美西螈胚胎鳃神经发育的形态学

美西螈胚胎鳃神经发育的形态学 美西螈胚胎鳃神经发育的形态学 ? ? ???3原治道 黄明玉 下川隆 木南利 子 安高悟 ( ? 青海大学医学院解剖学教研室 西宁 810001 ,中国 ; ( ) ) ? 日本釐泽医科大学分子形态科学 解剖 ?内滩 920 0293 ,日本- ( ) 摘要 : 在约 25 ?温度下孵化并选用第 30～44 期的美西螈 Ambystoma mexicanum胚胎标本 ,用 4 %多聚甲 醛溶液固定 ,进行整体标本免疫染色 ,体视显微镜观察 。结果显示 ,胚胎 30 期 ,可观察到鳃神经节短小 的鳃神经本干 ; 胚胎 35 期 ,已能观察到较明显的部分分支和交通支 ; 胚胎 37 期 ,形成上颌神经及下颌 神经 ; 胚胎 38 期 ,可观察到舌咽神经的背支 、咽头支 ; 胚胎 40 期 ,可观察到舌咽神经的鳃裂前支 。因 而 ,美西螈鳃神经在胚胎早期遵循祖先型排列的特点 ,之后随胚胎的发育 ,出现随鳃器官演化而重新分 布的趋势 ; 其舌咽神经基本保持了鳃神经的原始形态特点 。 关键词 : 美西螈 ; 鳃神经 ; 舌咽神经 () 中图分类号 :Q954 文献标识码 :A 文章编号 :025023263 2008032121205 Morphological Characteristics of the Branchial Nerve in Axolotl Embryos at Different Stages ? ? ? HUANG Ming2Yu Takara Shimokawa Rieko Kominami ? ?3 Saturu Yasukata Harumichi Shinohara ( ? Department of Anatomy , Medical College , Qinghai University , Xining 810001 , China ; ) ? Division of Anatomy ?, Kanazawa Medical University , Ishikawa 920 0293 , J apan- ) ( Abstract :Axolotl’s Ambystoma mexicanum spawn was incubated at 25 ?, and embryos at stages 30 - 44 were collected and fixed with 4 % paraformaldehyde . The whole mount immunostaining was conducted and embryos were observed under stereomicroscope . The sensory ganglion of branchial nerve and smallish branchial nerve trunk were observed in the stage 30 embryo , rami and communicating ramus of branchial nerve appeared in the stage 35 embryo , maxillary and mandibular nerves developed in the stage 37 embryo , dorsal ramus and pharynges ramus of glossopharyngeal nerve were found in the stage 38 embryo , and pretrematicus ramus of glossopharyngeal nerve were observed in the stage 40 embryo . Early stage axolotl embryo kept the same pattern of branchial nerves as in the ancestral vertebrates. In later stage , embryo showed the evolution tendency of the branchial apparatus and branchial nerves appearance and redistribution. The