ГЛАВА

₅

РАЗВИТИЕ ГЛАЗНОГО ЯБЛОКА, ЕГО ПРИДАТОЧНОГО АППАРАТА И ГЛАЗНИЦЫ

5.1. РАЗВИТИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ И ГЛАЗНОГО БОКАЛА

Среди заболеваний органа зрения особое место занимает врожденная и наследственная патология. Проявляется она возникновением по­роков, по-разному влияющих на функцию орга­на зрения. Для правильного понимания причин возникновения пороков развития и особеннос­тей их проявления необходимы знания об осо­бенностях эмбрионального развития органов и тканей организма человека, в частности глаза.

Многими как отечественными, так и зару­бежными исследователями [1, 2, 29, 42] бы­ло установлено, что наиболее важным этапом развития является эмбриональный морфогенез, включающий эмбриональный гистогенез и орга­ногенез. Сущность эмбрионального гистогенеза сводится к возникновению в процессе развития специализированных тканей из малодифферен-цированных клеток. В результате органогенеза развиваются органы и системы органов. Этот процесс происходит на всех уровнях — клеточ­ном, тканевом, межтканевом, органном и меж­органном. Нарушение любого из этих механиз­мов влечет за собой отклонение от нормального развития.

На протяжении всего эмбрионального раз­вития организма одновременно происходит ряд последовательно развивающихся процессов про­лиферации клеток, их перемещение в простран­стве, дифференциация и гибель. Перечисленные процессы управляются многочисленными меха­низмами индукции и супрессии, действующими на клеточном и молекулярном уровнях.

Благодаря процессам индукции на ранних этапах развития глаза образуются группы заро­дышевых тканей, из которых в последующем формируются различные части глаза [20, 42, 44, 50, 52, 73, 82, 170, 236, 261]. Индукция представляет собой цепь процессов, в резуль­тате которых в ответ на сигнал, исходящий из соседних клеток, происходит специфическая дифференциация эмбриональных клеток. Са­мые первые признаки индукции обнаруживают­ся уже на самых ранних этапах эмбриогенеза,

а именно на этапе гаструляции. На этом этапе эктодерма охватывает дорсальную поверхность эмбриона в виде одного слоя и в последую­щем расщепляется на два слоя. Из наружного слоя клеток образуются эпителиальные про­изводные, а из внутреннего — нервная плас­тинка. Нервная пластинка является предвест­ником центральной нервной системы, включая область, расположенную в передней ее части, из которой и образуется зачаток глаза.

После появления нервной пластинки насту­пает нейруляция, процесс, при котором нерв­ная пластинка «сворачивается» в трубку по срединной линии эмбриона [209]. При нейруля-ции происходят существенные изменения кле­ток в различных участках нервной пластинки под воздействием индукционных стимулов со­седних тканей. При этом происходит перемеще­ние тканей нервной трубки, которые диффе­ренцируются в различных направлениях. При­мером таких изменений является образование зрительного пузырька и в последующем зри­тельного бокала.

Образование глазного бокала имеет боль­шое значение в дальнейшем развитии глаза, на чем мы остановимся несколько ниже. Основ­ным в этом процессе является дифференциация различных структур глаза с появлением в них различных функций. Это образование оболочек глаза, зрительного нерва и др. Все эти про­цессы также происходят благодаря процессам индукции.

Классическим примером индуктивного зна­чения глазного бокала является развитие хрус­талика [20, 42, 44, 50, 51, 52, 73, 99, 170, 236]. Хрусталик развивается из участка эктодермы, который входит в контакт с глазным бокалом в течение нейруляции. Контакт между этой экто­дермой и глазным бокалом приводит к уплотне­нию части эктодермы с последующей диффе­ренциацией в хрусталик.

Таким образом, индуктивные взаимодейст­вия преставляют собой процесс, при котором после дифференциации одного участка эмбрио­нальной ткани именно он и стимулирует диф­ференциацию рядом расположенных участков.

Возникает вопрос: благодаря каким механиз­мам осуществляется эмбриональная индукция?

562

Глава 5. Развитие глазного яблока

Природа индуктивного сигнала изучалась на протяжении многих десятилетий. Лишь недав­но была установлена их химическая природа. Выявлена целая группа веществ, индуцирую­щих развитие эмбриональных тканей. Относят­ся они к полипептидам и называются полипеп­тидными факторами роста. Установлено, что эти вещества принимают участие во многих функциях тканей, включая процессы проли­ферации клеток, а также их дифференциации [146]. Было выделено много классов полипепти­дов, отличающихся молекулярной массой и по­следовательностью аминокислотного состава. Первоначально способность к эмбриональной индукции одного из веществ этой группы, а именно «активина», была установлена in vitro [255]. В настоящее время известно, что молеку­лы, схожие с «активином», присутствуют на ранних стадиях эмбриогенеза при индукции развития многих тканей эмбриона, в частности нервной ткани и хрусталика. К таковым можно отнести так называемый цилиарный нейротро-фический фактор [212].

