表層外胚層
角膜上皮：水晶體泡分離後分化
水晶體：由表面外胚層凹陷形成
眼瞼上皮和結膜上皮：來源於表面外胚層
淚腺和瞼板腺：由結膜上皮發育而來
眼及眼附屬器胚胎學
1. 眼及眼附屬器的胚胎學是什麼
Section titled “1. 眼及眼附屬器的胚胎學是什麼”眼球在發育過程中是由腦的一部分突出形成的器官。腦的原基——原始腦泡的前方生出左右兩個突起，成為原始眼泡（初級眼泡）。神經視網膜和腦都來自神經外胚層，可以說是「腦的一部分」。
早期胚胎發育
Section titled “早期胚胎發育”眼的發育始於原腸胚形成。囊胚轉變為原腸胚，形成內胚層、中胚層和外胚層三個胚層。到發育第3週，三個胚層構成三胚層胚盤。
原腸胚形成後立即發生神經管形成。神經板向內折疊形成神經管，在胚胎第22天左右，神經褶上出現視溝。到第25天，視溝發展為視泡。
當視泡的遠端接近表層外胚層時，表層外胚層增厚形成水晶體板。視泡的前壁凹陷靠近後壁，形成雙層壁的杯狀結構，即視杯。
連接視杯和腦室的管狀部分稱為視柄。視柄最終成為視神經。
參與眼發育的四個組織系統
Section titled “參與眼發育的四個組織系統”眼球及附屬器由以下四個系統的組織構成：
神經外胚層
視網膜和視網膜色素上皮：由視杯的內層和外層分化而來
虹膜上皮和睫狀體上皮：來源於視杯前緣
視神經：由視網膜神經節細胞的軸突形成
玻璃體：體積貢獻最大
中胚層
眼外肌：由耳前肌節形成
眼眶脂肪和結締組織：來源於中胚層
脈絡膜血管網：由視杯周圍的中胚層誘導形成
睫狀肌周圍組織：中胚層的貢獻
神經嵴細胞（第四胚層）
角膜基質和內皮：由神經嵴細胞遷移形成
虹膜基質：黑色素細胞濃度決定虹膜顏色
鞏膜和小樑網：來源於神經嵴
眼眶骨：主要由神經嵴系骨化形成
神經嵴是脊椎動物神經管形成時期在表皮外胚層和神經板之間暫時形成的結構，因其重要性被稱為「第四胚層」。神經嵴細胞經過脫上皮化和上皮間質轉化，遷移到胚胎各處，在眼睛發育中扮演重要角色。
Q
眼睛發育何時開始？
A
眼睛發育始於胚胎第3週（約妊娠22天），神經板上出現眼溝。到第25天進展為眼泡，隨後形成眼杯，並分化為各種組織。眼球的基本結構在胎兒期形成，黃斑的完成持續到出生後16週。
3. 原因和風險因素
Section titled “3. 原因和風險因素”正常的眼睛發育由多個基因和分子訊號精確調控。這些過程的異常可能導致先天性眼疾。
參與眼睛發育的關鍵基因
Section titled “參與眼睛發育的關鍵基因”| 基因 | 功能及相關疾病 |
|---|---|
| PAX6 | 眼睛形成的總控基因。突變導致無虹膜症、缺損、小眼球症和彼得斯異常 |
| SHH | 將單一視野分為左右兩眼。突變導致獨眼畸形 |
| PAX2 | 對眼莖形成與胚裂閉合至關重要 |
PAX6基因是眼形成所必需的主控基因，透過果蠅發育研究發現。在人類中，它被確定為無虹膜症（aniridia）的致病基因。PAX6基因與抑癌基因WT1在染色體11p13上相鄰，兩者缺失會導致WAGR症候群（Wilms腫瘤、無虹膜、泌尿生殖器異常、智能障礙）。
視黃酸訊息傳導路徑異常
Section titled “視黃酸訊息傳導路徑異常”視黃酸（RA）是眼發育所必需的訊號分子1)。視黃醇（維生素A）由RDH10轉化為視黃醛，再由ALDH1A1、ALDH1A2、ALDH1A3轉化為RA1)。
在人類中，RA訊息傳導路徑的四個基因——RBP4、STRA6、ALDH1A3、RARB——以及受RA調控的PITX2、FOXC1的突變與無眼球症和小眼球症相關1)。
PITX2突變導致Axenfeld-Rieger症候群，FOXC1突變導致眼前段發育異常1)。
發育異常導致的先天性眼疾
Section titled “發育異常導致的先天性眼疾”缺損（葡萄膜缺損） 是由於胚裂閉合不全引起的先天異常。胚裂在胚胎第6週左右從中央開始閉合，第7週完成。如果閉合受阻，會殘留從瞳孔向下延伸的裂隙，導致虹膜缺損、脈絡膜缺損、巨大缺損等。常伴有小眼球。
Q
PAX6基因突變會導致哪些眼疾？
