重视 但目前有关褪黑素在视网膜的生理作用 以及对视网膜疾病的研究尚停留在基础理论方 (3):303 N0啪k JZ et丑I J Neurochem,1992;59(4):1499 Za kka IB et a1.Pd J Pham ̄aco1 1997;49(4):201- 面,对其药理及临床应用的研究也才起步。相 信对褪黑素生理病理作用的认识不断加深,将 对衰老以及衰老引起的视网膜疾病的防治提供 丰富的内容。 参考文献 1叶百宽等解剖科学进展,2000;6(1):l 2 Pdvat K et al J Pineal Res,1999;26(4):1-93 3 Kumar V el a【Indian J Exp Biol,l996 ̄34(5):391 4 Cahil1 GM et al J Neurochem,1990;54(2):716 5 zawiIska JB el al J Neural T Gen Sect。1994 ̄97 Tc ̄ini G et al Neurosci Lett,200(3 ;286(2):119 zawilska Jg et丑I Neu lett.1994;166(2):203 Fal∞n J et al Ptlugers Arch.1996:432(3):386 Valenciano AI et al Pflug ̄rs Arch,1994;429(2): 153 DelgadoMj et al Gen Comp Endocrlr ̄l,1993;92 (2):l43 Pierce ̄皿et al J Neurol,1988;270(2):279 OIc J et al Brain R罄.1988;448(2):325 Yu Hs et ._Enr3x:rinol,198l;91(3):477 Fujieda H et al Neurasc[ence.1999;93(2):793 INhierfl MA et al Exp Brain Res.1997;l15(2):319 (2):l07 6 ThomasKB et al 511 l lMol Neumbiol,1991;1l(5): 刘蔓莉等四川医学,1999;2O(6):599 Ebert E et al Nemescl Lett,l999 ̄268(1):37 Antsha ̄ian EB et al_Eksp K1in Farmako1.1999 ̄62 7 imu Y eI .Aim Pharm Fr.1996;54(6):24l 8 I㈣e PM et al Bio[Signals,1997;6(46):217 9 FuZ et al J Pineal Res,1999;27(1):34 10 Alonso G( AL et a1.J Neurcehem.1995;65(3): (2):58 ( iB et ai Lire Sol,1997;60(2L):1885 :2 ”搀 舯 丝∞ ;写 船 ∞ 1054 Nc ̄ak JZ et a1.Neurosd Lett.1993;162(12):21 站 竹 Faillace MP et al Brain R罄.1996;711(12):ll2 DunXianTan ec ai End J,l993:l:57 11 Gauer F et al Brain Res.1996;737(12):99 12 Wiedmlann AF et al[nve ̄t ophthakmoi Vis Sc . MarehMava PL et a1.J Pineea Res,1999;26(3):184 Siu AW et al J Pineal Res。