表面外胚层
角膜上皮：晶状体泡分离后分化
晶状体：由表面外胚层凹陷形成
眼睑上皮和结膜上皮：来源于表面外胚层
泪腺和睑板腺：由结膜上皮发育而来
眼及眼附属器胚胎学
1. 眼及眼附属器的胚胎学是什么
Section titled “1. 眼及眼附属器的胚胎学是什么”眼球在发育过程中是由脑的一部分突出形成的器官。脑的原基——原始脑泡的前方生出左右两个突起，成为原始眼泡（初级眼泡）。神经视网膜和脑都来自神经外胚层，可以说是“脑的一部分”。
早期胚胎发育
Section titled “早期胚胎发育”眼的发育始于原肠胚形成。囊胚转变为原肠胚，形成内胚层、中胚层和外胚层三个胚层。到发育第3周，三个胚层构成三胚层胚盘。
原肠胚形成后立即发生神经管形成。神经板向内折叠形成神经管，在胚胎第22天左右，神经褶上出现视沟。到第25天，视沟发展为视泡。
当视泡的远端接近表面外胚层时，表面外胚层增厚形成晶状体板。视泡的前壁凹陷靠近后壁，形成双层壁的杯状结构，即视杯。
连接视杯和脑室的管状部分称为视柄。视柄最终成为视神经。
参与眼发育的四个组织系统
Section titled “参与眼发育的四个组织系统”眼球及附属器由以下四个系统的组织构成：
神经外胚层
视网膜和视网膜色素上皮：由视杯的内层和外层分化而来
虹膜上皮和睫状体上皮：来源于视杯前缘
视神经：由视网膜神经节细胞的轴突形成
玻璃体：体积贡献最大
中胚层
眼外肌：由耳前肌节形成
眼眶脂肪和结缔组织：来源于中胚层
脉络膜血管网：由视杯周围的中胚层诱导形成
睫状肌周围组织：中胚层的贡献
神经嵴细胞（第四胚层）
角膜基质和内皮：由神经嵴细胞迁移形成
虹膜基质：黑色素细胞浓度决定虹膜颜色
巩膜和小梁网：来源于神经嵴
眼眶骨：主要由神经嵴系骨化形成
神经嵴是脊椎动物神经管形成时期在表皮外胚层和神经板之间暂时形成的结构，因其重要性被称为“第四胚层”。神经嵴细胞经过脱上皮化和上皮间质转化，迁移到胚胎各处，在眼发育中发挥重要作用。
Q
眼睛发育何时开始？
A
眼睛发育始于胚胎第3周（约妊娠22天），神经板上出现眼沟。到第25天进展为眼泡，随后形成眼杯，并分化为各种组织。眼球的基本结构在胎儿期形成，黄斑的完成持续到出生后16周。
3. 原因和风险因素
Section titled “3. 原因和风险因素”正常的眼睛发育由多个基因和分子信号精确调控。这些过程的异常可导致先天性眼病。
参与眼发育的关键基因
Section titled “参与眼发育的关键基因”| 基因 | 功能及相关疾病 |
|---|---|
| PAX6 | 眼形成的总控基因。突变导致无虹膜症、缺损、小眼球症和彼得斯异常 |
| SHH | 将单一视野分为左右两眼。突变导致独眼畸形 |
| PAX2 | 对视茎形成和胚裂闭合至关重要 |
PAX6基因是眼形成所必需的主控基因，通过果蝇发育研究发现。在人类中，它被确定为无虹膜症（aniridia）的致病基因。PAX6基因与抑癌基因WT1在染色体11p13上相邻，两者缺失会导致WAGR综合征（Wilms瘤、无虹膜、泌尿生殖器异常、智力发育迟缓）。
视黄酸信号通路异常
Section titled “视黄酸信号通路异常”视黄酸（RA）是眼发育所必需的信号分子1)。视黄醇（维生素A）由RDH10转化为视黄醛，再由ALDH1A1、ALDH1A2、ALDH1A3转化为RA1)。
在人类中，RA信号通路的四个基因——RBP4、STRA6、ALDH1A3、RARB——以及受RA调控的PITX2、FOXC1的突变与无眼球症和小眼球症相关1)。
PITX2突变导致Axenfeld-Rieger综合征，FOXC1突变导致眼前段发育异常1)。
发育异常导致的先天性眼病
Section titled “发育异常导致的先天性眼病”缺损（葡萄膜缺损） 是由于胚裂闭合不全引起的先天异常。胚裂在胚胎第6周左右从中央开始闭合，第7周完成。如果闭合受阻，会残留从瞳孔向下延伸的裂隙，导致虹膜缺损、脉络膜缺损、巨大缺损等。常伴有小眼球。
Q
PAX6基因突变会导致哪些眼病？
6. 病理生理学·详细发病机制
Section titled “6. 病理生理学·详细发病机制”本节按时间顺序详细阐述眼各组织的发育过程。
眼杯和水晶泡的形成（胎龄4-6周）