glossopharyngeal nerve of axolotl kept the original morphological characteristic of branchial nerve . Key words :Axolotl ; Branchial nerve ; Glossopharyngeal nerve 脊椎动物由于脑的特化 ,脑神经较脊神经 有很大变化 ,而且起源及分布不脊神经差异很 基金项目 2003 年日元贷款项目人才培养 ; ( ) 3 通讯作者 , E2mail : haru @kanazawa2med. ac . jp ; 第一作者介大 。其鳃神经 ?、?、?、?不躯干部背根神 绍 黄明玉 , 男 , 副教授 ; 研究方向 : 比较解剖 E2mail : 经的情况也不相同 ,主要的区别是这些背侧脑 qyhuangmingyu @126 . com。 神经紧密伴随着鳃系统 。在脊椎动物的种系发 收稿日期 :2007211227 ,修回日期 :2008203210 (生和个体发生发育过程中 ,鳃弓发生了巨大的 3A10 ,购买于美国阿依华大学的 Developmental ) Studies Hybridoma Bank,4 ?,36 h ,使一抗不神 形态学变化 ,随着种系的升高 ,其变化的程度也 在增加 。在发育过程中 ,鳃弓经历了大量的形 经相关蛋白特异结合 ; TBST 充分洗涤 ,洗去未 1 () 不神经抗原特异结合的一抗 ; 115 % Blocking 溶 态修正 ,结果使最初的结构 鳃节变得模糊; 不之有着密切关系的鳃神经分支分布也发生了 液中处理 90 min ,添加 1?1 000兔抗鼠 IgG 多克 明显的改变 。 隆抗 体 , 4 ?, 16 h ; TBST 充 分 洗 涤 , 最 后 用 ( μ DBA2HOTBST 1 ml + DBA 015 g + 30 %丟栖类在系统发生方面是承上吭下的关键 2 2 μ) (HO015l显色 ,脱水 ,透明 ,置于 BABB 1 份 动物类群 , 是动物由水生到陆生的过渡阶段 。 2 2 ) 苯甲醇?1 份苯甲酸苄脂溶液 ,体视显微镜下 在个体发生方面 ,丟栖类在其一生中要经历一 次变态 ,变态前的幼体具有类似鱼的体形及生 观察 。 活习性 , 变态后的成体则营陆地生活 , 用肺呼 2 标本观察 ( 吸 。终 生 保 持 幼 体 形 态 的 美 西 螈 Ambystoma ) mexicanum 为我们提供了一种非常有价值的胚 在 30 期美西螈胚胎 ,即孵化至 102 h 体长 胎学研究素材 ,它们仍然保持着鳃弓的结构特约 415 mm ,此时头部继续变直 , 背部弯曲逐渐 1点 。本研究的目的就是通过观察不同发育阶减小 ,身体延长 ,尾芽增大 ,鳍褶开始出现 ,三叉 段美西螈胚胎鳃神经的发生发育过程 ,掌握更 神经节已比较清晰 ,并可见由此发出一条短小 加翔实的有尾丟栖类鳃神经的大体形态特征资 的眼深神经根和一条上颌2下颌神经根 ; 面神 料 ,同时也为哺乳类头面部神经的比较解剖学 经 、迷走神经和舌咽神经根也已经显现 ,并可观 研究提供可靠的形态学依据 。察到膨大的神经节 ; 在这一期 ,咽头囊显示的 非常清楚 ,可观察到舌咽神经本干向咽头囊后 1 材料不方法 方延伸 。 111 材料 美西螈属有尾丟栖类蝾螈亚目钝 口胚胎 31 期 ,即孵化到 109 h 体长约 417 mm () 螈科墨西哥钝口螈属 美西螈属。本研究采 用 时 ,三叉神经节和短小的三叉神经本干已比较 Bordzilovskaya 和 Detlaff 制定的美西螈胚胎发 育清晰 ,并已分出眼深神经 ,但上颌神经不下颌神 2 分期,在大约 25 ?温度下孵化并选用 第 经仍然在一起走行 ,尚无法区别 ; 面神经 、舌咽 30 期至 44 期的美西螈胚胎标本 ,用 4 %多聚 甲神经和迷走神经本干也变得十分清晰 ,而咽头 醛溶液固定备用 。 囊则逐渐模糊 ; 舌咽神经本干经咽头囊后方行 112 免疫染色 根据野地澄晴教授主编的《免 疫向前下方 ,本干上端向前发出一分支不面神经 染色?原位杂交》一中所著的整体标本免疫 吮合 ,形成 ?2 ?交通支 ,本干下端向后发出一 3 染色方法,进行胚胎标本整体染色 。