1998;24(4):239 1985:26(3)_253 13 Voisin P et al Acta Neurobiol Exp Warsz.1994;54 Cazevieitte C et al Brain Res,1997;755(1):91 OsborneNN et丑I InvestOphthalmol Vis Sci.1998: (Supp1):41 l4 Schorderet M et al Ceil[Viol Neurobio1.1990:l0 39(12):2374 视网膜感光细胞早期发育的形态学研究现状 首都医科大学附属北京同仁医院 段欣荣综述李椎林王景昭审校 摘要:许多眼底病都伴有感光细胞结构的改变,特别是一些变性疾病 对感光细胞早期发育过程 和超微结构的研究为探讨视网膜的部分异常提供了参考依据。近年来免疫组化技术、分子生物学技术 与超微结构研究的结合,对感光细胞的发育提出了一些新观点,但也有一些问题尚存在争议。本文按照 解剖层次,将感光细胞的早期发育过程和结构变化作一综述。 视网膜感光细胞包括视杆细胞和视锥细 胞,是组成视觉通路的第一级神经元,在视觉形 成中具有重要作用。按照解剖结构,感光细胞 国外医学眼科学分册2002年分为轴突、细胞体和内、外节段。在胚胎期和出 生后不久,感光细胞的各部分结构都经历发生、 发育和成熟的过程。虽然不同种属动物感光细 第26卷,第2期:91~95 维普资讯 http://www.cqvip.com
胞发育进程不尽相同,但是各结构的形成及其 演变过程基本相似 一、视锥、视杆细胞轴突的发育 Hollenberg等_l J发现,在人类胚胎发育中 期,外丛状层内视锥细胞胞浆内可见短的突触 小带(synapfic ribbon)和包绕小带周围的直径 约450-570埃的突触小泡。在小带发育处,突 触前、后膜及其邻近的细胞浆均深染,胞浆内富 含多核糖体、微管和滑面内质网。  ̄hmitt等l 2发现在斑马鱼胚胎视网膜发育 2l之初,光镜下外丛状层是一个不规则、不连续、无 细胞核的区域,电镜下可见外丛状层内许多淡染 的神经突起,且在一些大的、扩张的突起内可见 到中心粒(m ̄triole)和双心体(diplmonxe,大多数 神经突起是水平细胞的树突,有糖原颗粒是其特 点);在胚胎发育中期,外丛状层变得连续,其内 的神经突起继续增多,中心粒和双心体更为多 见。在此期可见到感光细胞突触终端,由于富含 核糖体和多核糖体,突触终端有细胞质深染的特 征 在发育较好的区域,一些突触终端内出现突 触小带。但此时视锥视杆细胞的突触终端不易 分辨;在胚胎发育后期,感光细胞突触终端内突 触小带的结构更为清晰。随着突触后突起数目 的增多及其与感光细胞突触终端的互相嵌人,偶 见小带与一个或多个突触后突起相对 少数突 触表现出功能状态,即小带被突触小泡包绕,突 触后树突被电子致密物质包被。 Bumsted等 3对猴胚胎视锥细胞视蛋白 (opsin)表达的研究发现,对短波长光敏感的视 锥细胞(s视锥细胞)有终树突(*elodendria)的 结构,终树突自突触足的基底部或侧方发出,多 源于视锥细胞的一侧。位于最接近视网膜周边 部的每一个s视锥细胞的突触足(synaptic pedide)发出数量不一的细长的突起,这些突起 大部分走行于外丛状层内,少数虽向外核层或 内核层伸展,但长度仅达最邻近的视锥细胞 而位于最接近视网膜周边部的对长、中波长光 敏感的视锥细胞(L/M视锥细胞)的突触足虽 也发出很细的突起,但更短。由于终树突仅在 发育过程中暂时存在,并且只出现在位于最接 一92一 近视网膜周边部的s视锥细胞和突触正在形成 区域,Bumswd等认为终树突结构可能与s视 锥细胞的突触形成有关。 二、视锥、视杆细胞核层的发育 Hollenberg等 1发现在人胚胎发育中期视 锥细胞呈柱状,胞浆中有( gi复合体、多形线 粒体、多核糖体、粗面内质网和微管。细胞核中 有均匀分散的、颗粒状的染色质和明显的核仁. 