眼的发育生物学.

眼的发育生物学南昌大学附属眼科医院DWJ2015-1-8Contents概述1胚眼的发生和形成2眼球各主要组成部分的发生3眼附属器的发育4眼各种组织的发育来源及时空顺序55第一节概述发育生物学：是研究有机体从胚胎发生、生长发育至衰老死亡的生命过程中所发生的变化和规律的科学，是传统胚胎学的延续。在过去10年里，发育生物学获得了迅猛的发展，进入了一个“黄金时代”，成为研究的热点，这主要得益于胚胎学、细胞生物学、分子生物学与遗传学知识及技术的积累和发展。生物进化自50亿年前开始，在进化选择压力下，的依物种的差异，眼球在个体中的生长部位、表观形态、光学特征均有不同。就光学特征而言，有三类基本眼球模式：脊柱动物的单晶状体、相机模式昆虫类的由光感受器与晶状体形成单眼，进而组合成复眼模式扇贝类的镜像眼模式A脊椎动物眼B节肢动物复眼C头足动物有晶体眼D扇贝类镜像眼眼发育的遗传与基因控制眼发育的新观点眼和脑的关系研究表明嗅觉和视觉系统具有紧密相关性，另有研究表明，眼、鼻子和脑是在相同基因控制下协同进化的，且目前倾向于眼和鼻子先于脑的进化。光感受器的进化发育生物学的主要研究方法模式动物嵌合体和镶嵌体技术模式动物生命体胚胎发育的基本机制在遗传上具有高度保守性，因此可以通过研究模式动物的方式来发现或探讨影响发育的环节和因素。目前已获得的关于生物体分化、发育和调控机制的资料多数源自果蝇、线虫等低级动物，这些生物的某些基因与人类有惊人的相似，被称为“模式动物”，其中果蝇被称为发育生物学的“国王”。模式动物人类基因组计划与人类基因物理框图的完成，使人们惊讶的认识到人种间的基因为99.9%同源，人与猩猩、猴间的基因越98.77%同源；人与小鼠间的基因约有99%相似，人与果蝇、线虫的基因亦有某些基因同源。人类基因数量与小鼠相近，为3~3.5万个。从发育生物学的视角来看，种族间的相似性更大。嵌合体和镶嵌体技术实验嵌合体小鼠的研究为探索哺乳动物及人类眼球发育提供了独特的研究模式。嵌合体和镶嵌技术是在细胞水平将遗传基因不同的细胞精确混合，与特异性的基因敲除有本质的不同眼发育生物学的主要研究内容眼与机体发育的关系胚眼发生、发育的时空变化过程胚眼发生、发育过程的基因调控胚眼的发生、发育与干细胞相关研究第二节胚眼的发生和形成雌雄配体形成受精卵，孕6~8天即形成桑椹胚与胚囊，至孕16天，已具备三胚叶胚层分化能力。胚眼由神经外胚叶、表皮外胚叶和中胚叶发育而成。胚胎22天开始：由神经管发育而来的前脑两侧的神经褶内陷，形成视沟视沟继续内陷，向表皮外胚叶接近，形成腔室，称为视泡。视泡远端不断膨大，继续向表皮外胚层生长、贴近，进而发生内陷形成双层杯状结构，称为视杯。同时，视杯近端与前脑连接处缩窄变细，形成视柄，为视神经始基。图示胚胎8.5~11.5天鼠的晶状体发育，红色示表皮外胚层，蓝色示间质层，绿色示视泡的神经上皮层视泡与表皮外胚层接触后，又到该处的表皮外胚层增厚形成晶状体板，为晶状体始基。随后晶状体板内陷入视杯内，且逐渐与表皮外胚层脱离，形成晶状体泡。视杯逐渐深凹并包围晶状体，视杯前缘最后形成瞳孔。视杯早期下方为一裂缝，称为胚裂。胚裂于胚胎第5周（12mm）时开始闭合，由中部开始，向前后延展，当胚长达17mm时，除沿视茎下面外，完全闭合。如闭合不全，则会形成虹膜、睫状体、脉络膜或视盘的缺损。围绕视杯的中胚叶玻璃体动脉经胚裂进入视杯，营养视杯内层、晶状体泡及视杯间质，玻璃体静脉由此回流。玻璃体动静脉穿经玻璃体的一段退化，并遗留一残迹，称玻璃体管（Cloquet管），其近端则分化为视网膜中央动静脉。在视泡形成至胚裂闭合过程中，包绕视杯、视柄、晶状体泡的中胚叶逐渐分化为内侧的脉络膜始基及外侧的巩膜始基。此时眼的各部组织已具雏形，即形成胚眼。眼球发育流程图第三节眼球各主要组成部分的发生神经外胚叶的发育表皮外胚叶的发育玻璃体的发育神经嵴细胞来源组织的发育中胚叶来源组织的发育视网膜、睫状体、虹膜上皮视神经晶状体角膜上皮眼部血管系统虹膜基质葡萄膜角膜前房角巩膜视网膜：由视杯内、外两层共同分化而成色素上皮层开始生成色素胚胎6周起神经感觉层一次分化出节细胞、视锥细胞、无长突细胞、水平细胞、视杆细胞和双极细胞。视杯两层之间的视泡腔逐渐变窄、消失，形成潜在的腔隙。胚胎第2个月末视网膜神经感觉层发育到赤道部。胚胎第8个月时视网膜10层结构基本形成，可以辨认。