眼的發(fā)育生物學(xué)

眼的發(fā)育生物學(xué)DWJ2015-1-82021/5/91Contents概述1胚眼的發(fā)生和形成2眼球各主要組成部分的發(fā)生3眼附屬器的發(fā)育4眼各種組織的發(fā)育來源及時(shí)空順序552021/5/92第一節(jié)概述發(fā)育生物學(xué)：是研究有機(jī)體從胚胎發(fā)生、生長發(fā)育至衰老死亡的生命過程中所發(fā)生的變化和規(guī)律的科學(xué)，是傳統(tǒng)胚胎學(xué)的延續(xù)。在過去10年里，發(fā)育生物學(xué)獲得了迅猛的發(fā)展，進(jìn)入了一個(gè)“黃金時(shí)代”，成為研究的熱點(diǎn)，這主要得益于胚胎學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)與遺傳學(xué)知識(shí)及技術(shù)的積累和發(fā)展。2021/5/93生物進(jìn)化自50億年前開始，在進(jìn)化選擇壓力下，的依物種的差異，眼球在個(gè)體中的生長部位、表觀形態(tài)、光學(xué)特征均有不同。就光學(xué)特征而言，有三類基本眼球模式：脊柱動(dòng)物的單晶狀體、相機(jī)模式昆蟲類的由光感受器與晶狀體形成單眼，進(jìn)而組合成復(fù)眼模式扇貝類的鏡像眼模式2021/5/94A脊椎動(dòng)物眼B節(jié)肢動(dòng)物復(fù)眼C頭足動(dòng)物有晶體眼D扇貝類鏡像眼2021/5/95眼發(fā)育的遺傳與基因控制眼發(fā)育的新觀點(diǎn)眼和腦的關(guān)系研究表明嗅覺和視覺系統(tǒng)具有緊密相關(guān)性，另有研究表明，眼、鼻子和腦是在相同基因控制下協(xié)同進(jìn)化的，且目前傾向于眼和鼻子先于腦的進(jìn)化。光感受器的進(jìn)化2021/5/96發(fā)育生物學(xué)的主要研究方法模式動(dòng)物嵌合體和鑲嵌體技術(shù)2021/5/97模式動(dòng)物生命體胚胎發(fā)育的基本機(jī)制在遺傳上具有高度保守性，因此可以通過研究模式動(dòng)物的方式來發(fā)現(xiàn)或探討影響發(fā)育的環(huán)節(jié)和因素。目前已獲得的關(guān)于生物體分化、發(fā)育和調(diào)控機(jī)制的資料多數(shù)源自果蠅、線蟲等低級動(dòng)物，這些生物的某些基因與人類有驚人的相似，被稱為“模式動(dòng)物”，其中果蠅被稱為發(fā)育生物學(xué)的“國王”。2021/5/98模式動(dòng)物人類基因組計(jì)劃與人類基因物理框圖的完成，使人們驚訝的認(rèn)識(shí)到人種間的基因?yàn)?9.9%同源，人與猩猩、猴間的基因越98.77%同源；人與小鼠間的基因約有99%相似，人與果蠅、線蟲的基因亦有某些基因同源。人類基因數(shù)量與小鼠相近，為3~3.5萬個(gè)。從發(fā)育生物學(xué)的視角來看，種族間的相似性更大。2021/5/99嵌合體和鑲嵌體技術(shù)實(shí)驗(yàn)嵌合體小鼠的研究為探索哺乳動(dòng)物及人類眼球發(fā)育提供了獨(dú)特的研究模式。