综述：发现意料之外的现象：通过延时成像技术揭示小鼠神经管闭合的动态过程

《Developmental Biology》：Discovering the Unexpected: Insights into the Dynamics of Mouse Neural Tube Closure Revealed by Time-Lapse Imaging

时间-lapse成像技术揭示了小鼠胚胎神经管闭合的动态细胞运动和力学机制，表面ectoderm通过细胞投影和actomyosin收缩协调闭合，并受planar cell polarity调控，未来需改进成像技术以深入理解深层组织作用。

　　神经管闭合是胚胎发育过程中至关重要的步骤，它涉及到复杂的细胞运动和形态变化，对于形成中枢神经系统至关重要。神经管缺陷（NTDs）是人类中最常见的结构性出生缺陷之一，常导致长期的残疾甚至死亡。近年来，利用时间延时成像技术研究小鼠胚胎中的神经管闭合，为理解这一过程提供了前所未有的见解。这项技术不仅揭示了细胞的动态行为，还帮助研究人员探索神经管形成过程中涉及的分子和生物力学机制。

时间延时成像技术的发展，使科学家能够实时观察神经管闭合过程中的细胞活动。通过结合胚胎培养方法的进步和高分辨率显微镜的使用，研究人员得以深入分析细胞行为及其对组织形态变化的影响。这些技术进步使得研究者能够观察到在遗传小鼠模型中出现的异常细胞行为，从而揭示神经管闭合的关键步骤。例如，表面外胚层在神经褶皱的抬升和融合中发挥着至关重要的作用，其动态变化和细胞运动对神经管闭合至关重要。

在小鼠胚胎研究中，时间延时成像技术的应用也遇到了一些挑战。由于小鼠胚胎在母体内发育，受到子宫环境的影响，胚胎的透明度和移动性限制了成像效果。然而，随着静态胚胎培养技术、图像捕捉和处理方法的不断改进，这些障碍得到了有效克服。通过将胚胎从羊膜中分离并在控制条件下培养，研究者得以捕捉整个神经管闭合过程，从神经褶皱的抬升到神经管的最终闭合。

时间延时成像还揭示了神经管闭合过程中细胞行为的多样性。例如，表面外胚层细胞在神经褶皱相遇时会形成细长的细胞突起，这些突起在不同轴向区域表现出不同的形态和行为。通过使用转基因报告基因，如表达荧光蛋白的细胞膜标记，研究人员能够更详细地观察这些动态变化。这些研究显示，细胞突起在神经褶皱闭合过程中起着桥梁作用，促进细胞之间的相互作用和融合。

此外，研究还发现，表面外胚层在神经管闭合中的作用不仅仅局限于提供细胞突起，还包括与其他组织如神经外胚层的协调作用。通过特定的基因敲除模型，如Grhl2基因突变小鼠，研究者观察到表面外胚层完整性对神经褶皱闭合的重要性。这些模型中的神经管闭合受到干扰，表现出不同的闭合模式，如在中脑区域的“按钮式”闭合而非“拉链式”闭合。

时间延时成像技术还揭示了生物力学力在神经管闭合中的关键作用。例如，研究发现，细胞间相互作用和细胞骨架的动态变化是神经管闭合过程中力的来源。通过激光切割实验和组织回缩测量，研究人员能够估算这些力的强度和方向。这些实验显示，表面外胚层和神经外胚层中的细胞收缩力对神经管闭合至关重要。

在神经管闭合过程中，细胞凋亡也扮演了重要角色。凋亡细胞在神经褶皱的边缘形成，并在神经管闭合后积累在背侧中线。这些细胞的凋亡不仅有助于神经管的闭合，还影响了细胞形态的变化和组织的重塑。通过使用凋亡报告基因，研究者能够实时观察凋亡细胞的行为和位置，从而揭示其在神经管闭合中的具体作用。

除了表面外胚层和神经外胚层，研究还发现，中胚层细胞在神经管闭合过程中也起着重要作用。例如，在头颅区域，中胚层的扩张对于神经褶皱的初始抬升至关重要。然而，这些细胞的动态变化和相互作用在小鼠胚胎中较难观察，因为它们位于胚胎的深层。通过改进成像技术和分析方法，研究人员能够更深入地研究这些细胞在神经管闭合中的具体贡献。

时间延时成像技术的持续发展，使得研究者能够更全面地理解神经管闭合的机制。这些技术的进步不仅帮助揭示了细胞运动和形态变化的细节，还促进了对生物力学力和分子信号通路的深入研究。未来，随着新的成像技术和分析方法的出现，如光片显微镜和生物力学传感器的使用，研究人员有望进一步探索神经管闭合过程中的复杂机制，为预防和治疗神经管缺陷提供新的思路和方法。