脊椎动物的神经板是由外胚层分化而来的，是在胚胎发育早期由 Spemann组织者产生的BMP抑制因子诱导而形成的。
神经板逐渐与表皮外胚层脱离并形成中空的神经管，这一过程称为神 经管形成（neurulation）。
神经管的形成主要有2种方式，一是初级神经管形成（primary neurulation），即神经板中央下陷，两侧神经褶（neural fold） 向上隆起并最终在中轴上方闭合而形成中空的神经管，大多数脊椎动物 头部神经管采用此种方式。二是次级神经管形成（secondary neurulation），即神经细胞先形成实心的细胞索，进而中空形成神 经管。
对RA敏感
晚 后部
对RA不敏感
123456789
B Hoxb
后脑 中脑
前脑
脊髓 体节
A 小鼠4个Hox基因簇的结构 B 小鼠Hoxb簇基因在小鼠神 经系统中的表达区域分布
二、脊髓背-腹轴的图式形成
脊椎动物的脊髓(spinal cord）具有明确的背-腹轴， 在不同背-腹轴位置所产生的神经元类型是不同的。在鸡 和小鼠中，脊髓背部区域依次产生6种背部中间神经元 （dorsal interneuron, dI1一dI6，图12.6），腹 部则形成运动神经元和4种腹侧神经元（ventral interneuron,V0 - V3，图12.6）。
转录因子Kreisler在预定菱脑节5-6中表达。Kreisler的突变会抑 制菱脑节4-8区域的分节。
Ephrin信号途径也参与了后脑的分节过程。Ephrin信号途径属于 受体酪氨酸激酶途径。其配体Ephrin是一类膜结合型的配体，因此， 只能作用于相邻细胞。其中A类配体通过糖磷脂酰肌醇 （glycophosphatidylinositol, GPI)连接于细胞膜上，而B类配 体为跨膜蛋白。这一信号途径的受体为Eph家族受体酪氨酸激酶。在 后脑中，Ephrin-B2，B3主要在偶数菱脑节（r2, r4, r6 )中表达， 而相应的受体EphA4,B2,B3则主要在奇数菱脑节（r3 , r5）妻中脑 表达。
奇数与偶数菱脑节之间可能通过Ephrin信号活性的不同而产生差异， 最终引起细胞粘连特性的差异，从而建立明确的节间界线。
发育过程
基因表达图式
特异表 达基因
未分节后脑 r1-r8，菱脑节1-8
区域特化
12345678
Krox20 Kreisler
菱脑节建立
EphA4 EphB2 EphB3 ephrin-B2 ephrin-B3
在神经板期，ISO的位置最初是由两个转录因子Otx2和 Gbx2在CNS中的表达界限所决定的。
A
中脑
峡部 组织者
r1
后脑
r2
r3
r4
r5
r6 r7
r8
脊髓
B
间脑 端脑 眼泡
1 2 腮弓 3 4 体节
顶盖
中脑 Wnt1
间脑 峡部
FGF8
小脑 后脑
BMP4 (背部外胚层)
脑桥 r2
端脑 Shh
r3
Wnt1
FGF8对于ISO的诱导活性是最重要的，FGF8可部分模 拟ISO移植块的诱导作用。Wnt1的作用主要是促进细胞分 裂并维持En的表达。
Otx2
A
Gbx2
Wnt
FGF
En
Retinoic acid
Pax2 Wnt1
头部中胚层和内胚层 FGF4
B 间脑
中脑 Otx2
菱脑节1 Gbx2
菱脑节2
Pax6
Shh活性由脊髓的腹侧到背侧形成一个梯度，与BMP信号相反，它主 要参与脊髓腹侧神经细胞群的特化。Shh在腹侧脊髓中的作用具有形 态发生素（morphogen）的特性，可以浓度依赖性地诱导不同类型 神经元的发育。
脊索还表达分泌性的BMP抑制因子（Chordin, Noggin），这些因 子会抑制脊髓腹侧的BMP活性而调节神经管的图式形成。Wnt信号对 于某些背部神经细胞群的分化也具有重要作用。
许多转录因子在脊髓的不同背-腹轴位置表达，将脊髓划分 为不同的区域。
这些基因包括nkx , dbx ,msx ,pax , irx家族基因及 bHLH因子Olig2（图12.6）。
在脊髓中央区域表达的基因似乎可被低浓度的Shh信号激 活，而高浓度的Shh则可抑制其表达。
BMP信号可促进背部神经元特异基因的表达而抑制腹侧特 异基因的表达。这样，在脊髓背-腹轴的不同水平表达不同 的图式化基因组合，这些图式化基因进而决定着相应位置 所产生的神经元类型。
r4
r5
FGF4 (前部中胚层)
FGF8 Shh
图示E11.0小鼠胚胎纵切面。 A 峡部组织者位于中脑与后脑边界。后 脑分为8个菱脑节（r1-r8），其中r8与脊髓并无明确分界
B FGF8，Wnt1，Shh，BMP等图式化信号分子在脑区的表达区域