首先将分支到外鳃 ,形成舌咽神经鳃支 ,迷走神经也发 标本经 PBS 充分洗涤 ,以避免因固定液残留而 出分支到外腮形成其腮支 。 ( 引起 抗 体 的 非 特 异 性 结 合 ; TBST 150 mmol 胚胎 35 期 , 即 孵 化 至 122 h 体 长 约 6125 () )NaCl?100 mmol Tris2HCl p H 715?011 % Tween mm 时 ,从后脑至尾根的躯干轴完全变直 ,三个 溶液中处理 10 min ×2 次后 ,置于 115 % HO2外鳃已具雏形 ,基本轮廓清晰可见 ,此时三叉神 2 2 μμ( ) 经干明显延长 ,其形态基本不上一期相似 ; 面 TBST 30 % HO45 l + TBST 955 l 中 60 2 2 神经和舌咽神经本干明显向腹侧延伸 ,其舌咽 min ,阻断内源性过氧化物酶 ; TBST 溶液充分洗 神经不面神经的交通支 、舌咽神经的鳃支以及 ( 涤后 ,置于 115 % Blocking Blocking Reagent 115 g ( ) 迷走神经的腮支更为清晰 图版 ?: A, 而咽头 ) (+ TBST 100 ml溶液处理 60 min 回旋培养器缓 囊已变得十分模糊 。 ) 慢摆动 ,使液体不断循环 ,增加渗透性; 然后添 加 1?1 000抗神经相关蛋白的鼠源单克隆抗体胚胎 37 期 ,即孵化至 177 h 体长约 715 mm 经的眼深神经已伸至眼泡周围并发出分支 ,上,这种吮合现象提示有尾丟栖类至等 。因而 胎发育后期 ,鳃神经的分布已逐渐摆脱较低颌神经伸至眼泡后下方 ,下颌神经几乎垂直向 水栖脊椎动物成行排列的特点 ,出现随鳃器腹侧延伸 ; 面神经 、舌咽神经和迷走神经及其 的演化而重新分布的趋势 。分支均变得更加清晰可见 ; 可观察到面神经的 末梢已形成分支 ,其向前的分支紧贴下颌神经 眼深神经在神经发育之处就独立形成一 的腹后侧前行 ; 舌咽神经鳃支经鳃弓动脉后方 干的特点进一步 ,在低等动物 ,眼深神经 脑部就不三叉神经分离 ,之后随着生物的进行向后下方 ,并不迷走神经鳃支吮合 ; 舌咽神 ( 上 、下颌的发生和前部鳃裂的消失 ,而成为三经本干则经鳃弓动脉前方行向前下方 图版 ?: 5 ) B。神经的一部分 。这也不 Northcutt 等的研究 胚胎 38 期 , 即 孵 化 至 178 h , 体 长 约 718 果一致 ,即眼深神经 、三叉神经分别独自从外 mm 。此时 ,三叉神经和面神经形态基本同上一 层基板和神经嵴发出 。三叉神经主干在胚 37 期分支形成上颌神经和下颌神经 ,提示美期 。舌咽神经背支经其神经节的背侧面发出后 行向背侧 ,咽头支则在 ?2 ?交通支的上方自舌 螈胚胎口裂即将形成 ; 而在对胚胎形态的观 2咽神经本干发出行向前内侧 。 ,直至 39 期 , 才可以观察到口角 的 轮中 胚胎 40 期 ,即孵化到 240 h 体长约 913 mm因此 ,美西螈胚胎口裂发生发育的研究应从 时 ,外鳃已比较长 ,外鳃上的丝芽明显增多 ,口 胎 37 期戒更早期进行较为恰当 。 ( 角的标志更加清晰 ,此时三叉神经的眼深神经 、 美西螈胚胎在 30 期时 ,其鳃神经 ?、 ) 上颌神经和下颌神经均形成明显的末梢分支 , ?、?的感觉神经节已清晰可见 ,同时可以 面神经的分支以及不舌咽神经的交通支更加清 察到短小的鳃神经根 ; 至 35 期 ,其本干明显 晰明了 ,舌咽神经的咽头支和鳃裂前支也已显 长 , 各 鳃 神 经 形 成 的 分 支 已 能 明 显 识 5 () 示 图版 ?:C。 Northcutt 等的研究指出 , 外胚层基板衍生 构成感觉神经节的神经母细胞在胚胎 26 期 3 讨论 能够被识别 ,神经嵴衍生的神经母细胞在胚 在低等脊椎动物 ,由于出现了鳃裂 ,其鳃神 30 期能够被识别 ,它们指向外周的神经轴突 ( ) 经 ?、?、?、?就趋向大致成行排列的特点 。 胚胎 35 期形成可识别的分支 。这不本研究 至颌口类 ,由于前部颌结构的发生 ,而丞失了前 果基本一致 。然而 ,由于本研究从胚胎 30 期 面丟个鳃裂 ,但其鳃神经仍表现出祖先型的特始采集标本 ,未能观察到之前鳃神经感觉神 4。本研究结果显示 ,美西螈胚胎早期 ,脑神点 节的发育情况 。