Таким образом, полипептидные факторы рос­та являются сигналами стимулирования раз­вития, лежащими в основе эмбриональной ин­дукции. При этом возникает вопрос: каким об­разом эктодерма отвечает на сигналы индукции, формируя при этом различные части глаза? Основной догмой эмбриологии является пред­положение о том, что возможность образова­ния новой дифференцированной ткани возни­кает в результате экспрессии специфического гена. Именно экспрессия тканеспецифичных ге­нов приводит к формированию дифференциро­ванной клетки, в частности тканей глаза. На­пример, экспрессия генов родопсина приводит к развитию специализированных клеток зри­тельного рецептора [56], также как экспрессия генов кристаллина приводит к дифференциации клеток хрусталика.

По данным Bortoluzzi, d'Alessi, Danieli [26], анализировавшим сведения, приведенные в Internet, в развитии только сетчатой оболочки глаза участвует порядка 3152 генов.

Регуляторные гены выявлены у многих жи­вотных [8]. Белковые производные этих генов являются факторами транскрипции, управляю­щими инициированием синтеза РНК и в после­дующем специфических белков [227].

Развитие глаза на различных этапах разви­тия эмбриона можно представить как процесс взаимодействия генов, при котором происходит последовательная экспрессия различных регу-ляторных генов [129, 244]. Эта последователь­ность событий приводит к образованию зачат­ков тканей глаза с их собственным специфичес­ким образцом экспрессии генов. Следующий этап развития глаза сводится к дифференциа­ции этих зачатков с образованием специфи­ческих тканей благодаря процессам морфогене­за и дифференциации различных типов клеток.

Одним из таких генов является семейство Pax генов, играющих роль не только в развитии глаза, но и других тканей и органов. У мно­гих животных экпрессия Рах2 гена выявлена в центральной нервной системе, глазном яблоке, ухе, мезенхиме [66]. Мутации этих генов при­водят к возникновению множественных анома­лий, включая поражение глаза (синдром Ваар-денбурга (Waardenburg), аниридия, колобома).

В развивающемся глазном яблоке экспрес­сия гена Рах2 первоначально определяется в дистальных областях зрительного пузырька, за­тем в вентральных частях зрительной чаши и зрительного стебелька. Позже эспрессия гена выявляется в диске зрительного нерва и вдоль него [42, 66]. Экспрессия гена выявляется и при дифференциации сетчатой оболочки.

В процессах эмбрионального развития боль­шую роль играют не только явления индукции, но и ряд других процессов. В первую очередь необходимо упомянуть о роли адгезивных моле­кул, которые впервые были обнаружены имен­но при изучении развития сетчатки [42, 116, 203, 204]. Установлено, что адгезивные моле­кулы появляются в местах активного взаимо­действия между рядом расположенными клет­ками, в результате чего формируются межкле­точные контакты и, в частности, синаптические образования.

В настоящее время выявлено относительно небольшое количество адгезивных молекул. Мы кратко остановимся на некоторых из них.

1. Невральная адгезивная молекула клетки (NCAM) состоит из полипептидной цепи, зако­ дированной отдельным геном.

2. Кадгерин 3. Три основных типа кадгерина выявлены в зависимости от места их обнару­ жения. Это кадгерин N (нервная ткань), кадге­ рин Е (эпителиальная ткань), кадгерин Р (пла­ цента). Характерной особенностью кадгеринов является их взаимодействие со специализи­ рованными мембранными структурами клеток, межклеточными контактами, связанными с ци- тоскелетом [203, 268].

3. Аксон-связанные адгезивные молекулы. Несколько отличающихся типов этих адгезив­ ных молекул было выделено у разных живот­ ных [203, 204]. Наиболее полная информация существует относительно одного из них, а имен­ но L1 [243, 246]. Предполагают, что эти адге­ зивные молекулы участвуют в ориентации рас­ тущих аксонов ганглиозных клеток [40, 159, 187, 190]. Необходимо отметить, что некоторые из адгезивных молекул относятся к иммуногло­ булинам.

4. Рецепторы типа интегринов. Эти адгезив­ ные молекулы представляют собой мембранные белки [108] и являются гетеродимерами, со­ стоящими из множества форм а- и (3-полипеп- тидов. Эти адгезивные молекулы способствуют взаимодействию генов, участвующих в росте аксонов ганглиозных клеток сетчатки [42, 195].

Разбитие нервной системы и глазного бокала

563

Завершая описание роли адгезивных моле­кул в развитии глаза, лишь укажем, что более подробные сведения об их значении мы при­ведем в разделах, посвященных развитию от­дельных структур глаза.

