Trunk mesoderm 可以被區分為四個區域 (圖14.1)，在本章節當中，我們將討論其中的兩個區域－paraxial mesoderm ＆ intermediate mesoderm，是如何產生並分化成各自不同的細胞。

圖14.1 中胚層的分化路線

 Paraxial mesoderm：體節(somites)及其分化衍生物

        中胚層的形成與神經管的形成是同時間發生的(圖14.2).

        Paraxial mesoderm會被分隔成好幾個區域，而這些區域就形成了所謂的體節(somites)。藉由抑制BMP的訊息傳遞路徑，Noggin蛋白主導了體節的分化。體節是一種只在胚胎發育時期短暫存在的結構，而他的存在也控制著脊椎動物胚胎時期，身體各部位的器官發育狀況.這些體節上面的細胞形成了脊椎，肋骨，背部的皮膚及骨骼肌體腔，四肢等。

圖14.2 雞胚的腸胚化及神經形成。(A) Primitive streak形成。(B)脊索和paraxial mesoderm形成。(C，D)體節的分化。A-C,受精24小時的胚胎；D,受精48小時的胚胎

體節的形成

         體節的形成(Somitogenesis)可以由四個步驟所組成，分別是(1) 週律期(periodicity) (2) 上皮形成期(epithelialization)(2) 專化期(specification)(4) 分化期(differentiation)等四個時期。

(1) 週律期(periodicity)

        最初的體節是從身體前端的部位形成，之後新的體節不斷地以一個規律的週期向後端以"出芽"的方式出現。(圖14.3)

        這個週期性的現象是由Notch的訊息傳遞路徑所控制.在體節形成的過程中，一些不會分界的細胞會因為我們將Notch蛋白或者 Lunatic fringe蛋白(會活化Notch的蛋白質)以電穿透的方式(electroporation)送進去而開始形成分區。Notch被科學家視為一種生理時鍾，藉由他不斷性地啟動或關閉，週期性調整了體節的分化.在人類當中，Delta-like 3 基因(上有Notch的活化訊息)的突變，會造成脊椎或肋骨上面的發育缺陷。

圖14.3 神經管及體節。從掃描式電子顯微鏡的圖片可以看出已形成的體節跟未分化的paraxial mesoderm(右下角)，而中間的管狀物即是神經管。

體節的分離

        Hairy1 基因對應了一個持續具有動態改變的轉錄因子。他海潮般的表現行為造成的體節的形成(圖14.5) Hairy1轉錄因子目標物可能是ephrin蛋白及Eph蛋白(ephrin蛋白的受體，會造成細胞排斥)的基因(圖14.5A). 如果我們干擾了這中間的訊息傳遞,則會造成不正常的體節分區形成。

圖14.4 體節的形成與hairy基因的關係。(A) hairy(黑色)表現在X體節的後半部，而在即將形成體節的中胚層也有一條hairy基因表現的區域。(B)在小箭頭的地方，形成了一個裂縫，而即將產生新的體節。原先在中胚層後段表現的hairy基因也開始向前端移動。(C)新的X+1體節即將產生，原先表現hairy基因的部份成了新體節的後半段。而中胚層的hairy基因持續向前延伸，並縮小表現區域。(D)X+1體節完全形成，而同樣步驟將形成X+2體節，而一個體節的形成總共花費了90分鐘。(After Palmeirim et al. 1997.)

(2)上皮形成期

        兩種細胞外間質的蛋白－ fibronectin 和 N-cadherin，將體節的細胞與間葉組織(mesenchyme)連結在一起。而這兩種蛋白質又由Paraxis基因所調控。此外，integrin蛋白也會激化Rac1蛋白(一種小型GTPase)而啟動actin細胞骨架的改變，使得間葉組織轉變成上皮組織。

圖 14.5 體節的轉變。黑色代表EphA4激化酵素，紅色代表ephrinB2(EphA4的活化物)。體節的界線在EphA4的前端及ephrinB2的後端形成，而在尚未分化的中胚層中，EphA4及ephrinB2的表現情形將使得新體節產生。(B) N-cadherin(白色區域)的表現與間葉組織轉變成上皮組織具又相關性。(C)在位雜合實驗(in situ hybridization)顯示了Paraxis mRNA的表現區域，在已形成的體節及將要形成體節的區域都能看到他的表現。

用鵪鶉較晚期的尾部部分，移植到老鼠早期胚胎(老鼠胚胎比較沒有分節的現象)的前面部分，可以在頸部誘導發育成肋骨(rib)。這說明了還未形成體節的時候，細胞的命運是可以改變的。