Section titled “眼杯和水晶泡的形成（胎龄4-6周）”在胎龄第3周初，神经板中央出现视沟。这是视觉器官发生的开始。在胎龄第3周末，眼窝两侧呈泡状扩大，形成眼泡。
在胎龄第4周，眼泡远侧端的前壁接近表面外胚层，形成晶状体板。随后眼泡前壁凹陷形成眼杯，晶状体板增厚凹陷，在胎龄第5周前形成水晶泡并分离进入眼杯内。
眼杯下部出现裂隙（眼杯裂），眼柄下壁也出现裂隙（眼柄裂）。两者合称为胚裂。从背侧眼动脉分支的玻璃体动脉通过胚裂进入眼杯内。在胎龄第6周左右从中央开始闭合，到第7周闭合完成。
眼杯内层和外层的分化
Section titled “眼杯内层和外层的分化”眼杯的内层和外层最初都是假复层柱状上皮，但随后走向不同的命运。
内层通过活跃的细胞分裂增厚，分化为感觉视网膜（神经视网膜）。但在瞳孔缘附近区域不增厚，保持单层立方上皮，形成睫状体和虹膜的上皮部分。
外层随着眼杯的扩大而变薄，在胎龄第5周后期出现黑色素颗粒，分化为视网膜色素上皮。值得注意的是，视网膜色素上皮是体内唯一不来源于神经嵴细胞的色素组织。
内层反折到外层的部分向前形成正圆形孔，即未来的瞳孔。
晶状体的发生
Section titled “晶状体的发生”当水晶泡从表面外胚层分离并被眼杯前部包裹时，单层上皮细胞的基底膜成为晶状体囊。前壁的细胞保持为单层晶状体上皮，而后壁的细胞向前伸展成为初级晶状体纤维。
在胎龄6-7周，水晶泡的腔消失，形成胚胎核。赤道部的细胞分裂增殖形成胎儿核，其外侧依次添加次级晶状体纤维。次级晶状体纤维在整个生命过程中持续发育。
晶状体来源于外胚层上皮，间充质组织不参与其形成。在胎儿期，营养由晶状体血管膜（来源于玻璃体动脉）供应。
神经视网膜的分化
Section titled “神经视网膜的分化”从眼杯内层形成神经视网膜、虹膜上皮和睫状体无色素上皮；从外层形成视网膜色素上皮、睫状体色素上皮和虹膜瞳孔肌。
神经视网膜的分化分两个阶段进行。
第一阶段（垂直梯度分化）：神经母细胞层分化为内、外神经母细胞层。内神经母细胞层首先分化出神经节细胞，随后分化出Müller细胞、双极细胞、无长突细胞和水平细胞。外神经母细胞层分化出感光细胞。妊娠3个月出现视锥细胞，4个月出现视杆细胞。
第二阶段（水平梯度分化）：分化从后极部向周边部进行。除黄斑外，视网膜发育在妊娠9个月时基本完成。黄斑的分化始于妊娠6个月，中心凹于妊娠7个月开始形成，出生后16周组织发生仍在继续。
玻璃体的发育
Section titled “玻璃体的发育”玻璃体经过三个阶段形成。
| 阶段 | 时期 | 特征 |
|---|---|---|
| 原始玻璃体 | 妊娠6周起 | 包含玻璃体动脉。退化后Cloquet管残留。 |
| 次级玻璃体 | 妊娠9周起 | 无细胞性网状结构。构成成熟玻璃体的大部分。 |
| 第三级玻璃体 | 妊娠晚期 | 形成睫状小带（Zinn小带）。 |
在胎儿晚期，玻璃体动脉退化消失后，初级玻璃体也随之消失。沿眼杯内板表面走行的分支作为视网膜中央动静脉残留。
视神经的发育
Section titled “视神经的发育”在胎龄6周时，视网膜神经节细胞出现。其轴突穿过视网膜最内层，在视乳头处贯穿眼杯内板，伸入眼茎内。在胎龄7周时到达视交叉，经外侧膝状体延伸至枕叶。
在胎龄3个月时，眼茎周围的神经嵴细胞形成软膜。在胎龄5个月时出现硬膜，6个月时分化为蛛网膜。髓鞘形成始于胎龄5个月的外侧膝状体，并向视网膜方向进行。
角膜和前房角的发育
Section titled “角膜和前房角的发育”在胎龄4周时，晶状体泡分离后，表层外胚层分化为角膜上皮。在胎龄6周时，神经嵴细胞进入角膜上皮和晶状体之间，形成Bowman层和角膜内皮。随后神经嵴细胞再次进入形成角膜基质。
在胎龄7周时，神经嵴细胞进入角膜内皮和晶状体之间，形成瞳孔膜和虹膜基质。在胎龄3-4个月时，Schlemm管形成，前房出现，小梁网也由神经嵴细胞形成。
虹膜、睫状体、脉络膜和巩膜的发育
Section titled “虹膜、睫状体、脉络膜和巩膜的发育”虹膜：在胎龄3个月时，眼杯前缘形成前后两层虹膜上皮。瞳孔括约肌在胎龄4个月开始分化，8个月完成。瞳孔开大肌在胎龄6个月开始分化，出生后完成。虹膜的固有肌来源于神经外胚层。
睫状体：在胎龄3个月时，眼杯内外板出现皱褶，形成睫状突。睫状体基质和睫状肌由神经嵴细胞形成。
脉络膜：在胎龄5周时，视网膜色素上皮出现黑色素颗粒，眼杯周围的中胚层组织诱导形成毛细血管网。在胎龄4个月时，脉络膜血管网形成。