同时 , 本研究证实 , 在胚胎 ,四对鳃神经的排列顺序完经干开始形成之初 期 ,鳃神经本干已形成一些细小的分支 , 至 全遵循其祖先型的特点 ,由前向后依次为眼深期 ,其分支变得比较清晰明了 。 ( ) ( ) ( ) 神经 ?、三叉神经 ?、?、面神经 ?、 1 2 3 最典型的鳃神经应该就是鱼的舌咽神4 ( ) ( ) ,像所有的鳃神经一 伴随着第一标准鳃裂舌咽神经 ?和迷走神经 ?。随着胚胎的继 发自延髓 ,其感觉根上有一显著的神经节 。 续发育 ,三叉神经 、面神经 、舌咽神经和迷走神 干包含感觉和运动丟种纤维 ,下行至鳃裂后经相继形成分支 ,并且相邻神经的部分分支之 间形成一些吮合支 ,如 ?2 ?交通支 、舌咽神经 形成鳃裂后支 ; 较细小的鳃裂前支走行在鳃 的前方 ; 咽头支向内向前下到达咽壁 , 最小 鳃支不迷走神经鳃支的吮合 。这种吮合在高等 背支常常缺无 。本研究结果表明 ,美西螈舌哺乳动物也有类似的表现 ,如人类面神经的内 神经基本保持了鳃弓神经的形态特点 ,舌咽脏运动纤维随三叉神经的上颌神经和下颌神经 经本干经咽头囊后方行向前下 ,在下行的过分布到泪腺 、下颌下腺 、舌下腺 ; 舌咽神经的内 迷走神经的比较解剖学研究提供更加丰富的形 中 ,由上向下依次发出背支 、咽头支 、?2 ?交通 态学资料 。支 、鳃支和鳃裂前支 。其背支在胚胎 38 期时可 观察到 ,经舌咽神经节的背侧面发出后行向背 参考 文 献 侧 。而在胚胎 40 期以后 ,其背支未能在染色标 1 1 Tanaka S , Mizukami S. Microscopical study of the nervus 本中观察到 。Tanaka 提出, 有尾目背支出现 glossopharyngeus of the urodeles Triturus pyrrhogaster 随后又消失的短暂现象可能是来自一种轻微的 ensicauda , with reference to communications of this nerve with 隔代遗传变异 。而有尾目的 ?2 ?交通支则是 () the nervus facialis. Zool J b Anat , 1992 , 122 3: 399～415 . 1 一个固定的分支,这在本研究中也得到了进 2 Bordzilovskaya N P , Detlaff T A. Table of stages of the normal 一步确认 。美西螈舌咽神经同时向后发出分支 development of axolotl embryos and the prognostication of timing of successive developmental stages at various temperatures. 至外鳃 ,并不迷走神经的鳃支形成吮合 ,这不在 6 () Axolotl Newsletter , 1979 , 7 1: 2～22 . 鸡胚神经系统发育研究中观察到的情况类 3 野地澄晴编著. 免疫染色?in situ ‘1 ? 1J ‘1 } 似 。 >. 东京 : 株式会社羊土社 ,2002 ,101～103 .虽然美西螈为丟栖类动物 ,但终生保持幼 ( 4 Romer A S , Parsons T S. The Vertebrate Body Sixth 体形态 ,没有丧失鳃的功能 ,其舌咽神经仍保留 ) Edition. Tokyo : Saunders College Publishing , Cas Publishing Japan Ltd , 1986 ,558～559 . 着较多的原始形态 。在胚胎 40 期时 ,可清楚地 5 Northcutt R G , Brndle K. Development of branchiomeric and t观察到鳃裂前支 ,这一点在有关成年期甚至在 lateral line nerves in the axolotl . The J ournal of Comparative 较高等哺乳动物的胚胎期研究中未见报道 ,但 () Neurology , 2004 , 355 3: 427～454 . 在其他 鱼 类 中 , 可 观 察 到 明 显 的 鳃 裂 前 支 存 6 Kuratani S , Tanaka S , Ishikawa Y , et al . Early development 7。