《发育生物学》第3版课件15-1 眼的发育

1第十二章眼的发育第一节眼的早期形态发生

第二节视泡发育的机制

第三节晶状体发育的机制

第四节角膜的发育2第一节眼的早期形态发生概述

一、眼的结构纤维膜血管膜视网膜

眼是由几个胚层来源不同的部分，经过一系列的诱导作用和时间、空间上的协调发育，形成的具有精确功能的感觉器官。3视网膜视神经角膜虹膜睫状体

脉络膜巩膜Fovea晶状体房水玻璃体4二、眼的形态发生

胚胎第四周，前脑两侧突出左右两个视泡(opticvesicl)。视泡远端膨大，贴近体表外胚层，并凹陷形成双层杯状结构，称视杯(opticcup)。视泡近端变细，形成视柄(opticstalk)。与由前脑分化的间脑相连。此时，体表外胚层在视杯的诱导下增厚，形成晶状体板(lensplacode)。随后晶状体板凹入视杯内，并与体表外胚层分离，发育成晶状体泡。5二、眼的形态发生6脊椎动物眼的发育(D、E)随着晶状体内陷，视泡变为神经视网膜和色素视网膜；晶状体泡将外胚层诱导为角膜(A)视泡从间脑中突出，并接触外胚层；(B,C)当视泡内陷覆盖的外胚层分化为晶状体细胞；7（一）视网膜和视神经的发生

视杯分内外两层，外层分化为视网膜的色素上皮层；内层增厚，由外向内依次为神经上皮层、套层和边缘层。神经上皮层分化为视锥、视杆细胞，套层分化为双极细胞、节细胞及支持细胞。内外两层之间的腔隙最后消失，两层直接相贴，发育为视网膜的视部。视杯口边缘部，内层上皮增生，与外层分化的色素上皮相贴，在晶状体泡与角膜之间延伸，形成视网膜的睫状体部与虹膜部。睫状体部内层上皮分化为非色素上皮。虹膜的内层上皮分化为色素上皮；虹膜的外层上皮分化出虹膜的平滑肌，包括瞳孔括约肌和瞳孔开大肌。节细胞的轴突伸至边缘层并向视柄集中形成视神经。8（二）晶状体角膜和眼房的发生

晶状体由晶状体泡演变而来，最初晶状体泡为单层上皮构成，前壁为单层立方上皮，分化为晶状体上皮；后壁为高柱状细胞，逐渐分化为晶状体纤维，并向前方延伸，使晶状体泡腔消失，晶状体变为实体结构。此后，晶状体赤道部的细胞不断增生，演变成新的晶状体纤维，原有的晶状体纤维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周围，晶状体及晶状体核逐渐增大。此过程持续终生，但随年龄增长晶状体增长速度减慢。9（三）血管膜和巩膜的发生

视杯周围的间充质分内外两层。

内层血管发生较多，并分化出大量的色素细胞，发育为血管膜。血管膜的大部分贴在视网膜的外面，形成脉络膜；位于视杯口边缘的部分，则分化为虹膜基质与睫状体的主体。外层形成大量的纤维，分化为巩膜。图9-610神经嵴起源头部间质聚集形成充满血管的脉络膜结缔组织的巩膜营养和保护眼球视泡内陷视杯外层：色素视网膜内层：神经视网膜细胞外基质光感受器(视锥细胞、視杆细胞）神经胶质细胞中间神经元（双极神经元）神经节细胞

轴突

视网膜中央的视乳突处集中色素上皮虹膜和睫状体玻璃体视杯的边缘向晶状体扩散通向间脑视柄视神经视柄视网膜晶状体泡覆盖的表皮角膜诱导晶状体板内陷晶状体窝脱离晶状体泡外侧：晶状体上皮内侧：晶状体纤维11第二节视泡发育的机制

两栖类的眼原基最初位于神经板的最前端，呈卵圆形，彼此相近地排列在中线两侧。12一、控制视泡形成的因素1．间质聚集在视泡周围的间质对视泡的正常发育具有十分重要的作用。除去间质，视泡发育不正常或发育频率不高。美西螈神经板前部两侧区域中胚层间质+--共同培养---视泡的发育频率54.4％美西螈神经板前部两侧区域----------------单独培养---视泡的发育频率11.1％13当把眼原基处的一小片组织移植到头后部中胚层上面的神经板区时，则眼的发育受到抑制。这说明形成眼原基的一些因子集中在神经板的前部区域。14去掉神经板眼原基下面的中胚层将不同程度地发育出单眼在神经板眼原基下面的中胚层具有控制眼发育数目的作用，可能是由于神经板前部下方的中胚层抑制眼的形成。在除去神经板眼原基下面的中胚层时，两侧眼原基消除了中间的抑制作用而共同合并形成单眼。而当神经板眼原基下面的中胚层存在时，由于中间的抑制作用两侧的眼原基分别发育而形成双眼。15并眼畸形（独眼畸形）见于脊椎动物。为眼发育受抑制的畸形之一。症状是左右两眼在额正中合并在一起,进而形成独眼甚至无眼。各种实验表明,这种畸形与原基的诱导效果低有关。印度出生独眼畸形女婴俄罗斯圣彼得堡出生的独眼女婴16

