اکتودرم سطحی
اپیتلیوم قرنیه: پس از جدا شدن وزیکول عدسی تمایز مییابد
عدسی: از فرورفتگی اکتودرم سطحی تشکیل میشود
اپیتلیوم پلک و ملتحمه: منشأ از اکتودرم سطحی
غده اشکی و غده میبومین: از اپیتلیوم ملتحمه ایجاد میشوند
چشم در فرآیند رشد از بخشی از مغز که بیرون زده تشکیل میشود. از جلوی وزیکول اولیه مغز (پریموردیوم مغز) دو برآمدگی چپ و راست ایجاد میشود که به وزیکول بینایی اولیه تبدیل میشوند. شبکیه عصبی و مغز هر دو از اکتودرم عصبی یکسان منشأ میگیرند و واقعاً میتوان گفت که چشم «بخشی از مغز» است.
رشد چشم با گاسترولاسیون آغاز میشود. بلاستولا به گاسترولا تبدیل شده و سه لایه زاینده آندودرم، مزودرم و اکتودرم تشکیل میشوند. تا هفته سوم رشد، سه لایه زاینده صفحه سهلایهای جنین را تشکیل میدهند.
بلافاصله پس از گاسترولاسیون، نورولاسیون رخ میدهد. صفحه عصبی به سمت داخل تا شده و لوله عصبی را تشکیل میدهد و حدود روز ۲۲ جنینی، شیار بینایی روی چین عصبی ظاهر میشود. تا روز ۲۵ جنینی، شیار بینایی به وزیکول بینایی تبدیل میشود.
هنگامی که انتهای دیستال وزیکول بینایی به اکتودرم سطحی نزدیک میشود، اکتودرم سطحی ضخیم شده و صفحه عدسی تشکیل میشود. دیواره قدامی وزیکول بینایی فرو رفته و به دیواره خلفی نزدیک میشود و ساختار فنجانی شکل دو جداره یعنی کاپ بینایی تشکیل میشود.
بخش لولهای که کاپ بینایی را به بطن مغز متصل میکند، ساقه بینایی نامیده میشود. ساقه بینایی در نهایت به عصب بینایی تبدیل میشود.
چشم و ضمائم آن از چهار رده بافتی زیر تشکیل شدهاند:
اکتودرم سطحی
اپیتلیوم قرنیه: پس از جدا شدن وزیکول عدسی تمایز مییابد
عدسی: از فرورفتگی اکتودرم سطحی تشکیل میشود
اپیتلیوم پلک و ملتحمه: منشأ از اکتودرم سطحی
غده اشکی و غده میبومین: از اپیتلیوم ملتحمه ایجاد میشوند
اکتودرم عصبی
شبکیه و اپیتلیوم رنگدانهدار شبکیه: از لایه داخلی و خارجی جام بینایی تمایز مییابند
اپیتلیوم عنبیه و اپیتلیوم جسم مژگانی: منشأ از لبه قدامی جام بینایی
عصب بینایی: از آکسونهای سلولهای گانگلیونی شبکیه تشکیل میشود
زجاجیه: بیشترین سهم را از نظر حجم دارد
مزودرم
عضلات خارج چشمی: از میوتومهای پیشگوشی تشکیل میشوند
چربی و بافت همبند کاسه چشم: منشأ از مزودرم
شبکه عروقی مشیمیه: از مزودرم اطراف جام بینایی هدایت میشود
بافت اطراف عضله مژگانی: مشارکت مزودرم
سلولهای تاج عصبی (لایه چهارم جنینی)
استروما و اندوتلیوم قرنیه: از مهاجرت سلولهای تاج عصبی تشکیل میشود
استرومای عنبیه: غلظت ملانوسیتها رنگ عنبیه را تعیین میکند
صلبیه و شبکه ترابکولار: منشأ تاج عصبی دارند
استخوان کاسه چشم: عمدتاً از رده تاج عصبی استخوانی میشود
تاج عصبی ساختاری است که در زمان تشکیل لوله عصبی مهرهداران به طور موقت بین اکتودرم سطحی و صفحه عصبی تشکیل میشود و به دلیل اهمیت آن «لایه زایای چهارم» نامیده میشود. سلولهای تاج عصبی پس از اپیتلیالزدایی و تبدیل اپیتلیال به مزانشیمی به نقاط مختلف جنین مهاجرت میکنند و نقش مهمی در رشد چشم ایفا میکنند.