然而 ,由于美西螈鳃裂前支出现的时间在 of the facial nerve in the chick embryo with special reference to the development of the chorda tympani . The American J ournal 较晚 ,该支出现时 ,咽头囊轮廓已基本消失 ,无 () of Anatomy , 1988 , 182 2: 169～182 . 法判断鳃裂前支是否走行在咽头囊的前方 。因 7 Kuratani S , Ueki T , Aizawa S , et al . Peripheral development 此成体后 ,鳃裂前支不周围结构以及不咽头囊 of cranial nerves in a cyclostome , lampetra japonica : 之间的位置关系已无法确定 。因而 ,深入研究 morphological distribution of nerve branches and the vertebrate 美西螈鳃神经及其感觉神经节 ,详细观察其分 body plan. The J ournal of Comparative Neurology , 1997 , 384 () 2: 483～500 . 支的分布以及不周围结构的关系 ,仍然是十分 必要的 ,这将对三叉神经 、面神经 、舌咽神经和 图 版 说 明 ( )A :美西螈 35 期胚胎外鳃区左侧面观 ; B :美西螈 37 期胚胎外鳃区左侧面观 ; C :美西螈 40 期胚胎外鳃区左侧面观 。×10 1 . ?2 ?交通支 ; 2 . 舌咽神经鳃支 ; 3 . 迷走神经鳃支 ; 4 . ?2 ?鳃交通支 ; 5 . 鳃弓动脉 ; 6 . 外鳃 ; 7 . 舌咽神经鳃裂前支 ; 8 . 舌咽神 经鳃裂后支 ; ?. 眼深神经 ; ?. 上颌神经 ; ?. 下颌神经 ; ?. 上颌神经不下颌神经根 ; ?. 面神经 ; ? 舌咽神经 ; ?. 迷 1 2 3 2 + 3 走神经 。Ot . 听泡 ; EB. 眼泡 。 Explanation of Plate A : Left lateral view of external branchial region of stage 35 Axolotl embryo ; B : Left lateral view of external branchial region of stage 37 Axolotl ( )embryo ; C : Left lateral view of external branchial region of stage 40 Axolotl embryo . ×10 1 . ?2 ?communicating ramus ; 2 . Gill ramus of glossopharyngeal nerve ; 3 . Gill ramus of vagus nerve ; 4 . Communicating ramus of ?2 ? gill ramus ; 5 . Branchial arch artery ; 6 . External gills ; 7 . Pretrematicus ramus of glossopharyngeal nerve ; 8 . Posttrematicus ramus of glossopharyngeal The root of maxillary nerve and mandibular ?.nerve ; ?. Ophthalmic profundus nerve ; ?. Maxillary nerve ; ?. Mandibular nerve ; 1 2 3 2 + 3 nerve ; ?. Cranial nerve ; ?. Glossopharyngeal nerve ; ?. Vagus nerve ; Ot . Otocyst ; EB. Eyeball . HUANG Ming2Yu et al . :Morphological Characteristics of the Branchial Nerve Plate ?in Axolotl Embryos at Different Stages 图版见文后