2005年12月28日，这只奇特的小猫降生在美国。它的主人根据希腊“独眼巨人”的名字将它命名为CY，但它在出生后的第2天就死去。独眼小猫172．细胞粘着视泡细胞表面粘着性的变化可能和视泡的外突和视杯的形成有关。实验证明，在正常发育中视泡与晶状体外胚层的暂时性地紧密粘着，是完成视泡内陷为视杯和保持视杯的正常形态的必要条件。3．脑脊液的积聚因为视泡通过视柄与脑室相通，如果把细玻璃管插入视泡内阻止液压的形成，则发育的眼不正常。说明视泡的膨胀长大依赖于脑脊液在视泡内的积聚。18二、视泡的分化和自我调整视泡发育为视杯后由内外两层组成，内层分化为神经视网膜，而外层分化为色素上皮。在发育早期它们的发育潜能是相等。色素上皮和神经视网膜可以互相转化和进行自我调整。神经视网膜色素上皮神经视网膜色素上皮两栖类视泡期或视杯期

色素上皮神经视网膜胚胎头部的不同区域胚胎头部的不同区域移植移植191．与外胚层的接触视泡或视杯与外胚层接触的区域可分化为神经视网膜。在正常发育中，神经视网膜可能对色素上皮分化的等能性潜力有抑制的作用。间质在影响色素上皮的分化中可能起两个作用：一是使色素上皮变薄，这主要是间质参与基膜的形成以固定上皮的状态并抑制上皮的有丝分裂二是间质的代谢特点，间质的氧化过程在色素上皮分化中很重要。2．间质影响色素上皮的分化视泡生理盐水单独培养分化为神经视网膜视泡间质共同培养分化为色素上皮203．神经视网膜的分化因为视网膜是由脑壁向外突出形成的，所以像大脑和小脑的皮层一样，神经视网膜发育成不同类型神经元的分层排列(A,B)视网膜内的成神经细胞开始分离；(C)视网膜中的主要神经通路。光神经冲动脑2122视网膜中各种细胞类型没有特异的细胞前体，所有这些前体细胞都是全能的将带有半乳糖苷酶基因病毒注射到新生大鼠眼后部仍在发育的视网膜中，感染一个月后，一个被感染的前体细胞产生的一串细胞：5个视杆细胞、一个双极神经元和一个视网膜神经胶质细胞。

234．视网膜—顶盖投射的形成大多数关于视觉系统发育的研究是用低等脊椎动物，最常用的是爪蟾、豹蛙和金鱼。这些动物视网膜的神经纤维伸向脑的特定区域——视顶盖(opticrectum)，这种神经分布的模式称为视网膜顶盖投射

2425视网膜顶盖精确连接的形成受以下因素的影响(1)化学亲和性化学亲和性学说认为存在一些本质上是生物化学分子的物质，它们引导生长的神经纤维到达顶盖的合适靶区。移植片的视网膜顶盖投射是根据它们起初的定位,而不是移植后的位置。说明视网膜细胞能识别顶盖上的某种线索，并引导它们的神经支配。V-DP-AA-P26(2)细胞的粘连性

这种细胞粘连的亲和性使视网膜神经节细胞的生长锥能识别顶盖上的合适靶区。

TOP在视网膜背部到腹部存在浓度下降梯度，在顶盖腹侧到背侧存在浓度下降梯度。这种梯度分布形式与视网膜顶盖连接的模式相关。不同区域的细胞放入放射性同位素标记的TOP抗体悬液处理，测定放射活性视网膜背侧比腹侧高35倍。27(3)发育时期

视网膜神经节细胞可能以发育的不同时期向外生长，那些首先到达顶盖的神经纤维与它首先遇到的第一个顶盖细胞形成突触连接，而后到达的纤维生长到较远的还未被占据的位点。背部半眼首先生出神经节细胞轴突，离开眼球进入视束，比腹部视网膜神经节细胞的轴突提前6小时到达顶盖（腹侧）。视网膜背侧半眼标记同位素28发育早期胚胎背眼原基代替晚期胚胎背侧眼原基，其投射到腹侧顶盖，但较腹侧眼原基到达背侧顶盖的时间晚。29(4)其他因子

