脾主肌肉：間充質干細胞分化發育機理

第一章 “脾主肌肉”與肌肉發生

第一節 肌肉發生原基：膠原纖維

動物演化從原始單細胞動物口溝內陷，到兩胚層動物發育出消化循環腔結構。胚胎發育中的原腸由上胚層和下胚層形成的體壁圍成，只有一個口（原口）與外界相通，兼口和肛門作用。（消化循環腔內有蛋白酶，一般不能消化淀粉）具有消化的功能，可以進行細胞外消化，又兼有循環的作用，能將消化后的營養物質運輸到身體的各部分，所以又稱為消化循環腔。

中間有一層稱為中膠質的物質層，是上下胚層的中間物質，可以看做內外胚層的耦連體，圍繞在內胚層形成的消化腔外圍，將消化腔吸收的能量物質傳輸到外胚層組織，稱之為中膠層。

中膠層中間形成了輻管結構，由主輻管，間輻管，從輻管共同構成，從輻管系櫛水母的胃水管系之一部分。正輻管可分成間輻管，后者再一分為二后通至體表的部分為從輻管。共8條，位于從輻面（從輻）內。正輻管、間輻管和從輻管均為水平走向；與此相反，在體表下縱行（子午線方向）的管為子午管，與從輻管成直角。

這些輻管不是肌肉，而是膠原纖維構成，Ⅰ型膠原的原纖維平行排列成較粗大的束，成為光鏡下可見的膠原纖維，抗張強度超過鋼筋。其三股螺旋由二條α1（Ⅰ）鏈及一條α2（Ⅰ）鏈構成。每條α鏈約含1050個氨基酸殘基，由重復的Gly-X-Y序列構成。X常為Pro（脯氨酸），Y常為羥脯氨酸或羥賴氨酸殘基。重復的Gly-X-Y序列使α鏈卷曲為左手螺旋，每圈含3個氨基酸殘基。三股這樣的螺旋再相互盤繞成右手超螺旋，即原膠原。

原膠原分子間通過側向共價交聯，相互呈階梯式有序排列聚合成直徑50~200nm、長150nm至數微米的原纖維，在電鏡下可見間隔67nm的橫紋。膠原原纖維中的交聯鍵是由側向相鄰的賴氨酸或羥賴氨酸殘基氧化后所產生的兩個醛基間進行縮合而形成的。（見圖1-1-1）

因為膠原纖維兩頭連接著上下胚層，而外胚層具有神經傳導功能，這樣膠原纖維受到外胚層神經信號調控出現運動功能，使消化循環腔具有神經調節的體液疏導功能，也是后來三胚層動物肌肉的原基。

第二節 肌肉的出現：肌原纖維

從扁形動物開始，在外胚層和內層胚之間出現了中胚層。也就是三胚層 動物的出現，而兩胚層動物如何從中膠層變了中胚層層，其間發生了什么機制變化？

兩胚層動物消化循環腔結構中，上下胚層之間是由膠原纖維構成的輻管結構，隨著動物的演化在膠原纖維中間位置開始出現肌原纖維的結構

肌原纖維是橫紋肌中長的、直徑約1微米的圓柱形的結構，是骨骼細胞的收縮單位。，肌原纖維由粗肌絲和細肌絲組裝而成，粗肌絲的成分是肌球蛋白，細肌絲的主要成分是肌動蛋白，輔以原肌球蛋白和肌鈣蛋白。

在電子顯微鏡下，每一條肌原纖維的全長都呈現規則的明帶和暗帶。明帶和暗帶包含有更細的、平行的絲狀結構，稱為肌絲。明帶是向同性，故稱為Ⅰ帶，肌絲較細直徑約50，稱為細肌絲，固定在Z膜上，一部分位于明帶，一部分位于暗帶，插在粗肌絲之間；暗帶又稱作A帶。暗帶中含有的肌絲較粗直徑約100 ，稱為粗肌絲，長度和暗帶相同，固定在M膜上。暗帶的中央有一較明的窄帶，稱H帶（H是德文hell“明”的第一個字母），H帶中央有薄膜，稱M膜（M是德文miffle'中'的第一個字母）又稱中隔。明帶中央也有薄膜，稱作Z膜，或稱Z線；Z是德文Zwischen'間'的第一個字母，又稱端隔。肌原纖維上位于相鄰的兩條Z線之間的區域，稱為肌節，它是肌肉收縮和舒張的最基本的單位。（見圖1-1-2）