视杆细胞核染色较深,周边染色质较密集。 Schmitt等 发现斑马鱼胚胎发育早期,外 核层内可见较大的、椭圆形的胞核,似为视锥细 胞核。在外丛状层附近,视锥细胞核之间散布着 一些较小的、圆形的核,似为视杆细胞核。此时, 视锥视杆细胞核尚无形态学差异。在胚胎发育 中期,视杆细胞核较视锥细胞核深染,并呈异染 色质特点,它们在外核层中的位置较视锥细胞核 更靠近外丛状层。在胚胎发育后期,视锥视杆细 胞核在形态学和区域分布上的差异越发显著。 Usukura等【4,5 J和Hendrickson等 也认为核淡染 的、较大的、靠近外界膜的多为视锥细胞的细胞 体;核深染的、较小的、位于视网膜较深部位(接 近外丛状层)的多为视杆细胞的细胞体。 三、视锥、视杆细胞内外节段的发育 视锥、视杆细胞内节段和胞体之问有一层外 界膜结构。。lⅫr 和Galha ̄"等l8一发现感光细胞 内节段排列随意,表面光滑,富含细胞器,包括中 心粒、多核糖体和微管。其中,线粒体聚集的部位 将发育为椭圆体部(em ̄d),而内节段近端含核 糖体和内质网的部位将发育为肌样体部(rr d)。 每个内节段均有一根纤毛,在纤毛顶端长出外节 段,偶见内外节段交界处有萼状突起( l pro— tess)。OIs 认为椭圆体部和肌样体部在内节段 形成早期出现,可能是感光细胞成熟变长之前的 —种过渡形态。许多研究2,9-111描述了内节段. 纤毛.外节段的发育过程。 (一)感光细胞内节段的发育 内节段的雏形是一层靠近色素上皮层的淡 染的无定形结构l2J,含有较多大小不一的线粒 体、粗面内质网及游离核糖体。在分化较早的 部位,内节段和色素上皮细胞之间可见较大间 维普资讯 http://www.cqvip.com
隙;在分化较晚的部位(内节段形成伊始),色素 上皮细胞直接与外界膜接触。随着内节段不断 形成,在一些部位可辨别出椭圆体和肌样体结 构 椭圆体部尖端内(内节段外倒部分)富含密 集的、大的线粒体,肌样体部接近细胞核的部位 可见发育良好的(;olgi体、滑面及粗面内质网。 Narayanan等9l对人胚胎l0~25周和生 后5个月的感光细胞内节段发育过程的研究发 现感光细胞内节段呈一种镶嵌状的排列方式 早在孕l4~l5周,可见成神经细胞层的最外侧 出现细长的视锥细胞前体,其尖端形成一个小 的隆凸,嵌入视网膜色素上皮层,此为视锥细胞 内节段的雏形 从视网膜色素上皮面观察,内 节段表面光滑,呈圆形+大小不一。至孕l8~ l9周,视锥细胞内节段清晰可见,并可分辨出 大、小两种内节段,即大的内节段(未来的蓝色 锥体)和小的内节段(未来的红绿色锥体)。与 小的视锥细胞内节段相比,大的视锥细胞内节 段数量较少,且在与外节段交界处直径较粗。 Narayanml等- 认为这一时期感光细胞内节段 呈现一种镶嵌状的排列方式:一个大的视锥细 胞内节段被6~8个小的视锥细胞内节段环绕+ 每一个视锥细胞内节段又被lO~l2个视杆细 胞内节段环绕。除视锥细胞外,在此期视杆细 胞内节段也可辨认、偶见视锥和视杆细胞内节 段外侧的纤毛。随着发育的进展,视锥、视杆细 胞内节段不断延长。视锥细胞内节段渐变为球 形,小视锥细胞内节段变得更小,并由球形向卵 圆形转化,大视锥细胞内节段变化较慢。至孕 中后期,大、小视锥细胞内节段均成卵圆形,侧 面由浆膜的突起相互连接起来,镶嵌状的分布 方式几乎与成人视网膜一样。 Raswnond等 的研究验证了视锥细胞的 镶嵌状排列方式。他们发现视红锥体细胞间距 和视蓝锥体细胞间距均恒定,且视红锥体间距 短于视蓝锥体间距,认为感受不同光谱的视锥 细胞有其特定的位置,呈镶嵌状排列。但Bum. .sted等 认为只有s视锥细胞呈规则排列。当 其数量超过总视锥细胞的5%时,它们自身形 成规则的六边形镶嵌状排列,而L/3/I视锥细胞 本身及其与s视锥细胞之间并无明显的空间构 型。