Немаловажное значение в развитии глаза имеют и процессы ингибирования роста. Наи­более полно эти процессы изучены на моде­ли развития сетчатки и формирования аксонов ганглиозных клеток сетчатки. При этом основ­ное внимание при изучении процессов инги­бирования было обращено на протеогликаны. Установлено, что внеклеточные матричные мо­лекулы имеют большое значение в установле­нии направления роста аксонов ганглиозных клеток в эбриогенезе, а также при регенера­ции зрительного нерва после травмы. При этом матричные молекулы обладают ингибирующим действием [118, 160, 177, 213, 260, 267, 271]. Из этих матричных молекул наибольшее значе­ние имеют высоко сульфатированные протео­гликаны. Многие структурные протеогликаны в большом количестве обнаруживаются в разви­вающейся ЦНС [100, 112, 141, 169]. Обнару­жены они и в сетчатке [42, 152, 257]. В зависи­мости от условий, сульфатированные протео­гликаны способствуют росту или ингибируют рост аксонов [143, 238]. Наиболее подробные сведения об участии протеогликанов в регуля­ции роста аксонов ганглиозных клеток с форми­рованием зрительного нерва известны относи­тельно хондроитин сульфата [33, 38, 238] и гепаран сульфата [42, 257].

Ингибирующее значение протеогликанов в развитии сетчатки было показано на основа­нии исследований, которые выявили, что наи­большее их количество обнаруживается в мес­тах прекращения роста аксонов ганглиозных клеток сетчатки. С другой стороны, ряд про­теогликанов, в частности ламинин, способст­вует в определенных условиях росту аксонов [45, 83,233, 234]. Протеогликаны могут быть и регуляторами дифференциации аксонов ганг­лиозных клеток [91, 151, 161, 180, 191, 273, 274, 258].

Развитие эмбриона тесно связано не только с размножением, дифференциацией, перемеще­нием клеток, но и с их дегенерацией и гибелью. Гибель клеток четко прослеживается при фор­мировании хрусталика, эмбриональной щели, зрительного нерва и при дифференциации каж­дого типа нейронов сетчатки [42]. Примеров биологического значения смерти клеток в эмб­риогенезе известно довольно много. Эти про­цессы происходят при дифференциации лю­бых структур организма — центральной нерв­ной системы, желудочно-кишечного тракта, ко­нечностей и т.д. [65, 77, 107, 127, 182, 208]. Проявления гибели клеток могут быть в не­скольких формах. В сетчатке основной формой гибели клеток является апоптоз, который за­вершается фагоцитозом дегенеративно изме-

ненных клеток [43, 176]. Морфологические про­явления апоптоза хорошо описаны. Основным отличием его от других типов гибели клеток является отсутствие реакции окружащих кле­ток и организма на гибель клеток. Никогда при этом не обнаруживаются клетки воспалитель­ного инфильтрата и макрофаги. Эти особеннос­ти характерны для развивающейся сетчатки и для других структур глаза [176, 289]. Явления апоптоза выявляются на всех этапах эмбрио­нального развития глазного яблока.

Признаки апоптоза обнаруживаются уже при формировании зрительного бокала, зри­тельной щели, зрительного стебелька и хруста­лика [42, 68, 77, 158, 211, 230, 231, 232]. За­программированная смерть клеток приводит к инвагинации и изменению формы зрительного зачатка [77]. Участвует этот процесс и в на­правлении роста аксонов ганглиозных клеток по направлению наружного коленчатого тела [230, 231].

Большое значение гибель клеток имеет в дифференциации сетчатки по слоям [57, 224, 229]. Потеря клеток сетчатки в процессе диф­ференциации исключительно высокая. По дан­ным разных авторов, у человека погибает 70% ганглиозных клеток сетчатки [183—185]. Необ­ходимо отметить, что эспериментально на мы­шах показано, что апоптоз нейронов сетчатки и наружного коленчатого тела стимулируется светом в ближайшие дни после рождения [207].

Апоптоз участвует и в «исправлении оши­бок» эмбрионального развития. Например, апоптоз удаляет нейроны и их аксоны при не­правильной их проекции на перекрест зритель­ного нерва [113]. Правда, необходимо отметить, что такие ошибки встречаются лишь в 1—4%. Апоптоз участвует и в регуляции распределе­ния ганглиозных клеток по площади сетчатки [21, 136, 183, 223, 224, 276, 281].

Приступая к изложению материала о за­кономерностях развития глаза, целесообразно первоначально напомнить начальные этапы раз­вития эмбриона вообще.

После оплодотворения яйцо приступает к интенсивному делению [6]. В течение первых суток оно делится на два почти одинаковых бластомера, а еще через сутки уже образуется 3—4 клетки (рис. 5.1.1).

На четвертые сутки зародыш достигает ста­дии клеточной морулы, складывающейся из 8—12 клеток.

Дальнейшее развитие зародыша происходит уже в матке. По мере быстрого размножения и дифференцировки клеток, отмечающихся в те­чение трех суток, к середине шестых суток зародыш состоит уже из более чем 100 клеток, а между клетками скапливается содержащая белок жидкость. При этом образуется полость и морула превращается в раннюю бластоцис-ту. Клетки бластоцисты становятся неоднород­ными и разделяются на поверхностные блас-

564