膠原纖維和肌原纖維共構為一體，使得上下胚層中間出現了實質性組織，演變為細胞結構，這就是從中膠層演變為中胚層演變機制。

從胚層分化支分析這一機制，實際就是間充質中胚層發生發育機制，發育出的細胞就是間充質細胞，間充質細胞是分化程度很低的細胞，核大，卵橢圓，核仁明顯，胞質呈弱嗜堿性。細胞質內除含有一定數量的線粒體之外，還有少量的粗面內質網、游離核糖體、高爾基體及散在的溶酶體和脂粒等。間充質的間質是無色透明的液體。有很強的分裂和分化能力，在胚胎發育的過程中不僅是各種結締組織的共同祖先，而且分化和發育成血管的內皮及平滑肌等其他種類的組織。

從兩胚層動物的膠原纖維到三胚層動物肌原纖維的出現，在體表和原腸中間開始有了細胞的出現，也就是間充質干細胞，這一機制出現引發動物界系統的第二次飛躍（單細胞到多細胞兩胚層是第一次飛躍），因為間充質干細胞，是一種具有自我復制能力和多向分化潛能的成體干細胞，這種干細胞能夠發育成硬骨、軟骨、脂肪和其他類型的細胞，為以后高等動物的出現奠定了機制基礎。

第二章 間充質發生與內臟器官發育

第一節 胚胎預定命運圖與胚胎發育模式

胚胎預定命運圖是指形成未來各種器官的物質在動物早期胚胎表面的分布圖。在動物胚胎發育早期，形成未來各種器官的物質，大部分位于胚胎表面。

例如有尾兩棲類的早期原腸胚的預定命運圖。整個表面可以分為三部分，大致相當于胚胎色素深淺不同的區域：①外胚層，在色素最深的動物性半球，將來形成表皮和神經系統。②內胚層，在幾乎沒有色素的植物性半球，將來形成內部的內胚層器官。③在二者之間的新月形地帶，是預定脊索中胚層區域。背方較寬，將來形成脊索；其他中胚層（包括體節和側部中胚層等）物質對稱地位于它的兩側，自背而腹地逐漸變窄。此外，發現無尾類的爪蟾，脊索中胚層并不位于胚胎表面而位于背方邊緣區表層之下。

原腸胚形成是一個動態的過程，胚胎各部分都在移動，因此，在這一過程中各個時期的預定命運圖是不相同的。把各時期的預定命運圖進行比較，從各區域的形狀和位置的相對變化，可以看出各部分移動情況。在神經胚期繪制的后端的預定命運圖指出，在這樣晚的時期仍然有些脊索中胚層物質停留在表面。這時的神經板后端實際上是將來形成尾部中胚層的區域，說明內陷的運動在原腸胚形成結束后尚未停止。

胚胎預定命運圖就是在基因控制下胚層分化藕連的固定模式，也就是物種預定模式，動物演化過程中一點出現這種胚胎分化發育的固定模式，就會被鎖定成穩定的狀態發育分化器官，成為特定的動物物種；除非胚層出現了新的胚層分化支，不會出現新的物種形態出現，（見圖1-1-3 ）因此，研究胚胎發育過程中胚層發生機制和胚層分化支發生機制是把握動物系統變化的核心，這就是動物發育發生學的胚胎預定機制。

第二節 間充質分化與組織器官發育

從三胚層動物開始，動物出現了間充質中胚層，隨之出現間充質干細胞，間充質干細胞是屬于中胚層的一類多能干細胞，主要存在于結締組織和器官間質中，以骨髓組織中含量最為豐富。