巩膜：在胎龄7周时，眼杯前缘的神经嵴细胞开始形成，向后延伸，在胎龄5个月时到达后极部。
眼睑、泪腺、眼外肌和眼眶的发育
Section titled “眼睑、泪腺、眼外肌和眼眶的发育”眼睑：在胎龄6周时，眼球上下形成两条皱褶。在胎龄3个月时暂时融合，6个月开始重新分离，7个月时分开。结膜上皮、睫毛和各种腺体（Moll腺、Zeis腺、睑板腺）来源于表层外胚层，眼轮匝肌和睑板来源于中胚层。
泪腺：在胎龄10周时，上穹窿颞侧结膜上皮基底细胞嵌入中胚层组织中形成。反射性泪液分泌可能在出生后1-3周才开始。
眼外肌：在胚胎第4周，视杯周围的中胚层组织密集形成原基。第8周时，4条直肌和2条斜肌分化，上睑提肌从上直肌分离。
眼眶：眼眶骨主要来源于神经嵴，在胚胎第6周开始膜性骨化。蝶骨和筛骨通过软骨内骨化发育。
视黄酸信号的作用
Section titled “视黄酸信号的作用”视黄酸（RA）在眼睛发育中控制两个重要阶段1)。
第一阶段：视杯形成（相当于小鼠E8.5E10.5）
RA通过视泡的内陷（折叠）形成视杯是必需的1)。特别是腹侧视泡的内陷在RA缺乏时受到抑制1)。Aldh1a2在E8.5E9.5期间在视周间充质中产生RA，此阶段RA合成的丧失导致视杯形成不全1)。
第二阶段：眼前节形态发生（小鼠E10.5以后） RA在视网膜的背侧（Aldh1a1）和腹侧（Aldh1a3）产生，并扩散到视杯外部的神经嵴来源视周间充质中1)。RA的丧失导致间充质过度增殖，引起小眼球、角膜形成异常和眼睑形成异常1)。
RA在视周间充质中激活Pitx2，Pitx2诱导Dkk2（WNT拮抗剂），从而抑制WNT信号，限制间充质过度增殖1)。
Q
视黄酸如何参与眼睛发育？
A
视黄酸（RA）是维生素A的活性代谢物，在眼睛发育中控制视杯形成和眼前节形态发生两个阶段。RA在视网膜中产生，扩散到周围的神经嵴来源间充质，通过Pitx2-Dkk2途径抑制WNT信号。RA信号通路的基因突变会导致无眼球、小眼球等先天性眼病。
7. 最新研究与未来展望
Section titled “7. 最新研究与未来展望”RA直接靶基因的鉴定
Section titled “RA直接靶基因的鉴定”RA信号通过核RA受体（RAR）结合RA反应元件（RARE）调控转录1)。然而，眼睛发育中RA的直接靶基因尚未被鉴定1)。由于小鼠和人类基因组中存在数千个RARE，且RA缺失时数千个基因表达发生变化，因此直接靶标的确定并不容易1)。
表观遗传学方法
Section titled “表观遗传学方法”近年来的研究开发了通过ChIP-seq检测H3K27ac（基因激活标记）和H3K27me3（基因抑制标记）的RA依赖性沉积，并与RNA-seq数据整合，从而缩小直接靶基因范围的方法1)。将在躯干组织中验证的这种方法应用于眼睛发育，有望全面鉴定RA靶基因1)。
Rdh10敲除模型
Section titled “Rdh10敲除模型”RDH10是RA合成第一步（视黄醇→视黄醛转化）的唯一酶，Rdh10基因敲除小鼠可存活至E10.5，视野中无RA活性，并表现出眼杯形成不全1)。与Aldh1a1/Aldh1a2/Aldh1a3三重敲除相比，实验操作更容易，将成为未来阐明眼杯形成机制的有用模型1)。
8. 参考文献
Section titled “8. 参考文献”- Duester G. Towards a Better Vision of Retinoic Acid Signaling during Eye Development. Cells. 2022;11(3):322.
- Morax S, Hurbli T. The management of congenital malpositions of eyelids, eyes and orbits. Eye (Lond). 1988;2 ( Pt 2):207-19. PMID: 3143607.
- Paulsen FP, Berry MS. Mucins and TFF peptides of the tear film and lacrimal apparatus. Prog Histochem Cytochem. 2006;41(1):1-53. PMID: 16798129.