视杆细胞总是填充在视锥细胞之间,不形 成的镶嵌状模式。 (二)感光细胞外节段的发育 1.视锥、视杆细胞外节段的发育过程 尽管发育早期观察不到外节段膜盘,但电 镜下可见连接纤毛从内节段的尖端伸出,朝向 色素上皮层 。纤毛一般长1/ ̄rn,宽0.4p.m。 有微管从纤毛基底部伸人轴丝(axoneme)。 Narayanan等一 发现部分视锥、视杆细胞内节 段外侧出现一根的纤毛,其远端(巩膜端) 膨大,呈芽状,提示外节段的出现。他们总结视 锥视杆细胞的发育模式为:视锥、视杆细胞的前 体延长一尖端长出一个小突起一突起最终转化 为圆形的内节段一圆形的内节段变为卵圆形一 尖端出现连接纤毛一每一根纤毛远端长出小芽 状的外节段。 Schmitt等 -发现感光细胞外节段形成处 色素上皮层变宽。与视锥细胞外节段不同的 是,视杆细胞外节段发育较快,同一时期的长度 较视锥细胞外节段长;外节段膜盘一般不连续; 外节段发育常常伴有色素上皮层内脂滴的出 现。Stiemke等-13 J发现外节段开始形成时,视 锥、视杆细胞外节段均呈圆锥形。随着发育的 进展,视锥细胞外节段变短,视杆细胞外节段发 育成圆柱形,尖端不再变细。Bumsted等【3发 现感受不同光谱的视锥细胞的外节段形态和大 小有所不同。S视锥细胞的未成熟的外节段相 对较粗,在与内节段交界处常常弯曲,平行于色 素上皮层;而L/M视锥细胞外节段细长,呈卵 圆形。Dom等l1 发现孕中晚期猴的短的外节 段内有不规则的盘样结构和膜泡结构,偶见膜 状小盘重叠起来,排列成层状。 2.感光细胞外节段膜盘彩成理论 关于外节段膜盘的形成目前主要有囊泡理 论(vesicle theory)和浆膜外翻(evagination theo. ry)理论 。 Obata等 发现小鼠视杆细胞连接纤毛顶 端膨胀后,膨大部分内部出现许多小泡,这些小 泡逐渐融合成大泡,大泡再进行压缩,成为膜 一93— 维普资讯 http://www.cqvip.com
盘。开始形成的膜盘沿微管排列、堆积,但不规 则,经过重排,渐渐与外节段长轴相垂直 他们 还发现纤毛细丝内的肌动蛋白细丝在轴丝 组成致密的网状结柯,随着小泡的形成和增多、 这些细丝逐渐呈现出极性:头指向轴丝,有 倒钩的尾部与外节段浆膜或小泡膜相联系。部 分小泡膜与纤毛浆膜相延续,提示胞饮现象的 发生。一些肌动蛋白细丝螺旋状盘绕在纤毛微 管上,并与轴丝的细丝相连。这些发现提 示肌动一肌球蛋白系统可能在外节膜盘的形成 和组装过程中提供动力,纤毛微管也可能在膜 盘的排列过程中发挥重要作用。但是也有证据 不支持这一机制¨1 。 目前被广为接受的是浆膜外翻理 论-15,18,19:,即外节段膜盘是由外节段起始部 (即连接纤毛顶端膨大部)的浆膜外翻所致。首 先,纤毛尖端紧贴微管终止处呈气球样膨胀,然 后,浆膜带着部分胞浆外翻,相邻外翻的相对的 浆膜成为膜盘的表面,再由浆膜的褶形成盘缘。 膜盘从外节段基底部向尖端形成。发育好的外 节段膜盘与外节段的长轴垂直,位于纤毛支柱 的同侧,气球形的外节段作为支柱,顶端与色素 上皮层接触。视杆细胞外节段盘缘发育较好、 视锥细胞外节段盘缘发育不全,膜盘有“开口” 与细胞外相通。 3.视锥细胞和视杆细胞的发育学特征 两种感光细胞发生、分化进程和分布均有 所不同。氚标记胸苷技术发现视锥细胞比视杆 细胞发生早[20j,而免疫组织化学研究表明,视 杆细胞表达视蛋白较视锥细胞早,且向周边进 展快,提示视杆细胞虽较视锥细胞形成晚,但其 分化成熟较早[3,14,21 J。Narayanan等 发现在 人胚胎24~25周时,视杆细胞外节段较视锥细 胞外节段发育显著,视杆细胞的纤毛和外节段 数量明显多于视锥细胞,提示视杆细胞在形态 上较视锥细胞成熟早。Raymond等¨2 发现胚 胎发育早期,视杆细胞排列较规则,以后反而排 列不规则,提示早期视杆细胞的规则排列可能 对视锥细胞镶嵌状结构的形成有一定作用。 