眼的发育生物学

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
眼的发育生物学
南昌大学附属眼科医院 DWJ
2015-1-8
Contents
1 概述 2 胚眼的发生和形成 3 眼球各主要组成部分的发生 4 眼附属器的发育 5 眼各种组织的发育来源及时空顺序
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。
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。
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❖ 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。
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：
中胚叶来源组织的发育
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。
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。
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。
❖ 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”。
视网膜：
由视杯内、外两层共同分化而成
胚胎6周起
色素上皮层 开始生成色素
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
❖ 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
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。
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
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
视网膜、睫状体、虹膜上皮 视神经
❖ 表皮外胚叶的发育
晶状体 角膜上皮
❖ 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
眼部血管系统 虹膜基质 葡萄膜 角膜 前房角 巩膜
神经外胚叶的发育
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
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。
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
前壁细胞呈立方形，分化为晶状体上皮
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。
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
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。
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
❖ 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。
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。
后壁细胞呈高柱状，并向前壁方向伸长 形成
初级晶状体纤维 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
次级晶状体纤维
❖ 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。
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。