而體節的細胞主要會分化形成：(1)低下的部分à 脊椎動物的軟骨(sclerotome)； (2)肋骨，四肢和背部的肌肉細胞(myotome)以及(3)背部皮膚的真皮(dermamyotome)。因此接下來細胞遷移(cell migration)佔了很重要的角色。

在一個2-4天的雞胚裡，我們可以看到體節的分化。

(A) 在2天的胚胎的體節, 軟骨細胞(scleretome cells)可被區分出來。

(B) 在第3天,原本球狀的體節細胞慢慢扁平化,變成間質細胞(mesenchymal cells)。軟骨細胞失去附著力，遷移近神經管(neural tube)。

(C) 在第4天,剩下的細胞進行分裂。中間的細胞形成軸上肌節(epaxial myotome)；而側面的細胞形成軸下肌節(hypaxial myotome)。

(D) 去上皮化(de-epithelialization)過後,間質細胞會移出去，但有部分的軟骨細胞 會留下來(因為脊柱會在其旁邊形成)。

        在體節的形成中牽涉了幾個因子。它們的關係如下圖所示：

(1) 在表皮的BMP4信號會促進神經管去誘導Wnts factors來刺激背部體節的生成。(2) 在神經索, Sonic hedgehog(Shh)不僅會促進腹部的Pax gene進行軟骨細胞的特化，也間接抑制側面中胚層(lateral plate mesoderm),以讓側面中胚層表現BMP4, FGF5。

這些Wnts factor, Shh, BMP4, FGF5為旁分泌信號(paracrine signals),對體節的特化很重要。因此我們可以知道，體節背腹部特化的命運(cell fate specification)是受到其旁邊的一些組織的誘導而決定的。這些其旁邊的組織包括了外胚層(ectoderm), 神經管(neural tube),側面中胚層(lateral plate mesoderm)。

        因此在接下來的發育中, 體節其中的部分會形成生肌節(myotome)。生肌節的決定就是受以上所述的旁分泌信號影響，最終變成肌肉。

(A) 首先之前所提到的旁分泌因子會決定生肌節細胞。

(B) 肌母細胞(myoblasts)在生長因子(主要為FGFs)的存在下促進分裂，但這時肌肉特化蛋白(muscle-specific proteins)還沒有出現。

(C-D) 分裂停止；肌母細胞排列在一起，融合以及分化，形成肌管(myotube)。

(E) 肌管組成肌纖維(muscle fibers)，發生收縮。

        此放射圖顯示了在myoblast內發生的DNA合成。 細胞經phospholipase C 處理，並用3H-thymidine來標識DNA。結果看到黏在一起的細胞停止分裂並融合在一起形成多核的肌肉細胞。

        就一開始所說，中胚層有四個主要的分流，其中一個在側面中胚層(lateral plate mesoderm)和軸側中胚層(paraxial mesoderm)的就是intermediate mesoderm。Intermediate mesoderm過後會發育形成腎臟及生殖腺。

圖為脊椎動物腎臟一般的發育，源自於intermediate mesoderm。

(A) 原先構成原腎(pronephros)的細管，是由生成腎臟的間質(nephrogenic mesencyme)誘導而成。

(B) 原腎退化的同時，中腎細管(mesonephric tubules)形成。過後尾段形成生殖道。

(C) 原腎消失。後腎(metanephros)被輸尿管芽體(ureteric bud)所誘導，它們兩個形成哺乳類最終的腎臟。

      哺乳類的生長中，會發生一些相互誘導作用，即胚胎發育中一組織對鄰近組織造成影響。哺乳類的腎臟生長就是一種相互誘導作用(reciprocal induction)。

間質細胞(mesenchyme cells)和輸尿管芽體細胞(ureteric bud cells)互相分泌信號，間質細胞促進尿道管的分支(branching)。過後它們融合在一起，微血管進入，形成鮑氏囊(Bowmann’s capsule)。

      接下來是哺乳類腎臟生長中相互誘導作用的更加詳細的部分，一共分為7步驟。

第一步：後腎間質細胞的生成。

第二步：後腎間質細胞分泌GDNF (glial-cell line-derived neurotrophic factor)來誘導和指引輸尿管芽體(ureteric bud)的生長。

第三步：輸尿管芽體分泌FGF2和BMP7來防止間質細胞的“自殺”(apoptosis)。

第四步：後腎間質細胞的聚集。

第五步：間質細胞會轉化成腎元(nephron)。

第六步：間質發出的訊號誘導輸尿管芽體的分支。

第七步：腎元的分化以及輸尿管芽體(ureteric bud)的生長。

Lateral plate mesoderm and endoderm

前面十四章講了中胚層的其中兩個：Intermediate mesoderm以及 Paraxial mesoderm。而第十五章說的側面板狀中胚層(Lateral plate mesoderm)包含