Usukura等¨.5 J通过转基因小鼠模型发现,发育 一94一 中的视杆细胞被破坏后,视锥细胞外节段不能 正常发育,表明晚期视锥细胞的发育需要成熟 视杆细胞的存在。另外,Okada等 发现视锥 细胞形成突触较形成外节段早,视杆细胞则相 反,提示两类感光细胞各有其独特的发育顺序。 虽然视锥视杆细胞均开始发生于黄斑中心凹或 其附近,但分布是有区别的【3,14,23]。视杆细胞 较视锥细胞向周边发展快,S视锥细胞又较 1/h 视锥细胞向周边发展快。视锥细胞在黄斑 中心凹处密度最高,视杆细胞在视杆细胞环 (rod ri职)处密度最高 四、不同部位感光细胞发育特点 (一)区域性特点 Narayanan等 J发现感光细胞发育从后极 部开始,渐向周边部发展。周边部感光细胞发 育较后极部晚10周左右。人胚胎24~25周 时,周边部感光细胞前体还未长出外节段,内节 段和纤毛仅相当于后极部视网膜在15~16周 时的情况。生后5个月,后极部视网膜的感光 细胞发育完全,与成人相似,视锥细胞的胞体紧 贴外界膜 但锯齿缘的感光细胞仅与24~25 周胚胎的后极部视网膜相同:视锥细胞表现为 球形内节段、短纤毛和其顶端芽状外节段;视杆 细胞则表现为较长内节段和较短的外节段。 Sehmitt等 2发现,斑马鱼胚胎发育后期颞 侧视网膜感光细胞(主要指视锥细胞)呈层状排 列。具体表现为感光细胞外节段排列为三层: 最接近外核层的一层外节段最长,为3,5/ma; 中间层外节段长2.6/ma;最近巩膜的一层外节 段最短,平均长度约为2/ma。另外,他们还观 察到由于外核层内感光细胞核数量的增多,颞 侧后极部感光细胞层呈一明显的隆起;那里的 外丛状层也相对较宽。 (二)黄斑区的发育特点 研究发现灵长类动物黄斑区感光细胞发育 有其独特性- t“~ 。 Hendrickson等 24]发现猴胚胎黄斑中心凹 的外核层中只有视锥细胞。在中心凹发育过程 中。视锥细胞数量不断增多,且不断向中心凹移 动【 。在形态上,中心凹处的视锥细胞内、外 维普资讯 http://www.cqvip.com
节段变细、变长;基底部不断增长、变细.形成一 个淡染的轴突(Henle纤维)。由于胞体的移 位,视锥细胞的突触终端在外丛状层中的位置 较其相应的胞体越来越偏离中心凹。 研究【2 j发现人的中心凹发育比猴更 晚,感光细胞外节段的发育主要是在出生后。 出生时外节段粗短.生后外节段不断变细变长。 定量测量显示孕22周已清晰可辨的中心凹在 出生后45个月尚未发育完全,主要表现为外节 段长度和视锥细胞密度仅达成人一半。 进一步研究表明:旁中心凹(中心凹旁1~ 1.5nma)的感光细胞内、外节段比中心凹的成 熟早,中周部视网膜(中心凹旁4turn)又较旁中 心凹成熟早 0 。人胚胎26周时,中心凹的视 锥细胞远端突出越过外界膜,仅显示出早期内 节段的发生;旁中心凹的感光细胞已有发育不 完全的内节段,但尚无外节段;而在中周部视网 膜,视杆细胞已出现外节段。胚胎36周时,中 心凹只有一层视锥细胞,外节段刚刚可见; 而在中心凹旁的斜坡上,已出现两排视锥细胞, 视锥、视杆细胞外节段开始出现,内、外节段轮 廓清楚,但均较短;中周部视网膜的视锥细胞也 在胚胎36周出现外节段,但在此后的胚胎发育 过程中,该处的视锥、视杆细胞的内外节段都比 旁中心凹的内外节段长,特别是视杆细胞,这种 差别持续至出生后13个月。出生时,中心凹中 央的视锥细胞只有短的不成熟的外节段,且到 出生后45个月尚未发育完全;而旁中心凹的视 锥、视杆细胞内节段和外节段更为细长(但其长 度均只有成人长度的30%~50%),旁中心凹 至出生后13个月发育成熟;中周部视网膜出生 时已基本发育成熟。感光细胞的轴突发育情况 也有所不同:中周部视网膜在胚胎22周就可观 察到视锥细胞轴突跨越外核层全层,终止于外 丛状层的突触足;而旁中心凹在胚胎36周时, 才可看到Henle纤维终止于一层明显的突触 足。