嵌合體和鑲嵌技術(shù)是在細(xì)胞水平將遺傳基因不同的細(xì)胞精確混合，與特異性的基因敲除有本質(zhì)的不同2021/5/910眼發(fā)育生物學(xué)的主要研究內(nèi)容眼與機(jī)體發(fā)育的關(guān)系胚眼發(fā)生、發(fā)育的時(shí)空變化過程胚眼發(fā)生、發(fā)育過程的基因調(diào)控胚眼的發(fā)生、發(fā)育與干細(xì)胞相關(guān)研究2021/5/911第二節(jié)胚眼的發(fā)生和形成雌雄配體形成受精卵，孕6~8天即形成桑椹胚與胚囊，至孕16天，已具備三胚葉胚層分化能力。胚眼由神經(jīng)外胚葉、表皮外胚葉和中胚葉發(fā)育而成。2021/5/912胚胎22天開始：由神經(jīng)管發(fā)育而來的前腦兩側(cè)的神經(jīng)褶內(nèi)陷，形成視溝視溝繼續(xù)內(nèi)陷，向表皮外胚葉接近，形成腔室，稱為視泡。視泡遠(yuǎn)端不斷膨大，繼續(xù)向表皮外胚層生長、貼近，進(jìn)而發(fā)生內(nèi)陷形成雙層杯狀結(jié)構(gòu)，稱為視杯。同時(shí)，視杯近端與前腦連接處縮窄變細(xì)，形成視柄，為視神經(jīng)始基。2021/5/913圖示胚胎8.5~11.5天鼠的晶狀體發(fā)育，紅色示表皮外胚層，藍(lán)色示間質(zhì)層，綠色示視泡的神經(jīng)上皮層2021/5/914視泡與表皮外胚層接觸后，又到該處的表皮外胚層增厚形成晶狀體板，為晶狀體始基。隨后晶狀體板內(nèi)陷入視杯內(nèi)，且逐漸與表皮外胚層脫離，形成晶狀體泡。視杯逐漸深凹并包圍晶狀體，視杯前緣最后形成瞳孔。

2021/5/915視杯早期下方為一裂縫，稱為胚裂。胚裂于胚胎第5周（12mm）時(shí)開始閉合，由中部開始，向前后延展，當(dāng)胚長達(dá)17mm時(shí)，除沿視莖下面外，完全閉合。如閉合不全，則會(huì)形成虹膜、睫狀體、脈絡(luò)膜或視盤的缺損。2021/5/916圍繞視杯的中胚葉玻璃體動(dòng)脈經(jīng)胚裂進(jìn)入視杯，營養(yǎng)視杯內(nèi)層、晶狀體泡及視杯間質(zhì)，玻璃體靜脈由此回流。玻璃體動(dòng)靜脈穿經(jīng)玻璃體的一段退化，并遺留一殘跡，稱玻璃體管（Cloquet管），其近端則分化為視網(wǎng)膜中央動(dòng)靜脈。在視泡形成至胚裂閉合過程中，包繞視杯、視柄、晶狀體泡的中胚葉逐漸分化為內(nèi)側(cè)的脈絡(luò)膜始基及外側(cè)的鞏膜始基。此時(shí)眼的各部組織已具雛形，即形成胚眼。2021/5/917眼球發(fā)育流程圖2021/5/918第三節(jié)眼球各主要組成部分的發(fā)生神經(jīng)外胚葉的發(fā)育表皮外胚葉的發(fā)育玻璃體的發(fā)育神經(jīng)嵴細(xì)胞來源組織的發(fā)育中胚葉來源組織的發(fā)育視網(wǎng)膜、睫狀體、虹膜上皮視神經(jīng)晶狀體角膜上皮眼部血管系統(tǒng)虹膜基質(zhì)葡萄膜角膜前房角鞏膜2021/5/919視網(wǎng)膜：由視杯內(nèi)、外兩層共同分化而成