Otx2在前脑与中脑中表达，而Gbx2在后脑前部表达， 两者之间的位置恰好是ISO的位置。Otx2与Gbx2的表达 是相互抑制的，从而确立两者之间的表达界限。
转录因子Engrailed (En )和Pax2随后也在ISO前后 表达。En表达的起始受到中胚层组织的调控，并依赖于 Pax2的活性。
En和Gbx2可诱导FGF8的表达，而Otx2抑制FGF8的 表达。这样，FGF8就只在ISO后部后脑一侧表达。FGF8 进而可诱导邻近的中脑细胞表达Wnt1。
En的表达从ISO向前、后两侧形成一个浓度梯度，这一 梯度对于确立中后脑的极性及脑部的进一步分化具有重要作 用。
菱脑节1是后脑中唯一不表达任何Hox基因的区域。Hox基因编码一 类含有同源异型框的转录因子，与果蝇同源异型复合体（homeotic gene complex)基因同源。小鼠共有39个Hox基因，分别位于4个基 因簇中，位于不同的染色体上。每个基因簇包含9-11个基因。
Hox基因沿胚胎前-后轴的表达区域、开始表达的时间及其对视黄酸的 敏感程度与其在染色体上的排列次序成线性关系。越靠近3‘端的基因其 表达区域越靠前，开始表达越早，对视黄酸的诱导越敏感。Hox基因在 中枢神经系统和体节发育过程中沿前一后轴依次表达，在胚胎前-后轴的 分化过程中起关键作用。
原神经基因编码一组bHLH转录因子，包括Neurogenin （Ngn) , Mash和Math家族因子
原神经基因的表达启动了神经元细胞系的发育，并且可整 合相应的位置信息（positional information），参与 决定所产生的神经元的类型。只有表达原神经基因的细胞 具有发育为神经元的潜能。
Wnt1
FGF8
Hoxa2
En
(A)在神经板期Otx2和Gbx2的表达由头部中胚层和内胚层信号所激活。其中 Gbx2表达调控的机制尚不明确，后部化因子也可能参与其调控。头部中胚层产生 的FGF信号可能参与了Pax2和En的调控。Wnt1表达启动的调控机制尚不明确。 （B）峡部组织者基因的相互调节。箭头示活化关系，短线示抑制关系
一、中枢神经系统的前-后轴图式形成
神经组织在最初被诱导形成时，整个神经板细胞都只表 达“前部”神经特异性基因。在原肠作用过程中，由后部 中胚层产生的后部化因子（posteriorizing factor)， 包括Wnt, FGF,视黄酸（retinoic acid，RA)等诱导 后部神经命运的分化。Wnt活性可能沿胚胎前-后轴形成 一个由后到前的梯度，促进后部特异性神经组织的分化。 而在头部Wnt信号被Spemann组织者产生的抑制因子 所抑制，使得脑部组织得以分化。
Pax7 Msx1 Irx3
顶板 BMP
Dp1 Dp2
dI1 dI2
Pax6
Dp3
dI3
Dp4
dI4
Dp5
dI5
Dp6
dI6
Dbx1 Dbx2
Vp0
V0
Vp1
V1
Vp2
V2
pMN
MN
Olig2
Vp3
V3
Nkx2.2
Nkx6.2 Nkx6.1
Shh
图式化基因
前体细胞区
已分化神经元 原神经基因 基板 脊索
前脑 中脑
后脑
Pax6
Otx2
Pax2 Gbx1
FGF8 峡部
脊髓
Hox genes
后部化因子Wntபைடு நூலகம்FGF，视磺
Wnt 抑制因子
酸(retinoic acid，RA) 等由后
向前形成一个浓度梯度，调节
图式化基因的表达。而在脑区，
其活性被Wnt抑制因子等所抑
制。前后脑的界线是由Pax6与
Pax2的表达区域决定的，而中
位于后脑之后的脊髓并没有分节现象，但同样具有明确的前-后轴分化。 Hox基因中第4-13组基因在脊髓中表达并决定着脊髓的前-后轴分化。 脊髓的前-后轴分化也受到周围组织特别是体节的影响。Hox基因同样参 与了体节的前-后轴图式形成。
A
Hoxa 3'
a1
a2
a3
a4
a5
a6
a7
a9 a10 a11
a13
菱脑节分化
r1 r2 r3 r4 r5 r6 r7 r8
Hoxa1 Hoxa2
Hoxb1
Hoxb2 Hoxb3 Hoxb4
Hox基因在后脑沿前-后轴的分化中起着关键作用。Hox基因中第1-4 同源组（paralogous group）基因在后脑中呈现菱脑节特异性表达， 其表达区域相互嵌套。每一菱脑节最终获得不同的Hox基因表达谱，这 种Hox编码（Hox code）决定着各菱脑节的分化命运。
在移植实验中，峡部组织可诱导预定间脑组织形成中脑， 也可诱导预定前部中脑组织形成后脑，说明这部分组织具有 很强的诱导能力，可以“组织”周围细胞的图式形成，被称 为峡部组织者（isthmic organizer, ISO)或中后脑边 界组织者（midbrain-hindbrain boundary organizer)。