胚胎7个月黄斑中心凹形成出生时视锥细胞尚未发育完成，婴儿尚不能固视出生后4个月黄斑发育完成神经外胚叶的发育睫状体和虹膜：胚胎第3个月时视杯前缘向前生长，并向晶状体泡与角膜之间的间充质内延伸，最终发育为睫状体和虹膜内面的两层上皮。虹膜内层上皮分化为色素上皮外层上皮分化出瞳孔括约肌和瞳孔开大肌神经外胚叶的发育视神经：由胚胎的视柄发育而来胚胎6周时，RGC的轴突形成，并向视柄内层聚集，视柄内层逐渐增厚，并与外层融合。视柄内外层细胞演变为星形胶质细胞和少突胶质细胞，并与节细胞轴突混杂在一起，于是，视柄演变为视神经。此时，视盘中央尚有少量神经胶质细胞残留，出生时发生萎缩形成生理凹陷。神经外胚叶的发育视神经纤维的髓鞘是由脑部顺神经纤维向眼部生长的，出生时止于筛板，如进入视网膜则形成视网膜有髓神经纤维，在检眼镜下呈羽毛样外观。神经外胚叶的发育晶状体：晶状体的发育分为晶状体泡和晶状体纤维的产生两个阶段。晶状体泡的发育“胚眼的发生和形成”已讲述晶状体纤维的发育：晶状体泡初级晶状体纤维次级晶状体纤维前壁细胞呈立方形，分化为晶状体上皮后壁细胞呈高柱状，并向前壁方向伸长形成泡腔逐渐缩小，成为实体结构晶状体赤道部的上皮细胞不断增长、变长，形成原有的初级晶状体纤维及其胞核逐渐退化形成晶状体核。新的晶状体纤维逐层添加到晶状体核的周围，晶状体核及晶状体体积逐渐增大，此过程持续终身。各层纤维末端变平，彼此联合成晶状体缝，核前的缝为“Y”形，核后的缝为“人”字形。角膜上皮：晶状体泡从表皮外胚叶分离后，表皮外胚叶又重新融合为一层立方上皮，以后衍化为角膜上皮。人胚胎第5周时角膜开始发育，直到开睑时，此发育过程较缓慢。Pax6基因在角膜发育过程中有重要作用，可调控上皮细胞复层化。此外，环境因素，如氧气和光线对角膜的发育也有一定作用。玻璃体：其形成分为三个阶段：1.原始玻璃体由原始视泡和晶状体泡间的细胞间质形成。此间质由视杯上皮细胞和晶状体上皮细胞分泌而来。此时玻璃体腔内充满玻璃体血管。胚胎第6周时发育完成2.第二玻璃体第6~12周，玻璃体血管系统逐渐萎缩同时由视杯内层细胞分泌出第二玻璃体，将原始玻璃体挤向眼球中央和晶状体后面，使其最后在晶状体后及玻璃体中央形成Cloquet管，其中通过玻璃体血管。3.第三玻璃体胎儿第4个月时，由睫状体的神经上皮细胞分泌出细小原纤维，逐渐发育成晶状体悬韧带，出生时完成。神经嵴细胞：来源于外胚层。与眼球和眼附属器有关的多种结缔组织相应的组织结构由其分化发育而来。视杯与晶状体泡形成后，包围在视杯周围的头部神经嵴细胞：1.一方面深入晶状体泡前方，在角膜上皮下演变为角膜固有层和内皮2.另一方面，就地分别分化为小梁网、Schlemm管、疏松的葡萄膜基质、较致密的巩膜以及睫状肌和muller肌等组织。神经嵴细胞的特征是高度的迁徙能力和分化潜能，对其作用的几乎所有组织产生诱导影响。如果神经嵴细胞在迁徙和分化过程中出现异常，则会对眼前节组织结构产生广泛的影响，造成房角构型和小梁网的发育异常，导致各种先天性青光眼和青光眼综合征的发生。这些综合征往往还伴有眼外组织，特别是牙齿和颜面的发育缺陷，甚至皮肤、神经系统和心脏的先天异常。眼部血管系统：由中胚叶发育而来胚胎第3周起，眼动脉沿视杯腹侧生长，兵分出玻璃体动脉经胚裂进入视杯内，其他分支沿视杯表面前行至视杯缘吻合成环形血管，未来的脉络膜血管亦出现。胚胎第3个月时，玻璃体动脉及晶状体血管膜开始萎缩，出生时此血管完全消失。若萎缩不全，则产生玻璃体动脉残留。胚胎第3个月末，玻璃体动脉视盘处分出血管，逐渐形成视网膜中央动脉。中胚叶来源组织的发育虹膜基质位于晶状体前面的视杯口边缘部的间充质形成虹膜基质，其周边部厚，中央部薄，封闭视杯口，称为瞳孔膜。胚胎第7个月时瞳孔膜开始萎缩形成瞳孔前、后房经瞳孔相连通若瞳孔膜萎缩不全则形成先天性瞳孔残膜中胚叶来源组织的发育葡萄膜睫状体的睫状突和睫状肌在胚胎3个月逐渐生长发育。胚胎6mm时，有毛细血管网包围视泡，并发育成脉络膜。第3个月开始形成脉络膜大血管层和中血管层，并引流入涡静脉。中胚叶来源组织的发育角膜：胚胎6周末，前房裂隙后，前半中胚叶组织形成角膜基质层和内皮细胞层。表皮外胚叶已形成角膜上皮层。胚胎3个月基质层前部细纤维前弹力层内皮细胞分泌后弹力层巩膜：胚胎第2个月末由视杯周围的中胚叶开始形成，在胚胎第5个月发育完成。中胚叶来源组织的发育第四节眼附属器的发育眼睑、结膜、泪腺泪器眼外肌眼眶见眼球发育流程图眼球发育流程图第五节眼各种组织的发育来源及时空顺序眼各种组织的发育来源总结神经外胚叶表皮外胚叶神经嵴细胞中胚叶眼各种组织的发育来源总结