（一）具有強大的增殖能力和多向分化潛能，在適宜的體內或體外環境下具有分化為肌細胞、肝細胞、成骨細胞、脂肪細胞、軟骨細胞、基質細胞等多種細胞的能力。

（二）具有免疫調節功能，通過細胞間的相互作用及產生細胞因子抑制T細胞的增殖及其免疫反應，從而發揮免疫重建的功能。

（三）具有來源方便，易于分離、培養、擴增和純化，多次傳代擴增后仍具有干細胞特性，不存在免疫排斥的特性。

（四）面目模糊，表面抗原不明顯，異體移植排異較輕，配型要求不嚴格。

正是由于間充質干細胞所具備的這些免疫學特性，使其在血液病治療方面具有廣闊的臨床應用前景。通過自體移植可以重建組織器官的結構和功能，并且可避免免疫排斥反應。

高等脊椎動物機體上，骨髓是其主要來源，因此統稱為骨髓間充質干細胞。骨髓間充質干細胞具有以下特性：，但在動物演化過程中是從無脊椎動物向脊椎動物的演化過程，間充質干細胞的分化也具有發育發生過程，通過這一過程我們就能逐漸清晰三胚層動物組織臟器的發育發過程，（見圖1-2-1）這對于中醫發育發生理論研究意義重大。

第三節 原始中胚層發生與演化順序

一、第一個器官發生：原腎管

從兩胚層動物到三胚層動物，由于中間層膠原纖維演變為肌原纖維，肌原纖維在外胚層神經調節下收縮-舒張功能大大增強，不單增強了消化吸收能力，而且加大了體液循環能力，但是扁形動物是三胚層，無體腔，無呼吸系統、無循環系統，有口無肛門的動物，中胚層肌肉組織出現加快了吸收能力，有口無肛門結構，只能靠口咽攝受排泄，功能已經不適應，

體液的增多很容易導致體液淤積，這就需要加大泌尿功能，保證細胞內外的電解質平衡，于是出現排泄水液的原腎管出現。

焰細胞也稱“纖毛焰”，扁形動物、擔輪動物排泄器官的一個部分。是原腎管內端或其每一分枝小管內端的一種中空而生有一條或一束纖毛的細胞。纖毛伸入管中，生活時不斷顫動如火焰一般，故名。通常由一個細胞構成一個盲端，有時一個焰細胞也可形成多個這樣的盲端。擔輪動物的“焰細胞”和一般扁形動物有所不同，它是合胞體所形成的盲端、內腔具有纖毛的較厚實的頂端部分。焰細胞遍布體內，是排泄的一個小單位。從周圍收集多余的水分和液體廢物，纖毛擺動驅使這些液體由毛細管到達排泄管，終由排泄孔排出體外，大大加快了體液排泄能力，這一結構雖然還十分原始，只是一種功能細胞，但是已經具備器官發育的雛形，因此腎臟結構是體腔內第一發育器官。（見圖1-2-2）

二、中胚層器官的演化矢量

三胚層動物從中膠質變為中胚層，本質上講是內外胚層雙向耦合的結果，首先出現原腎管系現象說明中胚層動物的器官演化具有矢量性：前一后軸軸性極化，前段出現了腦，眼點，耳突等感覺器官，身體上出現梯狀神經結構，后部出現原腎管系統，這種結構體現了三胚層動物器官分化從原腸胚前后向中間演化的矢量模式，我們可以比較一下無脊椎動物的器官發育程度來觀察中胚層器官演化矢量。（表1-3-1）

比較上表我們可以得到如下的演化規律：

1. 消化管結構從半消化管-完整消化管引發泌尿結構演化，引發泌尿結構從焰細胞—原腎管-混合后腎的演化過程。

2. 泌尿演化引發生殖結構從生殖腺-卵巢-生殖管-陰道陰經的發育演化。

3. 體液循環模式依此出現消化循環腔-皮肌囊-原始脈管-開管式循環結構。

4. 神經系統隨著上述演變規律，出現梯狀-鏈式神經索神經結構.

5. 呼吸系統出現體表-疣足-腮-書肺-皮腮的結構演變。

6. 感覺器官出現眼點-剛毛-疣足-觸手-復眼結構的演變。

在以上原始三胚層動物組織器官演化過程中，消化系統，呼吸系統屬于內胚層發育而來，神經皮毛感覺器官屬于外胚層發育而來，泌尿生殖循環屬于中胚層發育而來，我們就看出，中胚層演化是泌尿生殖-循環為主線，同時結合內胚層出現消化管-消化腺-呼吸器官；外胚層出現梯狀-鏈式-神經索，感覺器官出現眼點-剛毛-疣足的順序。這就說明三胚層動物自間充質中胚層出現后，隨之就是間介中胚層（發育泌尿系統），臟壁中胚層（循環系統）的演化順序，由此我們就知道了低等三胚層動物中胚層分化發育矢量：間充質中胚層-間介中胚層--臟壁中胚層。