的结构，是骨骼细胞的收缩单位。，肌原纤维由粗肌丝和细肌丝组装而成，粗肌丝的成分是肌球蛋白，细肌丝的主要成分是肌动蛋白，辅以原肌球蛋白和肌钙蛋白。

在电子显微镜下，每一条肌原纤维的全长都呈现规则的明带和暗带。明带和暗带包含有更细的、平行的丝状结构，称为肌丝。明带是向同性，故称为Ⅰ带，肌丝较细直径约50，称为细肌丝，固定在Z膜上，一部分位于明带，一部分位于暗带，插在粗肌丝之间；暗带又称作A带。暗带中含有的肌丝较粗直径约100 ，称为粗肌丝，长度和暗带相同，固定在M膜上。暗带的中央有一较明的窄带，称H带（H是德文hell“明”的第一个字母），H带中央有薄膜，称M膜（M是德文miffle"中"的第一个字母）又称中隔。明带中央也有薄膜，称作Z膜，或称Z线；Z是德文Zwischen"间"的第一个字母，又称端隔。肌原纤维上位于相邻的两条Z线之间的区域，称为肌节，它是肌肉收缩和舒张的最基本的单位。（见图1-1-2）

胶原纤维和肌原纤维共构为一体，使得上下胚层中间出现了实质性组织，演变为细胞结构，这就是从中胶层演变为中胚层演变机制。

从胚层分化支分析这一机制，实际就是间充质中胚层发生发育机制，发育出的细胞就是间充质细胞，间充质细胞是分化程度很低的细胞，核大，卵椭圆，核仁明显，胞质呈弱嗜碱性。细胞质内除含有一定数量的线粒体之外，还有少量的粗面内质网、游离核糖体、高尔基体及散在的溶酶体和脂粒等。间充质的间质是无色透明的液体。有很强的分裂和分化能力，在胚胎发育的过程中不仅是各种结缔组织的共同祖先，而且分化和发育成血管的内皮及平滑肌等其他种类的组织。

从两胚层动物的胶原纤维到三胚层动物肌原纤维的出现，在体表和原肠中间开始有了细胞的出现，也就是间充质干细胞，这一机制出现引发动物界系统的第二次飞跃（单细胞到多细胞两胚层是第一次飞跃），因为间充质干细胞，是一种具有自我复制能力和多向分化潜能的成体干细胞，这种干细胞能够发育成硬骨、软骨、脂肪和其他类型的细胞，为以后高等动物的出现奠定了机制基础。

第二章 间充质发生与内脏器官发育

第一节 胚胎预定命运图与胚胎发育模式

胚胎预定命运图是指形成未来各种器官的物质在动物早期胚胎表面的分布图。在动物胚胎发育早期，形成未来各种器官的物质，大部分位于胚胎表面。

例如有尾两栖类的早期原肠胚的预定命运图。整个表面可以分为三部分，大致相当于胚胎色素深浅不同的区域：①外胚层，在色素最深的动物性半球，将来形成表皮和神经系统。②内胚层，在几乎没有色素的植物性半球，将来形成内部的内胚层器官。③在二者之间的新月形地带，是预定脊索中胚层区域。背方较宽，将来形成脊索；其他中胚层（包括体节和侧部中胚层等）物质对称地位于它的两侧，自背而腹地逐渐变窄。此外，发现无尾类的爪蟾，脊索中胚层并不位于胚胎表面而位于背方边缘区表层之下。

原肠胚形成是一个动态的过程，胚胎各部分都在移动，因此，在这一过程中各个时期的预定命运图是不相同的。把各时期的预定命运图进行比较，从各区域的形状和位置的相对变化，可以看出各部分移动情况。在神经胚期绘制的后端的预定命运图指出，在这样晚的时期仍然有些脊索中胚层物质停留在表面。这时的神经板后端实际上是将来形成尾部中胚层的区域，说明内陷的运动在原肠胚形成结束后尚未停止。

胚胎预定命运图就是在基因控制下胚层分化藕连的固定模式，也就是物种预定模式，动物演化过程中一点出现这种胚胎分化发育的固定模式，就会被锁定成稳定的状态发育分化器官，成为特定的动物物种；除非胚层出现了新的胚层分化支，不会出现新的物种形态出现，（见图1-1-3 ）因此，研究胚胎发育过程中胚层发生机制和胚层分化支发生机制是把握动物系统变化的核心，这就是动物发育发生学的胚胎预定机制。

图1-1-3 举例有尾两栖类早期原肠胚预定命运图

第二节 间充质分化与组织器官发育

从三胚层动物开始，动物出现了间充质中胚层，随之出现间充质干细胞，间充质干细胞是属于中胚层的一类多能干细胞，主要存在于结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量最为丰富。