色素上皮層開始生成色素胚胎6周起神經(jīng)感覺層一次分化出節(jié)細(xì)胞、視錐細(xì)胞、無長突細(xì)胞、水平細(xì)胞、視桿細(xì)胞和雙極細(xì)胞。視杯兩層之間的視泡腔逐漸變窄、消失，形成潛在的腔隙。胚胎第2個(gè)月末視網(wǎng)膜神經(jīng)感覺層發(fā)育到赤道部。胚胎第8個(gè)月時(shí)視網(wǎng)膜10層結(jié)構(gòu)基本形成，可以辨認(rèn)。胚胎7個(gè)月黃斑中心凹形成出生時(shí)視錐細(xì)胞尚未發(fā)育完成，嬰兒尚不能固視出生后4個(gè)月黃斑發(fā)育完成神經(jīng)外胚葉的發(fā)育2021/5/920睫狀體和虹膜：胚胎第3個(gè)月時(shí)視杯前緣向前生長，并向晶狀體泡與角膜之間的間充質(zhì)內(nèi)延伸，最終發(fā)育為睫狀體和虹膜內(nèi)面的兩層上皮。虹膜內(nèi)層上皮分化為色素上皮外層上皮分化出瞳孔括約肌和瞳孔開大肌神經(jīng)外胚葉的發(fā)育2021/5/921視神經(jīng)：由胚胎的視柄發(fā)育而來胚胎6周時(shí)，RGC的軸突形成，并向視柄內(nèi)層聚集，視柄內(nèi)層逐漸增厚，并與外層融合。視柄內(nèi)外層細(xì)胞演變?yōu)樾切文z質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，并與節(jié)細(xì)胞軸突混雜在一起，于是，視柄演變?yōu)橐暽窠?jīng)。此時(shí)，視盤中央尚有少量神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞殘留，出生時(shí)發(fā)生萎縮形成生理凹陷。神經(jīng)外胚葉的發(fā)育2021/5/922視神經(jīng)纖維的髓鞘是由腦部順神經(jīng)纖維向眼部生長的，出生時(shí)止于篩板，如進(jìn)入視網(wǎng)膜則形成視網(wǎng)膜有髓神經(jīng)纖維，在檢眼鏡下呈羽毛樣外觀。神經(jīng)外胚葉的發(fā)育2021/5/923晶狀體：晶狀體的發(fā)育分為晶狀體泡和晶狀體纖維的產(chǎn)生兩個(gè)階段。晶狀體泡的發(fā)育“胚眼的發(fā)生和形成”已講述2021/5/924晶狀體纖維的發(fā)育：晶狀體泡

初級晶狀體纖維

次級晶狀體纖維前壁細(xì)胞呈立方形，分化為晶狀體上皮后壁細(xì)胞呈高柱狀，并向前壁方向伸長形成泡腔逐漸縮小，成為實(shí)體結(jié)構(gòu)晶狀體赤道部的上皮細(xì)胞不斷增長、變長，形成2021/5/925原有的初級晶狀體纖維及其胞核逐漸退化形成晶狀體核。新的晶狀體纖維逐層添加到晶狀體核的周圍，晶狀體核及晶狀體體積逐漸增大，此過程持續(xù)終身。各層纖維末端變平，彼此聯(lián)合成晶狀體縫，核前的縫為“Y”形，核后的縫為“人”字形。2021/5/926角膜上皮：晶狀體泡從表皮外胚葉分離后，表皮外胚葉又重新融合為一層立方上皮，以后衍化為角膜上皮。人胚胎第5周時(shí)角膜開始發(fā)育，直到開瞼時(shí)，此發(fā)育過程較緩慢。Pax6基因在角膜發(fā)育過程中有重要作用，可調(diào)控上皮細(xì)胞復(fù)層化。此外，環(huán)境因素，如氧氣和光線對角膜的發(fā)育也有一定作用。2021/5/927玻璃體：其形成分為三個(gè)階段：1.原始玻璃體由原始視泡和晶狀體泡間的細(xì)胞間質(zhì)形成。此間質(zhì)由視杯上皮細(xì)胞和晶狀體上皮細(xì)胞分泌而來。此時(shí)玻璃體腔內(nèi)充滿玻璃體血管。胚胎第6周時(shí)發(fā)育完成2.第二玻璃體第6~12周，玻璃體血管系統(tǒng)逐漸萎縮同時(shí)由視杯內(nèi)層細(xì)胞分泌出第二玻璃體，將原始玻璃體擠向眼球中央和晶狀體后面，使其最后在晶狀體后及玻璃體中央形成Cloquet管，其中通過玻璃體血管。