在视神经再生的研究中发现一些其他因子影响再生的视网膜顶盖投射的形成。再生的视网膜顶盖投射的精确化依赖神经活动，河豚毒素阻断视网膜神经节细胞的电活动时，视网膜顶盖投射的精确化不能进行。在正常的发育期间神经活动对末梢树状分支精确化的作用机制还不十分清楚。轴突到达顶盖树状产生多个分支精确化为更小的突触区错误路线的视神经纤维消失30

一、晶状体的诱导第三节晶状体发育的机制1、正常的诱导2、缺少视泡时，无晶状体形成3、用其他组织代替视泡，不产生诱导4、将视泡置于相邻头部外胚层的其它区域，在不同地方诱导出晶状体3132二、晶状体的形态发生和有关因素

晶状体的形态发生晶状体的形态发生从预定晶状体外胚层晶状体板晶状体窝晶状体泡初级晶状体纤维次级晶状体纤维成熟的晶状体。33与晶状体发生有关的主要因素1．细胞外基质在鸡和小鼠晶状体的形态发生中，视泡和预定晶状体外胚层间的细胞外基质具有促进细胞分化的作用。2.微管和微丝晶状体板内陷形成晶状体窝的过程好像是依赖于细胞顶端细胞质内微丝的收缩。343．细胞增殖晶状体原基的边缘是固定的，由于细胞分裂使这群细胞的压力增大，引起晶状体板内陷形成晶状体窝。3536

4．视杯

晶状体泡伸长的细胞处于视杯包围的内部，视杯的环境诱导细胞的伸长和形成初级晶状体纤维。

180度上皮细胞开始伸长并变为初级纤维细胞37

三、晶状体的细胞分化

晶状体组织向能够折射光线的透明结构分化，涉及晶状体细胞形态结构的变化和特异性蛋白——晶状体蛋白的合成，其构成晶状体可溶性蛋白质的90％以上。在初级晶状体纤维成长的同时，细胞内合成大量的晶状体蛋白，使其充满整个细胞，并挤出细胞核，随着初级晶状体纤维的不断生长，最终充满晶状体泡两层细胞之间的空间。晶状体蛋白分为四类：αβγδ晶状体蛋白哺乳类、两栖类和鱼类：α、β、γ晶状体蛋白鸟类和爬行类：α、β、δ晶状体蛋白38四、晶状体再生和转分化(一)、晶状体再生晶状体再生首先在蝾螈中发现。当将成体蝾螈的晶状体除去以后，可从虹膜的背缘再生出新的晶状体，这一现象被称为乌尔夫氏晶状体再生。39虹膜背缘细胞的色素开始减少，分裂加快，并逐渐变得透明和开始合成晶状体蛋白，形成晶状体细胞。40(二)、转分化转分化：是指由一种部分分化了的组织的细胞转化为另一种组织类型的充分分化的细胞。虹膜-----------晶状体神经视网膜和色素上皮------晶状体或类晶状体411．晶状体蛋白mRNA：眼的非晶状体组织中必须含有晶状体蛋白的mRNA才能发生转分化。2．DNA复制和细胞分裂：在除去晶状体后虹膜背缘细胞大量复制DNA和随后的细胞分裂，DNA的复制也可能是转分化的先决条件之一。3．去分化：去分化(dedifferentiation)是指细胞终末产物的减少或排除。虹膜细胞分化为晶状体细胞要排除它们的终末产物色素。(三)、晶状体再生和转分化的有关因素

424．细胞表面的变化：细胞表面特性的变化是转分化的诱因，其可能为表达晶状体的潜能提供信号。(除去晶状体，虹膜背侧细胞变得疏松）5．激素：甲状腺和垂体分泌的激素均可刺激两栖类的角膜和虹膜再生晶状体。6．培养条件：在体外条件下转分化的结果随培养液的不同而异。（MEM----鸡胚视网膜---晶状体，其他培养基不行）43第四节角膜的发育晶状体板内陷,被双层细胞的外胚层覆盖视网膜和晶状体诱导预定角膜上皮开始分泌细胞外基质-初级角膜基质间质进入初级角膜基质形成次级角膜基质和角膜内皮变为透明的角膜441．角膜诱导

在胚胎发育期间，覆盖于视杯和晶状体表面的外胚层受二者的诱导作用形成透明角膜的过程，称角膜诱导。452．角膜诱导相关的因素（1）晶状体和视网膜：视网膜和晶状体均可诱导角膜，眼的视网膜，特别是其中