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Morphogenesis: Vertebrate Limb Development 第十四章 附肢的发育和再生 附肢发育的研究是发育生物学的一个重要课题。脊椎动物，特别是鸟类和两栖类附肢（limb）的发育包含了大量的、各种各样的诱导作用。 有尾类的蝾螈和美西螈附肢具有明显的再生能力，是研究再生的极好模型。 一、脊椎动物附肢的发育 脊椎动物的附肢是一个极其复杂的器官，每一块骨和肌肉的位置都被精密地组织在一起。附肢在三个基本轴上是不对称的，但左前肢总是和右前肢呈镜面对称。 脊椎动物的附肢都是由体壁中胚层和外部的表皮共同组成的。 鸡翅内骨的排列模式及其不对称性 脊椎动物附肢由体壁中胚层和外部表皮共同形成，这些附肢的骨头主要包含3个部分：靠近体壁的stylopod (如：肱骨humerus或股骨)，中段为zeugopod (如：桡尺骨ulna 或胫腓骨radius)，metacarpal（掌骨），最远程的是autopod (如：腕骨-手指digits或跗骨-脚指)。 在所有的四足动物中，附肢发育的基本形态发生原则（basic morphogenetic rules）是相同的。 构建一个附肢所需要的位置信息要在一个三维（或包括时间在内的四维）的、相互协调的系统中发挥作用。现在已鉴定了一系列蛋白，在附肢近远轴、前后轴和背腹轴的形成过程中发挥作用。 1、附肢的起源 脊椎动物的附肢在起源上是由胚胎体壁向外生长形成的，主要是由来自中胚层的疏松间质形成的中央核，以及来自外胚层的表皮两大部分组成。 附肢的原基称为附肢芽（limb bud）。附肢芽形成的位置在每一物种是恒定的，由Hox基因沿身体前后轴表达的水平决定。 许多脊椎动物胚胎中的预定附肢区（prospective limb area）已被定位。能形成一个附肢的所有细胞，称为附肢场（limb field），包括位于中央的、产生附肢本身的中胚层细胞（附肢盘，limb disc）以及形成周围的躯干组织和肩带/腰带的细胞。 附肢场起初具有调节失去或增加部分附肢的能力，附肢场中的每个细胞都能被指令形成附肢的任意一部分－调和等能系统。 2、附肢的早期发育 附肢早期发育的第一个迹象是体节中胚层细胞沿胚胎长轴的增殖，逐渐在表皮的下面形成厚的细胞团,它们从附肢场的侧板中胚层和体节中胚层分离出来，进而转变为间质细胞进行迁移。 附肢的发育开始于间质细胞从附肢的骨骼前体细胞 (limb skeletal precursors)和附肢的肌肉前体细胞 (limb muscle precursors)分离后的增殖，这些细胞在内胚层组织下聚集并形成一环状的突起，此突起称为肢芽。 Induction of the early limb bud: Wnt proteins and fibroblast growth factors (FGFs) 肢芽形成的信号来自于侧板中胚层(lateral plate mesoderm) 细胞，这些细胞会分泌成纤维生长因子FGF10，而FGF10能够促使外胚层和中胚层之间分肢形成的交互作用。 当含有FGF10的小珠子被放置于侧翼内胚层下方，会有额外的分肢形成。 Wnt proteins and fibroblast growth factors (FGFs) FGF10原本分布于整个侧板中胚层，但是在附肢形成之前，FGF10便被限制在侧板中胚层将形成附肢的区域，FGF10被限制主要与Wnt proteins有关。 前肢、后肢的分化 Gain-of-function实验结果表明，转录因子TBX4和TBX5分别与后肢和前肢的特化有关。 Loss-of-function资料也表明，人类TBX5基因缺失会导致上肢和心脏的异常，但下肢基本不受影响。 apical ectodermal ridge (AER) 在鸟类和哺乳类中胚层诱导肢芽顶端前、后边缘的外胚层细胞伸长，形成一个增厚的特殊结构，称为顶外胚层嵴（AER)。这个脊状的构造会跟肢芽指状的边缘一起移动，并且会变成发展中四肢的主要信号中心。 它扮演以下几种角色：(1)维持它下面的间质细胞处于一种可塑、增生的阶段，使之能够完成肢干近－远端 (proximal-distal) 的生长；(2)使那些可以引起前－后轴 (anterior- posterior axis) ?(亦即，拇指到小指) 形成的分子维持在一定的表现量；(3)与能够特化前后轴跟背腹轴 (dorsal-ventral axis) 的蛋白质相互作用，如此一来每个细胞就能得到如何来分化的指示。 附肢发育中外胚层和中胚层间的相互作用 附肢的向外生长涉及AER和中胚层间持续的相互作用。一旦中胚层诱导其上方的外胚层形成AER，AER与中胚层的相互作用对附肢的