رشد چشم از هفته سوم جنینی (حدود روز ۲۲ بارداری) با ظهور شیار چشمی روی صفحه عصبی آغاز میشود. تا روز ۲۵ به وزیکول چشمی تبدیل میشود و سپس با تشکیل جام چشمی، تمایز به بافتهای مختلف ادامه مییابد. ساختار پایه کره چشم در طول دوره جنینی شکل میگیرد و تکامل لکه زرد تا ۱۶ هفته پس از تولد ادامه مییابد.
رشد طبیعی چشم توسط چندین ژن و سیگنال مولکولی به دقت تنظیم میشود. ناهنجاری در این موارد باعث بیماریهای مادرزادی چشم میشود.
| ژن | عملکرد و بیماریهای مرتبط |
|---|---|
| PAX6 | ژن اصلی تشکیل چشم. جهش باعث آنیریدیا، کولوبوما، میکروفتالمی و ناهنجاری پیترز میشود |
| SHH | میدان بینایی واحد را به دو چشم چپ و راست تقسیم میکند. جهش باعث سیکلوپی (تک چشمی) میشود |
| PAX2 | ضروری برای تشکیل ساقه چشم و بسته شدن شکاف جنینی |
ژن PAX6 یک ژن کنترل کننده اصلی برای تشکیل چشم است که از تحقیقات رشد مگس میوه کشف شد. در انسان، به عنوان ژن عامل آنیریدیا (عدم عنبیه) شناسایی شده است. ژن PAX6 در کنار ژن سرکوبگر تومور WT1 روی کروموزوم 11p13 قرار دارد و فقدان هر دو منجر به سندرم WAGR (تومور ویلمز، آنیریدیا، ناهنجاریهای دستگاه تناسلی-ادراری، عقبماندگی ذهنی) میشود.
رتینوئیک اسید (RA) یک مولکول سیگنال ضروری برای رشد چشم است 1). رتینول (ویتامین A) توسط RDH10 به رتینال و سپس توسط ALDH1A1، ALDH1A2 و ALDH1A3 به RA تبدیل میشود 1).
در انسان، جهش در چهار ژن مسیر سیگنالینگ RA یعنی RBP4، STRA6، ALDH1A3، RARB و همچنین PITX2، FOXC1 که توسط RA تنظیم میشوند، با آنوفتالمی و میکروفتالمی مرتبط است 1).
جهش PITX2 باعث سندرم Axenfeld-Rieger و جهش FOXC1 باعث ناهنجاریهای بخش قدامی چشم میشود 1).
کولوبوما (نقص لایه یووهآ) یک ناهنجاری مادرزادی است که در اثر بسته نشدن شکاف جنینی ایجاد میشود. شکاف جنینی در حدود هفته ششم جنینی از قسمت مرکزی شروع به بسته شدن میکند و در هفته هفتم کامل میشود. اگر بسته شدن مختل شود، شکافی از مردمک به سمت پایین باقی میماند که منجر به کولوبومای عنبیه، کولوبومای مشیمیه، کولوبومای بزرگ و غیره میشود. اغلب با میکروفتالمی همراه است.
ژن PAX6 یک ژن کنترل کننده اصلی برای تشکیل چشم است. جهش در آن منجر به آنیریدیا، کولوبوما، میکروفتالمی، ناهنجاری پیترز، هیپوپلازی ماکولا و غیره میشود. همچنین، فقدان همزمان ژن مجاور WT1 منجر به سندرم WAGR (تومور ویلمز، آنیریدیا، ناهنجاریهای دستگاه تناسلی-ادراری، عقبماندگی ذهنی) میشود.
این بخش به تشریح فرآیند رشد هر یک از بافتهای چشم به ترتیب زمانی میپردازد.
در اوایل هفته سوم جنینی، شیار بینایی در بخش مرکزی صفحه عصبی ایجاد میشود. این آغاز تکامل اندام بینایی است. در پایان هفته سوم، دو طرف حفره بینایی به صورت کیسهای بزرگ شده و وزیکول بینایی تشکیل میشود.
در هفته چهارم جنینی، دیواره قدامی انتهای دیستال وزیکول بینایی به اکتودرم سطحی نزدیک شده و صفحه عدسی تشکیل میشود. سپس دیواره قدامی وزیکول بینایی فرورفته و کاپ بینایی را تشکیل میدهد، و صفحه عدسی ضخیم و فرورفته شده و تا هفته پنجم جنینی وزیکول عدسی در داخل کاپ بینایی جدا و تشکیل میشود.
