神经嵴是一个传统上被称为脊椎动物的“生死线”的结构,因为它在脊椎动物的发育中扮演着如此关键的角色。这种结构是一个短暂存在的隆起,形成于外胚层表皮与神经板之间,在脊椎动物的发展过程中发挥着不可或缺的功能。
神经崴细胞源自这一结构,并生成多种细胞类型——包括黑色素细胞、头面骨架、平滑肌、外周与肠道神经元等。
神经嵴的形成与多个分子机制相互作用有关,这些机制能够定义细胞的多能性和迁移能力。藉由深入了解神经嵴形成的分子机制,我们可以获得对于与人类疾病相关的宝贵见解,因为它涉及了多条细胞系谱的命运。
神经嵴发展的异常会导致神经嵴病,它包括各种先天性缺陷,这些缺陷可能影响新生儿的生理和形态特征。例如,Waardenburg综合症、DiGeorge综合症等都与神经嵴的发育异常息息相关。
在1868年,Wilhelm His Sr.首次在小鸡胚胎中描述了神经嵴,称其为“夹在中间的绳索”。他称这种组织为“神经节嵴”,因为它最终位于神经管的每侧,并在那里分化为脊髓神经节。 20世纪的研究多以两栖动物胚胎为主,由Hörstadius于1950年发表的专著汇总。
透过细胞标记技术,科学家们得以可视化神经嵴在发育胚胎中的迁移过程,从而深入研究这一重要的生物过程。
这些技术的进步,例如1960年代的放射性标记法,使得对神经嵴细胞的研究有了180度的转变。直到今日,这些方法仍在大量的发育生物学研究中使用。
神经嵴细胞的形成涉及一系列有序的分子事件,包括从邻近的表皮和内胚层释放的外源性信号,这些信号如Wnts、BMPs和Fgfs在神经导入过程中起着重要作用。
例如,Wnt信号在多个物种中的神经嵴诱导中被证明其有效性,并且其在神经嵴特异性基因的启动中扮演了重要角色。
接着,当神经板边缘形成神经嵴时,其间会表达一组转录因子,这些因子的表达是神经嵴特异性基因表达的先行者。这一过程在脊椎动物的早期发育中至关重要。
神经嵴细胞的迁移是一个高度协调的过程。首先,神经管的闭合使得神经嵴细胞具备了进行迁移的条件。这一过程涉及表皮-间叶转换(EMT)及其衍生的延伸。
神经嵴细胞在迁移过程中,开始表达会影响细胞形态和黏附性的分子,如Rho GTP酶和钙黏蛋白。
在这一过程中,神经嵴细胞会受到多种信号的调控,例如EphB/EphrinB和semaphorin/neuropilin信号路径,这些信号共同指导神经嵴细胞沿着生理路径迁移,形成最终的细胞类型。
神经嵴病是由神经嵴细胞的异常规划、迁移、分化或死亡所引起的疾病,包括Waardenburg综合症、Hirschsprung病以及福特酒精叠合症等各种情况。
例如,Waardenburg综合症造成的主要特征包括色素失调和先天性耳聋,属于神经嵴病中的一种类型。
这些疾病的存在不仅影响患者的生理健康,对于整体家庭以及社会的资源分配也造成了一定的挑战,集中显示了神经嵴在正常发展过程中的关键角色。
神经嵴细胞所衍生的结构是脊椎动物与其他脊索动物的重要区别特征。在“新头”理论中,Gans和Northcut指出神经嵴的存在创造出脊椎动物特有的功能,例如感官神经节和颅骨。这一特征的出现为脊椎动物提供了捕食生活所需的生理特征。
因此,可以说,神经嵴的进化与复杂生物体的演化密切相关,并强调了这一细胞群体在生命起源和演化过程中的重要性。当我们再次思考这些细胞的命运时,我们不禁要问:这些惊人的细胞起源和演化会在未来的生物学研究中揭示哪些新的知识呢?