6. 病理生理學·詳細發病機制
Section titled “6. 病理生理學·詳細發病機制”本節按時間順序詳細闡述眼各組織的發育過程。
眼杯和水晶泡的形成（胎齡4-6週）
Section titled “眼杯和水晶泡的形成（胎齡4-6週）”在胎齡第3週初，神經板中央出現視溝。這是視覺器官發生的開始。在胎齡第3週末，眼窩兩側呈泡狀擴大，形成眼泡。
在胎齡第4週，眼泡遠側端的前壁接近表面外胚層，形成水晶體板。隨後眼泡前壁凹陷形成眼杯，水晶體板增厚凹陷，在胎齡第5週前形成水晶泡並分離進入眼杯內。
眼杯下部出現裂隙（眼杯裂），眼柄下壁也出現裂隙（眼柄裂）。兩者合稱為胚裂。從背側眼動脈分支的玻璃體動脈通過胚裂進入眼杯內。在胎齡第6週左右從中央開始閉合，到第7週閉合完成。
眼杯內層和外層的分化
Section titled “眼杯內層和外層的分化”眼杯的內層和外層最初都是假複層柱狀上皮，但隨後走向不同的命運。
內層通過活躍的細胞分裂增厚，分化為感覺視網膜（神經視網膜）。但在瞳孔緣附近區域不增厚，保持單層立方上皮，形成睫狀體和虹膜的上皮部分。
外層隨著眼杯的擴大而變薄，在胎齡第5週後期出現黑色素顆粒，分化為視網膜色素上皮。值得注意的是，視網膜色素上皮是體內唯一不來源於神經嵴細胞的色素組織。
內層反折到外層的部分向前形成正圓形孔，即未來的瞳孔。
水晶體的發生
Section titled “水晶體的發生”當水晶泡從表面外胚層分離並被眼杯前部包裹時，單層上皮細胞的基底膜成為水晶體囊。前壁的細胞保持為單層水晶體上皮，而後壁的細胞向前伸展成為初級水晶體纖維。
在胎齡6-7週，水晶泡的腔消失，形成胚胎核。赤道部的細胞分裂增殖形成胎兒核，其外側依次添加次級水晶體纖維。次級水晶體纖維在整個生命過程中持續發育。
水晶體來源於外胚層上皮，間充質組織不參與其形成。在胎兒期，營養由水晶體血管膜（來源於玻璃體動脈）供應。
神經視網膜的分化
Section titled “神經視網膜的分化”從眼杯內層形成神經視網膜、虹膜上皮和睫狀體無色素上皮；從外層形成視網膜色素上皮、睫狀體色素上皮和虹膜瞳孔肌。
神經視網膜的分化分兩個階段進行。
第一階段（垂直梯度分化）：神經母細胞層分化為內、外神經母細胞層。內神經母細胞層首先分化出神經節細胞，隨後分化出Müller細胞、雙極細胞、無長突細胞和水平細胞。外神經母細胞層分化出感光細胞。懷孕3個月出現視錐細胞，4個月出現視桿細胞。
第二階段（水平梯度分化）：分化從後極部向周邊部進行。除黃斑外，視網膜發育在懷孕9個月時基本完成。黃斑的分化始於懷孕6個月，中心凹於懷孕7個月開始形成，出生後16週組織發生仍在繼續。
玻璃體的發育
Section titled “玻璃體的發育”玻璃體經過三個階段形成。
| 階段 | 時期 | 特徵 |
|---|---|---|
| 原始玻璃體 | 懷孕6週起 | 包含玻璃體動脈。退化後Cloquet管殘留。 |
| 次級玻璃體 | 懷孕9週起 | 無細胞性網狀結構。構成成熟玻璃體的大部分。 |
| 第三級玻璃體 | 懷孕晚期 | 形成睫狀小帶（Zinn小帶）。 |
在胎兒後期，玻璃體動脈退化消失後，初級玻璃體也隨之消失。沿眼杯內板表面走行的分支作為視網膜中央動靜脈殘留。
視神經的發育
Section titled “視神經的發育”在胎齡6週時，視網膜神經節細胞出現。其軸突穿過視網膜最內層，在視乳頭處貫穿眼杯內板，伸入眼莖內。在胎齡7週時到達視交叉，經外側膝狀體延伸至枕葉。
在胎齡3個月時，眼莖周圍的神經嵴細胞形成軟膜。在胎齡5個月時出現硬膜，6個月時分化為蛛網膜。髓鞘形成始於胎齡5個月的外側膝狀體，並向視網膜方向進行。
角膜和前房角的發育
Section titled “角膜和前房角的發育”在胎齡4週時，水晶體泡分離後，表層外胚層分化為角膜上皮。在胎齡6週時，神經嵴細胞進入角膜上皮和水晶體之間，形成Bowman層和角膜內皮。隨後神經嵴細胞再次進入形成角膜基質。
在胎齡7週時，神經嵴細胞進入角膜內皮和水晶體之間，形成瞳孔膜和虹膜基質。在胎齡3-4個月時，Schlemm管形成，前房出現，小樑網也由神經嵴細胞形成。