3.第三玻璃體胎兒第4個(gè)月時(shí)，由睫狀體的神經(jīng)上皮細(xì)胞分泌出細(xì)小原纖維，逐漸發(fā)育成晶狀體懸韌帶，出生時(shí)完成。2021/5/928神經(jīng)嵴細(xì)胞：來源于外胚層。與眼球和眼附屬器有關(guān)的多種結(jié)締組織相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)由其分化發(fā)育而來。視杯與晶狀體泡形成后，包圍在視杯周圍的頭部神經(jīng)嵴細(xì)胞：1.一方面深入晶狀體泡前方，在角膜上皮下演變?yōu)榻悄す逃袑雍蛢?nèi)皮2.另一方面，就地分別分化為小梁網(wǎng)、Schlemm管、疏松的葡萄膜基質(zhì)、較致密的鞏膜以及睫狀肌和muller肌等組織。2021/5/929神經(jīng)嵴細(xì)胞的特征是高度的遷徙能力和分化潛能，對其作用的幾乎所有組織產(chǎn)生誘導(dǎo)影響。如果神經(jīng)嵴細(xì)胞在遷徙和分化過程中出現(xiàn)異常，則會(huì)對眼前節(jié)組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生廣泛的影響，造成房角構(gòu)型和小梁網(wǎng)的發(fā)育異常，導(dǎo)致各種先天性青光眼和青光眼綜合征的發(fā)生。這些綜合征往往還伴有眼外組織，特別是牙齒和顏面的發(fā)育缺陷，甚至皮膚、神經(jīng)系統(tǒng)和心臟的先天異常。2021/5/930眼部血管系統(tǒng)：由中胚葉發(fā)育而來胚胎第3周起，眼動(dòng)脈沿視杯腹側(cè)生長，兵分出玻璃體動(dòng)脈經(jīng)胚裂進(jìn)入視杯內(nèi)，其他分支沿視杯表面前行至視杯緣吻合成環(huán)形血管，未來的脈絡(luò)膜血管亦出現(xiàn)。胚胎第3個(gè)月時(shí)，玻璃體動(dòng)脈及晶狀體血管膜開始萎縮，出生時(shí)此血管完全消失。若萎縮不全，則產(chǎn)生玻璃體動(dòng)脈殘留。胚胎第3個(gè)月末，玻璃體動(dòng)脈視盤處分出血管，逐漸形成視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈。中胚葉來源組織的發(fā)育2021/5/931虹膜基質(zhì)位于晶狀體前面的視杯口邊緣部的間充質(zhì)形成虹膜基質(zhì)，其周邊部厚，中央部薄，封閉視杯口，稱為瞳孔膜。胚胎第7個(gè)月時(shí)瞳孔膜開始萎縮形成瞳孔前、后房經(jīng)瞳孔相連通若瞳孔膜萎縮不全則形成先天性瞳孔殘膜中胚葉來源組織的發(fā)育2021/5/932葡萄膜睫狀體的睫狀突和睫狀肌在胚胎3個(gè)月逐漸生長發(fā)育。胚胎6mm時(shí)，有毛細(xì)血管網(wǎng)包圍視泡，并發(fā)育成脈絡(luò)膜。第3個(gè)月開始形成脈絡(luò)膜大血管層和中血管層，并引流入渦靜脈。中胚葉來源組織的發(fā)育2021/5/933角膜：胚胎6周末，前房裂隙后，前半中胚葉組織形成角膜基質(zhì)層和內(nèi)皮細(xì)胞層。表皮外胚葉已形成角膜上皮層。胚胎3個(gè)月基質(zhì)層前部細(xì)纖維前彈力層內(nèi)皮細(xì)胞分泌后彈力層

鞏