了兩個部分：

(1) 背面：軀體的中胚層(somatic mesoderm)。 而血球細胞的hemetopoiesis都是基因調控，課程內不說。

(2) 腹面：內臟的中胚層(splanchinic mesoderm)，即心臟，循環系統。這兩個中胚層之間是一個空腔(coelom)

Figure 15.1

        第十五章的內容主要是在介紹mesoderm中的一部份―lateral plate以及endoderm分別會發育成為那些組織及器官，以及它們是如何的被形成。上圖的圖(A)中，蛙的胚胎是處在neurula-stage，mesoderm在向下延伸的過程中，lateral plate mesoderm會形成兩層的形式，而兩層中間最後出現了空腔，便是coelem(體腔)，在後來的發育過程中，兩邊的coelem會fuse而成為一個主要的body cavity，最後再形成組織去區分出pleural、pericardial、peritoneal，分別為後來的thorax、heart、abdomen。圖(B)(C)主要是在表明雞的胚胎發育，同樣在neurula stage，若是把胚胎從蛋黃中分離出來，雞胚的lateral plate mesoderm發育形式會類同於兩生類的蛙胚胎。

心臟 :

Figure 15.2

        圖(A)為雞的胚胎中，cardiogenic mesoderm的區域(框起的區域)，這兩個區域內的細胞為heart rudiment，為心臟其組織的precursor，羊膜脊椎動物的胚胎為盤狀，cardiogenic mesoderm源於primitive streak，其包含的細胞種類為圖(C)中所分的主要三種：endocardial endothelia cell、atrial myocyte、vertricular myocyte，endothelial cell主要發育為心臟內膜的表皮組織(內表皮)，以及瓣膜上的cushion cell；atrial myocyte則發育為心房的收縮肌肉；vertricular myocyte則是心室的收縮肌肉，以及Purkinje fiber(conduct的功能)。圖(B)則是解釋了cardiac precursor cell的specification pathway，是受到了endoderm的影響，而其主要是利用了兩的重要的方式：BMP和Wnt之antagonist，在胚胎的anterior有DKK、crescent的protein表現，會去抑制Wnt(from neural tube)的表現，所以lateral plate mesoderm，則會發育成anterior的形式而非posterior，而endodermal BMP的存在則可以induce endodermal Fgf8的表現，進而對位於其上的mesoderm產生影響而促使其發育為cardiogenic mesoderm。

 Figure 15.4

     在zebrafish中，miles apart這個基因調控著兩側的cardiogenic mesoderm的互相靠近及融合，圖(B)為wild type，圖(C)為mutant，箭頭所指的黑色部分是cardionenic primordium，乃利用specific-to-cardial myolin的probe去hybridize出來的結果，可以看到mutant的兩測cardial primordium並沒有互相接近。

        在BMP、FGF8、Cerberus、的作用之下，lateral plate mesoderm被induce而成為cardiogenic mesoderm，此時cardiogenic cell會特異表現GATA4、Nkx2-5兩種transcription factor，進而去activate cardiac-specific的muscle cell formation(such as cardiac actin、atrial natriuretic factor、cardiac specific myosin)，另外有些基因是負責heart的chamber之形成，值得注意的還有心臟之所以會呈不對稱分佈的原因是因為Nodal的分佈不均的緣故。

Figure 15.5

haert development所involve的gene。

Figure 15.6 (A)

    這是human的heart formation中的looping過程圖，可以看見在第28天的時候cardiac looping開始，要發育成atria的部份則往上疊壓在venticular的部份之上，tissue的融合則是跟Xin這個gene有關。

Figure 15.6 (B) (C) (D) (E)

    圖(B)(C)為zebrafish，紫色的部分為Xin的表現，在前期heart尚未進行looping的時候，它仍分佈在兩側，後來兩側的heart primordium fuse together並要進行looping，紫色讀區域便合而為一並開始移動，圖(D)(E)為雞胚胎，紫色的部份為心房的myosin，黃色的部分為心室的myosin(兩者有差異故能用不同的probe去染)，在looping之後的分佈。

Figure 15.7

    圖(A)為human第33天的心臟，圖(B)為三個月後，值得注意的是心房心示已經明確的形成並分開，但是心臟的左右兩腔中間有兩個小孔(septa)可以容血液的通過，因為此時胎兒的肺循環機制尚未發育完成，血液只能由此通過，，在新生兒出生後的第一口呼吸，septa便會閉合。