神經嵴是一個傳統上被稱為脊椎動物的“生死線”的結構,因為它在脊椎動物的發育中扮演著如此關鍵的角色。這種結構是一個短暫存在的隆起,形成於外胚層表皮與神經板之間,在脊椎動物的發展過程中發揮著不可或缺的功能。
神經崴細胞源自這一結構,並生成多種細胞類型——包括黑色素細胞、頭面骨架、平滑肌、外周與腸道神經元等。
神經嵴的形成與多個分子機制相互作用有關,這些機制能夠定義細胞的多能性和遷移能力。藉由深入了解神經嵴形成的分子機制,我們可以獲得對於與人類疾病相關的寶貴見解,因為它涉及了多條細胞系譜的命運。
神經嵴發展的異常會導致神經嵴病,它包括各種先天性缺陷,這些缺陷可能影響新生兒的生理和形態特徵。例如,Waardenburg綜合症、DiGeorge綜合症等都與神經嵴的發育異常息息相關。
在1868年,Wilhelm His Sr.首次在小雞胚胎中描述了神經嵴,稱其為“夾在中間的繩索”。他稱這種組織為“神經節嵴”,因為它最終位於神經管的每側,並在那裡分化為脊髓神經節。20世紀的研究多以兩棲動物胚胎為主,由Hörstadius於1950年發表的專著匯總。
透過細胞標記技術,科學家們得以可視化神經嵴在發育胚胎中的遷移過程,從而深入研究這一重要的生物過程。
這些技術的進步,例如1960年代的放射性標記法,使得對神經嵴細胞的研究有了180度的轉變。直到今日,這些方法仍在大量的發育生物學研究中使用。
神經嵴細胞的形成涉及一系列有序的分子事件,包括從鄰近的表皮和內胚層釋放的外源性信號,這些信號如Wnts、BMPs和Fgfs在神經導入過程中起著重要作用。
例如,Wnt信號在多個物種中的神經嵴誘導中被證明其有效性,並且其在神經嵴特異性基因的啟動中扮演了重要角色。
接著,當神經板邊緣形成神經嵴時,其間會表達一組轉錄因子,這些因子的表達是神經嵴特異性基因表達的先行者。這一過程在脊椎動物的早期發育中至關重要。
神經嵴細胞的遷移是一個高度協調的過程。首先,神經管的閉合使得神經嵴細胞具備了進行遷移的條件。這一過程涉及表皮-間葉轉換(EMT)及其衍生的延伸。
神經嵴細胞在遷移過程中,開始表達會影響細胞形態和黏附性的分子,如Rho GTP酶和鈣黏蛋白。
在這一過程中,神經嵴細胞會受到多種信號的調控,例如EphB/EphrinB和semaphorin/neuropilin信號路徑,這些信號共同指導神經嵴細胞沿著生理路徑遷移,形成最終的細胞類型。
神經嵴病是由神經嵴細胞的異常規劃、遷移、分化或死亡所引起的疾病,包括Waardenburg綜合症、Hirschsprung病以及福特酒精疊合症等各種情況。
例如,Waardenburg綜合症造成的主要特徵包括色素失調和先天性耳聾,屬於神經嵴病中的一種類型。
這些疾病的存在不僅影響患者的生理健康,對於整體家庭以及社會的資源分配也造成了一定的挑戰,集中顯示了神經嵴在正常發展過程中的關鍵角色。
神經嵴細胞所衍生的結構是脊椎動物與其他脊索動物的重要區別特徵。在“新頭”理論中,Gans和Northcut指出神經嵴的存在創造出脊椎動物特有的功能,例如感官神經節和顱骨。這一特徵的出現為脊椎動物提供了捕食生活所需的生理特徵。
因此,可以說,神經嵴的進化與複雜生物體的演化密切相關,並強調了這一細胞群體在生命起源和演化過程中的重要性。當我們再次思考這些細胞的命運時,我們不禁要問:這些驚人的細胞起源和演化會在未來的生物學研究中揭示哪些新的知識呢?