در بخش تحتانی کاپ بینایی شکافی (شکاف کاپ بینایی) ایجاد میشود و در دیواره تحتانی ساقه بینایی نیز شکافی (شکاف ساقه بینایی) ظاهر میگردد. این دو با هم شکاف جنینی (embryonic fissure) نامیده میشوند. شریان هیالوئید که از شریان بینایی پشتی منشعب میشود، از طریق شکاف جنینی وارد کاپ بینایی میشود. در حدود هفته ششم جنینی، بسته شدن از بخش مرکزی آغاز شده و در هفته هفتم کامل میشود.
لایه داخلی و خارجی کاپ بینایی در ابتدا هر دو اپیتلیوم ستونی چندلایه هستند، اما پس از آن مسیرهای متفاوتی را طی میکنند.
لایه داخلی با تقسیم سلولی فعال ضخیم شده و به شبکیه حسی (شبکیه عصبی) تمایز مییابد. با این حال، در ناحیه نزدیک به لبه مردمک ضخیم نشده و به صورت اپیتلیوم مکعبی ساده باقی میماند و بخش اپیتلیالی جسم مژگانی و عنبیه را تشکیل میدهد.
لایه خارجی با بزرگ شدن کاپ بینایی نازکتر شده و در اواخر هفته پنجم جنینی، گرانولهای ملانین ظاهر شده و به اپیتلیوم رنگدانهدار شبکیه (RPE) تمایز مییابد. نکته قابل توجه این است که اپیتلیوم رنگدانهدار شبکیه تنها بافت رنگدانهدار در بدن است که از سلولهای تاج عصبی مشتق نشده است.
بخشی که لایه داخلی به سمت لایه خارجی برمیگردد، سوراخی دایرهای شکل به سمت جلو ایجاد میکند که مردمک آینده را تشکیل میدهد.
پس از جدا شدن وزیکول عدسی از اکتودرم سطحی و قرار گرفتن در بخش قدامی کاپ بینایی، غشای پایه سلولهای اپیتلیال تکلایه به کپسول عدسی تبدیل میشود. سلولهای دیواره قدامی به صورت یک لایه اپیتلیوم عدسی باقی میمانند، اما سلولهای دیواره خلفی به عنوان الیاف اولیه عدسی به سمت جلو گسترش مییابند.
در هفته ۶ تا ۷ جنینی، حفره داخلی وزیکول عدسی از بین رفته و هسته جنینی داخلی تشکیل میشود. سلولهای ناحیه استوا تقسیم و تکثیر شده و هسته جنینی خارجی و سپس الیاف ثانویه عدسی به تدریج به خارج آن اضافه میشوند. الیاف ثانویه عدسی در طول زندگی به تکامل خود ادامه میدهند.
عدسی از اپیتلیوم اکتودرمی منشأ میگیرد و بافت مزانشیمی در تشکیل آن شرکت نمیکند. در طول دوره جنینی، تغذیه از طریق غشای عروقی عدسی (مشتق از شریان هیالوئید) تأمین میشود.
از لایه داخلی کاپ بینایی، شبکیه عصبی، اپیتلیوم عنبیه و اپیتلیوم غیررنگدانهدار جسم مژگانی تشکیل میشود، و از لایه خارجی، اپیتلیوم رنگدانهدار شبکیه، اپیتلیوم رنگدانهدار جسم مژگانی و عضلات مردمک عنبیه تشکیل میشوند.
تمایز شبکیه عصبی در دو مرحله انجام میشود.
مرحله اول (تمایز گرادیان عمودی): لایه نوروبلاست به لایههای نوروبلاست داخلی و خارجی تمایز مییابد. از لایه نوروبلاست داخلی، سلولهای گانگلیونی ابتدا تمایز مییابند، سپس سلولهای مولر، سلولهای دوقطبی، سلولهای آماکرین و سلولهای افقی تمایز مییابند. از لایه نوروبلاست خارجی، سلولهای گیرنده نوری تمایز مییابند. مخروطها در ماه سوم جنینی و میلهها در ماه چهارم ظاهر میشوند.
مرحله دوم (تمایز گرادیان افقی): تمایز از قطب خلفی به سمت محیط پیش میرود. به جز ماکولا، رشد شبکیه تقریباً در ماه نهم جنینی کامل میشود. تمایز ماکولا از ماه ششم جنینی آغاز میشود، حفره مرکزی در ماه هفتم جنینی شروع به تشکیل میکند و بافتزایی تا هفته شانزدهم پس از تولد ادامه مییابد.