（一）具有强大的增殖能力和多向分化潜能，在适宜的体内或体外环境下具有分化为肌细胞、肝细胞、成骨细胞、脂肪细胞、软骨细胞、基质细胞等多种细胞的能力。

（二）具有免疫调节功能，通过细胞间的相互作用及产生细胞因子抑制T细胞的增殖及其免疫反应，从而发挥免疫重建的功能。

（三）具有来源方便，易于分离、培养、扩增和纯化，多次传代扩增后仍具有干细胞特性，不存在免疫排斥的特性。

（四）面目模糊，表面抗原不明显，异体移植排异较轻，配型要求不严格。

正是由于间充质干细胞所具备的这些免疫学特性，使其在血液病治疗方面具有广阔的临床应用前景。通过自体移植可以重建组织器官的结构和功能，并且可避免免疫排斥反应。

高等脊椎动物机体上，骨髓是其主要来源，因此统称为骨髓间充质干细胞。骨髓间充质干细胞具有以下特性：，但在动物演化过程中是从无脊椎动物向脊椎动物的演化过程，间充质干细胞的分化也具有发育发生过程，通过这一过程我们就能逐渐清晰三胚层动物组织脏器的发育发过程，（见图1-2-1）这对于中医发育发生理论研究意义重大。

图1-2-1 间充质干细胞分化示意图

第三节 原始中胚层发生与演化顺序

一、第一个器官发生：原肾管

图1-2-2 原肾管结构示意图

从两胚层动物到三胚层动物，由于中间层胶原纤维演变为肌原纤维，肌原纤维在外胚层神经调节下收缩-舒张功能大大增强，不单增强了消化吸收能力，而且加大了体液循环能力，但是扁形动物是三胚层，无体腔，无呼吸系统、无循环系统，有口无肛门的动物，中胚层肌肉组织出现加快了吸收能力，有口无肛门结构，只能靠口咽摄受排泄，功能已经不适应，

体液的增多很容易导致体液淤积，这就需要加大泌尿功能，保证细胞内外的电解质平衡，于是出现排泄水液的原肾管出现。

焰细胞也称“纤毛焰”，扁形动物、担轮动物排泄器官的一个部分。是原肾管内端或其每一分枝小管内端的一种中空而生有一条或一束纤毛的细胞。纤毛伸入管中，生活时不断颤动如火焰一般，故名。通常由一个细胞构成一个盲端，有时一个焰细胞也可形成多个这样的盲端。担轮动物的“焰细胞”和一般扁形动物有所不同，它是合胞体所形成的盲端、内腔具有纤毛的较厚实的顶端部分。焰细胞遍布体内，是排泄的一个小单位。从周围收集多余的水分和液体废物，纤毛摆动驱使这些液体由毛细管到达排泄管，终由排泄孔排出体外，大大加快了体液排泄能力，这一结构虽然还十分原始，只是一种功能细胞，但是已经具备器官发育的雏形，因此肾脏结构是体腔内第一发育器官。（见图1-2-2）

二、中胚层器官的演化矢量

三胚层动物从中胶质变为中胚层，本质上讲是内外胚层双向耦合的结果，首先出现原肾管系现象说明中胚层动物的器官演化具有矢量性：前一后轴轴性极化，前段出现了脑，眼点，耳突等感觉器官，身体上出现梯状神经结构，后部出现原肾管系统，这种结构体现了三胚层动物器官分化从原肠胚前后向中间演化的矢量模式，我们可以比较一下无脊椎动物的器官发育程度来观察中胚层器官演化矢量。（表1-3-1）

1-3-1 无脊椎动物的器官发育比较表

比较上表我们可以得到如下的演化规律：

1. 消化管结构从半消化管-完整消化管引发泌尿结构演化，引发泌尿结构从焰细胞—原肾管-混合后肾的演化过程。

2. 泌尿演化引发生殖结构从生殖腺-卵巢-生殖管-阴道阴经的发育演化。

3. 体液循环模式依此出现消化循环腔-皮肌囊-原始脉管-开管式循环结构。

4. 神经系统随着上述演变规律，出现梯状-链式神经索神经结构.

5. 呼吸系统出现体表-疣足-腮-书肺-皮腮的结构演变。

6. 感觉器官出现眼点-刚毛-疣足-触手-复眼结构的演变。

在以上原始三胚层动物组织器官演化过程中，消化系统，呼吸系统属于内胚层发育而来，神经皮毛感觉器官属于外胚层发育而来，泌尿生殖循环属于中胚层发育而来，我们就看出，中胚层演化是泌尿生殖-循环为主线，同时结合内胚层出现消化管-消化腺-呼吸器官；外胚层出现梯状-链式-神经索，感觉器官出现眼点-刚毛-疣足的顺序。这就说明三胚层动物自间充质中胚层出现后，随之就是间介中胚层（发育泌尿系统），脏壁中胚层（循环系统）的演化顺序，由此我们就知道了低等三胚层动物中胚层分化发育矢量：间充质中胚层-间介中胚层--脏壁中胚层。