Hendrickson等 还发现人类生后5~8天 的旁中心凹的外丛状层可分为3个部分:外侧 Henle纤维部、中间突触足部(小球状部 spherule)和内纤维部(inner fibrous portion)。 五、结语 综上所述,从胚胎发育至出生,视网膜感光 细胞的发育和成熟给终处于动态变化过程。在 这一关键阶段,任何外加因素都可能导致感光 细胞的结构异常,而这可能与一些先天性视网 膜病变有关。目前 对视网膜感光细胞的基本 发育过程和结构变化已有一定认识,但在有些 问题上尚未达成共识,如感光细胞的镶嵌状排 列方式、外节段膜盘的形成过程和形成机制等, 这些将是眼科学者未来的研究热点之一。 参考文献 1 ttollenberg MI et al Am J ̄rlat,1973;137:357 2 N:hmitt EA eI a1.J p NeurN,1999;41)4:515 3 BummedK et a1.JCompNeurol,1997;378:117 4 UsukL矾J eI a1.AnnNYAcad Sci,l993;707:550 5 Usakura J et a1.CelI Tissue Res,l994;275:79 6 Hendricl ̄n A et a1.Behay Brain Res.1992:49:21 7 OIsonⅧAnat Ree。1979;193:423 8 Galt ̄vy EsI et at Anat Ree,1979;195:707 9 Narayanan K e【at Alnat Rec。1998;252:133 10 Araki M et al Bial,1987;124:239 11 HauswirthⅥ et al Exp E Res,1992;54:661 12 Raymond PA et al J Cc ̄lpNeurol,1995 359:537 l3 Stiemke MM et al D BioI,1994:l62:169 14 DemEM etat.Inve ̄tOphthaLn ̄l vis Sci.1995;36 2634 15 Kmbe W e【at CdI Ti默】e Res.1998;292:67 16 obata S et a1.Cel1 T Res,l992;269:39 17 Chaitln MH.Exp Eye Res,1991;53:107 培SteinbergRH et al J Comp Neuro1.1980 ̄l90:501 19 Arlkawa K et a1.J Cell Biol,1992;116:659 20 La、 Il MM et aIl』C唧Neurol,1991;309:86 2l Stenkamp I]L e【a1.In憾t ODhth Vis Sei l996;37:363 22 Okada M et at J Comp Neuro1.1994;339:535 23 Xia0M al J Neurol,2000;425:545 24 Hendricl ̄ca A et a1.Inv吲Ophthalmo1.1976:15 746 25 Diaz AC et a1.Vis Neumsd.1992;8:505 26 YoudelisC et al Visi【m飚,1986;26:847 27 Abramov I et a1.Science.1982;217:265 28 HendricksonA Eye.1992;6:l36 29 Hendrickson A et al Ophthalmology.1984;91:603
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