زجاجیه در سه مرحله تشکیل میشود.
| مرحله | زمان | ویژگی |
|---|---|---|
| زجاجیه اولیه | از هفته ششم جنینی | شامل شریان زجاجیه است. پس از پسرفت، مجرای کلوکه باقی میماند |
| زجاجیه ثانویه | از هفته نهم جنینی | شبکه بدون سلول. بخش عمده زجاجیه بالغ را تشکیل میدهد |
| زجاجیه ثالثیه | اواخر دوره جنینی | تشکیل زونول مژگانی (زونول زین) |
در اواخر دوره جنینی، شریان هیالوئید تحلیل رفته و ناپدید میشود و زجاجیه اولیه نیز از بین میرود. شاخههایی که در امتداد سطح لایه داخلی جام بینایی حرکت میکنند به عنوان شریان و ورید مرکزی شبکیه باقی میمانند.
در هفته ششم جنینی، سلولهای گانگلیونی شبکیه ظاهر میشوند. آکسونهای آنها از درونیترین لایه شبکیه عبور کرده، در ناحیه دیسک بینایی از لایه داخلی جام بینایی نفوذ کرده و به داخل ساقه بینایی گسترش مییابند. در هفته هفتم جنینی به کیاسمای بینایی رسیده و از طریق جسم زانویی جانبی به لوب پسسری امتداد مییابند.
در ماه سوم جنینی، نرمشامه از سلولهای تاج عصبی اطراف ساقه بینایی تشکیل میشود. تا ماه پنجم جنینی، سختشامه ظاهر میشود و در ماه ششم، عنکبوتیه تمایز مییابد. میلینسازی در ماه پنجم جنینی در جسم زانویی جانبی آغاز شده و به سمت شبکیه پیشرفت میکند.
در هفته چهارم جنینی، پس از جدا شدن وزیکول عدسی، اکتودرم سطحی به اپیتلیوم قرنیه تمایز مییابد. در هفته ششم جنینی، سلولهای تاج عصبی بین اپیتلیوم قرنیه و عدسی نفوذ کرده و لایه بومن و اندوتلیوم قرنیه را تشکیل میدهند. سپس دوباره سلولهای تاج عصبی نفوذ کرده و استرومای قرنیه را تشکیل میدهند.
در هفته هفتم جنینی، سلولهای تاج عصبی بین اندوتلیوم قرنیه و عدسی نفوذ کرده و غشای مردمکی و استرومای عنبیه را تشکیل میدهند. در ماه سوم تا چهارم جنینی، کانال اشلم تشکیل شده، اتاق قدامی ظاهر میشود و ترابکول زاویه نیز از سلولهای تاج عصبی تشکیل میشود.
عنبیه: در ماه سوم جنینی، از لبه قدامی جام بینایی، دو لایه اپیتلیوم عنبیه (قدامی و خلفی) تشکیل میشود. اسفنکتر مردمک از ماه چهارم جنینی تمایز یافته و در ماه هشتم کامل میشود. گشادکننده مردمک در ماه ششم جنینی شروع به تمایز کرده و پس از تولد کامل میشود. عضلات ذاتی عنبیه از اکتودرم عصبی منشأ میگیرند.
جسم مژگانی: در ماه سوم جنینی، چینهایی در لایه داخلی و خارجی جام بینایی ایجاد شده و زوائد مژگانی تشکیل میشوند. استرومای جسم مژگانی و عضله مژگانی از سلولهای تاج عصبی تشکیل میشوند.
مشیمیه: در هفته پنجم جنینی، گرانولهای ملانین در اپیتلیوم رنگدانهدار شبکیه ظاهر شده و شبکه مویرگی از بافت مزودرمی اطراف جام بینایی القا میشود. در ماه چهارم جنینی، شبکه عروقی مشیمیه تشکیل میشود.
صلبیه: در هفته هفتم جنینی، تشکیل آن از سلولهای تاج عصبی در لبه قدامی جام بینایی آغاز شده و به سمت عقب گسترش مییابد و در ماه پنجم جنینی به ناحیه قطب خلفی میرسد.
پلکها: در هفته ششم جنینی، دو چین در بالا و پایین چشم تشکیل میشود. در ماه سوم جنینی، این چینها موقتاً به هم میچسبند و در ماه ششم جداشدن مجدد آغاز شده و در ماه هفتم باز میشوند. اپیتلیوم ملتحمه، مژهها و غدد مختلف (غدد مول، غدد زایس و غدد میبومین) از اکتودرم سطحی، و عضله چشمی چشمی و تارسوس از مزودرم منشأ میگیرند.
غده اشکی: در هفته دهم جنینی، سلولهای پایه اپیتلیوم ملتحمه در ناحیه فورنیکس فوقانی-گیجگاهی به داخل بافت مزودرمی فرو رفته و تشکیل میشوند. ترشح اشک رفلکسی ممکن است تا ۱ تا ۳ هفته پس از تولد شروع نشود.
