八、胚胎發育中的某些機理
從受精卵發育為一個新個體歷經複雜的演變過程，包括細胞增殖、死亡、分化、識別、遷移和功能表達，以及組織和器官的形成等。這些變化具嚴密規律，具有精細的時間順序和空間關係。來自同一受精卵的細胞，它們的基因結構是相同的，胚胎發育變化中，細胞基因的表達起決定作用，並受內外環境因素的影響。胚胎發育機理是現代發育生物學中重大的研究課題。
（一）細胞分化
細胞分化（cell differentiation）是指幼稚細胞發育為具有某些特殊結構和功能的過程。如桑椹胚分化為內細胞群和滋養層兩類不同的細胞。內細胞群又分化為三個胚層，三個胚層再分化形成各種組織。又如，造血幹細胞先分化為各種造血相祖細胞，後者再分化為不同的血細胞；骨原細胞分化為成骨細胞或軟骨細胞；精原細胞分化為精子等。這是廣義的分化概念，它包括形態結構和功能的成熟過程。狹義的或更嚴格的分化概念，是指原始的或尚未定向的細胞不可逆地轉變為某種定向細胞的時刻，它稱之為決定（determination）。細胞的決定發生在它的形態結構變化之前，它的主要標誌是能合成某種特殊蛋白質（如酶、受體等），故可以用測定蛋白質、受體或酶等技術研究細胞的分化。
不同種屬動物，其早期胚胎細胞出現決定的時間不同。如無脊椎動物的卵裂球已經決定，故一部分卵裂球不能發育為完整的個體；而哺乳類的卵裂球尚未決定，其一部分卵裂球也可發育為一個完整的胚胎。如人桑椹胚若被分隔成兩團細胞，它們各自可發育為一個胎兒（單卵孿生）。
（二）形態發生
組織和器官的形態發生（morphogenesis）是通過細胞的形態變化和運動、細胞的識別和粘著、細胞增殖和死亡等過程而實現的。
1．細胞形態變化和運動胚胎的形態發生多與細胞層的鋪展、卷折、陷入、隆起和細胞遷移有關，而這又與細胞內微絲、微管配布引起的細胞形態變化和細胞外基質大分子物質的濃度有關。如外胚層在形成神經板、神經溝和神經管的過程中，細胞內微管先沿其兩極平行縱向排列，細胞則沿縱軸伸長形成神經板，繼而微絲平行排列於細胞頂端，細胞該端變窄，神經板逐漸下陷形成神經溝與神經管（圖20－21）。體外培養的細胞向一個方向運動時，細胞則伸長，胞質內的微管也沿伸長和運的方向縱行排列，細胞前緣的細胞膜呈波浪狀前行運動，也是與膜下大量微絲的參與相關的。基質大分子物質如纖維粘連蛋白（fibronectin）、層粘連蛋白（laminin）、膠原、糖胺多糖等也參與細胞的運動，它們可能通過細胞膜的蛋白受體與胞質內微絲連接，從而調節微絲、微管的排列方向而引起運動。細胞通過這種方式識別這些物質的濃度梯度，從而調整運動的方向。
圖20－21神經管形成過程細胞形狀與微絲、微管配布變化的關係
（1）外胚層細胞呈立方形，微絲和微管任意分布
（2）細胞變長，微管平行於長軸排列，形成神經板
（3）細胞頂部縮窄，微絲與表面平行分布，形成神經管
2．細胞識別和粘著胚胎發育中，同類或相關細胞能彼此識別，經過遷移能按一定的模式類聚和粘著在一起，構成組織。近年認為，這是由於細胞膜上的糖蛋白受體與相關細胞細胞衣內的糖鏈結合的結果。
3．細胞增殖和死亡胚胎時期的細胞增殖十分旺盛，其調控機制,尚不完全清楚。已知與多種刺激相應細胞增殖的化學因子有關，如生長激素、性激素、神經生長因子、表皮生長因子、血細胞生長因子、成纖維細胞生長因子、血細胞發生的多種集落刺激因子等。許多組織的細胞還產生抑素，可抑制自身的增殖。細胞內cAMP濃度下降時，細胞分裂加快，反之減慢。
胚胎發生中廣泛存在細胞定時死亡現象，稱程序性細胞死亡（apoptosis）。它是器官正常發生的重要因素，唯其機制不明。如人胚的尾芽和鰓的定期消失；早期手和足都形似槳板，在預定指或趾之間的細胞死亡後，才能形成指或趾。又如循環系統發生過程中的某段動脈或靜脈的定時退化、女性中腎管的定期退化、男性中腎旁管的定期消失等都屬此例。
（三）胚胎組織的相互影響
在胚胎的細胞分化和形態發生中，組織或細胞之間常是互以對方為條件而相互影響的。當相互作用的一方導致另一方的發育發生變化時，稱此現象為誘導（induction）。誘導的實例甚多，如脊索誘導其背側的外胚層發生神經管；眼發生中的視泡誘導表面外胚層發生晶狀體；肢芽中胚層誘導表面外胚層形成頂嵴，後者決定肢體的形態發育。還有多層次誘導現象，如視泡誘導形成晶狀體，後者再誘導表面外胚層和鄰近的間充質形成角膜。相互誘導作用的事例如在是腎的發生中，輸尿管芽誘導生後腎組織形成腎小管，生後腎組織又誘導輸尿管芽分支形成集合小管。誘導作用具有嚴格的組織特異性和發育時期的限制，若過程受到幹擾，改變原有的時空關係，就可能發生先天性畸形。關於誘導作用的機理，雖有不少實驗研究，但迄今仍無明確結論。
（華西醫科大學 吳良芳）