虹膜、睫狀體、脈絡膜和鞏膜的發育
Section titled “虹膜、睫狀體、脈絡膜和鞏膜的發育”虹膜：在胎齡3個月時，眼杯前緣形成前後兩層虹膜上皮。瞳孔括約肌在胎齡4個月開始分化，8個月完成。瞳孔開大肌在胎齡6個月開始分化，出生後完成。虹膜的固有肌來源於神經外胚層。
睫狀體：在胎齡3個月時，眼杯內外板出現皺褶，形成睫狀突。睫狀體基質和睫狀肌由神經嵴細胞形成。
脈絡膜：在胎齡5週時，視網膜色素上皮出現黑色素顆粒，眼杯周圍的中胚層組織誘導形成毛細血管網。在胎齡4個月時，脈絡膜血管網形成。
鞏膜：在胎齡7週時，眼杯前緣的神經嵴細胞開始形成，向後延伸，在胎齡5個月時到達後極部。
眼瞼、淚腺、眼外肌和眼眶的發育
Section titled “眼瞼、淚腺、眼外肌和眼眶的發育”眼瞼：在胎齡6週時，眼球上下形成兩條皺褶。在胎齡3個月時暫時融合，6個月開始重新分離，7個月時分開。結膜上皮、睫毛和各種腺體（Moll腺、Zeis腺、瞼板腺）來源於表層外胚層，眼輪匝肌和瞼板來源於中胚層。
淚腺：在胎齡10週時，上穹窿顳側結膜上皮基底細胞嵌入中胚層組織中形成。反射性淚液分泌可能在出生後1-3週才開始。
眼外肌：在胚胎第4週，視杯周圍的中胚層組織密集形成原基。第8週時，4條直肌和2條斜肌分化，上眼瞼提肌從上直肌分離。
眼眶：眼眶骨主要來源於神經嵴，在胚胎第6週開始膜性骨化。蝶骨和篩骨通過軟骨內骨化發育。
視黃酸信號的作用
Section titled “視黃酸信號的作用”視黃酸（RA）在眼睛發育中控制兩個重要階段1)。
第一階段：視杯形成（相當於小鼠E8.5E10.5）
RA通過視泡的內陷（折疊）形成視杯是必需的1)。特別是腹側視泡的內陷在RA缺乏時受到抑制1)。Aldh1a2在E8.5E9.5期間在視周間質中產生RA，此階段RA合成的喪失導致視杯形成不全1)。
第二階段：眼前節形態發生（小鼠E10.5以後） RA在視網膜的背側（Aldh1a1）和腹側（Aldh1a3）產生，並擴散到視杯外部的神經嵴來源視周間質中1)。RA的喪失導致間質過度增殖，引起小眼球、角膜形成異常和眼瞼形成異常1)。
RA在視周間質中激活Pitx2，Pitx2誘導Dkk2（WNT拮抗劑），從而抑制WNT信號，限制間質過度增殖1)。
Q
視黃酸如何參與眼睛發育？
A
視黃酸（RA）是維生素A的活性代謝物，在眼睛發育中控制視杯形成和眼前節形態發生兩個階段。RA在視網膜中產生，擴散到周圍的神經嵴來源間質，通過Pitx2-Dkk2途徑抑制WNT信號。RA信號通路的基因突變會導致無眼球、小眼球等先天性眼病。
7. 最新研究與未來展望
Section titled “7. 最新研究與未來展望”RA直接靶基因的鑑定
Section titled “RA直接靶基因的鑑定”RA信號通過核RA受體（RAR）結合RA反應元件（RARE）調控轉錄1)。然而，眼睛發育中RA的直接靶基因尚未被鑑定1)。由於小鼠和人類基因組中存在數千個RARE，且RA缺失時數千個基因表達發生變化，因此直接靶標的確定並不容易1)。
表觀遺傳學方法
Section titled “表觀遺傳學方法”近年來的研究開發了通過ChIP-seq檢測H3K27ac（基因激活標記）和H3K27me3（基因抑制標記）的RA依賴性沉積，並與RNA-seq數據整合，從而縮小直接靶基因範圍的方法1)。將在軀幹組織中驗證的這種方法應用於眼睛發育，有望全面鑑定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（視黃醇→視黃醛轉換）的唯一酶，Rdh10基因敲除小鼠可存活至E10.5，視野中無RA活性，並表現出眼杯形成不全1)。與Aldh1a1/Aldh1a2/Aldh1a3三重敲除相比，實驗操作更容易，將成為未來闡明眼杯形成機制的有用模型1)。
8. 參考文獻
Section titled “8. 參考文獻”- 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.