ماهیچههای خارج چشمی: در هفته چهارم جنینی، بافت مزانشیمی اطراف کاپ بینایی متراکم شده و پایه اولیه را تشکیل میدهد. در هفته هشتم جنینی، چهار ماهیچه راست و دو ماهیچه مایل تمایز مییابند و ماهیچه بالابرنده پلک فوقانی از ماهیچه راست فوقانی جدا میشود.
کاسه چشم: استخوانهای کاسه چشم عمدتاً از تاج عصبی منشأ گرفته و استخوانسازی غشایی از هفته ششم جنینی آغاز میشود. استخوان اسفنوئید و اتموئید از طریق استخوانسازی درون غضروفی رشد میکنند.
رتینوئیک اسید (RA) دو مرحله مهم در رشد چشم را کنترل میکند1).
مرحله اول: تشکیل کاپ بینایی (معادل روزهای 8.5 تا 10.5 جنینی موش) RA برای تشکیل کاپ بینایی از طریق فرورفتگی (تا شدن) وزیکول بینایی ضروری است1). به ویژه، فرورفتگی وزیکول بینایی در سمت شکمی در غیاب RA مختل میشود1). Aldh1a2 در روزهای 8.5 تا 9.5 جنینی در مزانشیم اطراف بینایی RA تولید میکند و از دست دادن سنتز RA در این مرحله منجر به ناقصformation کاپ بینایی میشود1).
مرحله دوم: مورفوژنز بخش قدامی چشم (از روز 10.5 جنینی موش به بعد) RA در شبکیه در سمت پشتی (Aldh1a1) و شکمی (Aldh1a3) تولید شده و به مزانشیم اطراف بینایی مشتق از تاج عصبی در خارج کاپ بینایی منتشر میشود1). از دست دادن RA باعث تکثیر بیش از حد مزانشیم شده و منجر به میکروفتالمی، ناهنجاریهای قرنیه و ناهنجاریهای پلک میشود1).
RA با فعال کردن Pitx2 در مزانشیم اطراف بینایی، که Dkk2 (آنتاگونیست WNT) را القا میکند، سیگنالدهی WNT را مهار کرده و تکثیر بیش از حد مزانشیم را محدود میکند1).
رتینوئیک اسید (RA) یک متابولیت فعال ویتامین A است که در رشد چشم دو مرحله تشکیل کاپ بینایی و مورفوژنز بخش قدامی را کنترل میکند. RA در شبکیه تولید شده و به مزانشیم اطراف بینایی مشتق از تاج عصبی منتشر میشود و از طریق مسیر Pitx2-Dkk2 سیگنالدهی WNT را مهار میکند. جهشهای ژنی در مسیر سیگنالدهی RA باعث بیماریهای مادرزادی چشم مانند آنوفتالمی و میکروفتالمی میشود.
سیگنالدهی RA از طریق گیرنده هستهای RA (RAR) که به عناصر پاسخدهنده به RA (RARE) متصل شده و رونویسی را تنظیم میکند، عمل میکند1). با این حال، ژنهای هدف مستقیم RA در رشد چشم هنوز شناسایی نشدهاند1). از آنجا که هزاران RARE در ژنوم موش و انسان وجود دارد و بیان هزاران ژن در غیاب RA تغییر میکند، شناسایی اهداف مستقیم آسان نیست1).
مطالعات اخیر روشی را توسعه دادهاند که با تشخیص رسوبهای وابسته به RA H3K27ac (نشان فعالسازی ژن) و H3K27me3 (نشان سرکوب ژن) با استفاده از ChIP-seq و ادغام با دادههای RNA-seq، ژنهای هدف مستقیم را محدود میکند1). این روش که در بافتهای تنه اثبات شده است، در صورت استفاده در رشد چشم، انتظار میرود که شناسایی جامع ژنهای هدف RA را ممکن سازد1).
RDH10 تنها آنزیمی است که مرحله اول سنتز RA (تبدیل رتینول به رتینال) را انجام میدهد و موشهای ناک اوت Rdh10 تا E10.5 زنده میمانند و در میدان بینایی فعالیت RA ندارند و ناهنجاری تشکیل فنجان بینایی را نشان میدهند1). این مدل نسبت به ناک اوت سهگانه Aldh1a1/Aldh1a2/Aldh1a3 از نظر آزمایشگاهی آسانتر است و مدل مفیدی برای روشنسازی مکانیسم تشکیل فنجان بینایی در آینده خواهد بود1).