广州双生子眼病研究：对近视防控的启示

来源期刊：眼科学报 | 2025年9月第40卷第9期： 675-682 发布时间：2025-09-28 收稿时间：2025/9/25 14:32:43 阅读量：71

作者：: 陈燕先,

李辉,

丁小虎,

何明光,

关键词：: 广州双生子眼病研究近视遗传易感性环境暴露; Guangzhou Twin Eye Study (GTES) myopia heritability

DOI：: 10.12419/25080902

收稿时间：: 2025-08-09
修订日期：: 2025-08-17
接收日期：: 2025-09-08

广州双生子眼病研究（The Guangzhou Twin Eye Study, GTES）是一项针对中国南方双胞胎人群的长期队列研究，通过15年纵向随访数据，系统解析了遗传与环境因素对近视的影响。研究证实，眼轴长度与视网膜周边屈光度具有高度遗传性，且教育负担的加重是近视进展的核心环境驱动因素。GTES基于1291对双生子数据建立了近视预测模型，为近视早期筛查与干预提供科学依据。此外，该研究还探讨了遗传因素和环境因素对近视发展的共同影响。本文基于GTES研究的主要结论，以期为公共卫生策略和临床实践提供更有力的科学依据，以遏制全球近视流行的趋势。

文章亮点

1. 关键发现

• 广州双生子眼病研究（The Guangzhou Twin Eye Study, GTES）通过揭示眼轴长度、视网膜周边屈光度等的高度遗传性，深化了对近视遗传机制的认知。该研究同时证实了环境因素的关键作用：教育负担的增加显著加速近视进展，即使遗传背景相同的同卵双胞胎，其生活方式差异（如长时间近距离用眼与户外活动时间减少）仍可促进近视的发展。

2. 已知与发现

• GTES采用了独特的双生子纵向研究设计，持续15年，每年收集全面的眼部生物学参数和环境暴露因素的动态数据，开发了近视发生与进展的预测模型和风险评估工具，帮助识别近视高风险儿童并实现早期干预。

3. 意义与改变

• GTES研究结果为教育改革与生活方式干预（如增加户外活动）提供了循证依据。在临床实践中，该研究构建的预测模型有助于早期近视干预，为个性化近视防控提供支持。未来将进一步研究DNA甲基化层面的遗传——环境交互机制，并持续评估获得性近视的远期发展预后。

近视已成为全球性公共卫生难题，东亚地区尤为严峻。数据显示，东亚学龄儿童近视患病率高达80%^[1-4]。近年来，欧美地区学龄儿童近视率也呈现快速上升趋势，已达到20%~40%^{[5, 6]}。随着近视发病率的增加与快速进展，高度近视的比例也显著提高。研究发现，近视度数每增加1个屈光度，青光眼、近视性黄斑病变和视网膜脱离等威胁视力的并发症风险也会随之增加^[7]。因此，近视防控不仅是当前临床实践的重点，更是未来很长一段时期内的研究热点。
近视的发生受多种因素的影响，包括遗传和环境因素。遗传因素在近视的发生中起到重要作用，研究表明，父母有近视的儿童更容易患上近视^[8-10]。与此同时，环境因素，尤其与现代生活方式相关的因素（如近距离工作活动的增加和户外活动时间的减少），也被认为是近视患病率不断攀升的重要原因^[11-13]。因此，深入理解遗传与环境因素的相互作用，对于制定有效的近视预防与控制策略至关重要。
双生子研究为近视机制研究提供了独特的群体资源。广州双生子眼病研究（The Guangzhou Twin Eye Study, GTES）自2006年启动，针对广州中山眼科中心周边社区7～15岁双胞胎开展纵向追踪^[14]，目前已纳入1291对双胞胎及亲生父母数据，并于2023年完成了为期15年的随访。研究团队每年采集睫状肌麻痹验光数据、眼轴长度、角膜曲率等关键眼部生物学参数，以及身高、体重等全身指标。GTES不仅为量化遗传与环境因素对近视表型的影响提供了宝贵的数据基础，其长期随访数据也推动了近视进展机制研究的重大突破。本文旨在总结 GTES在近视领域的主要研究成果，并探讨其对未来公共卫生策略和临床实践的启示。

1 广州双生子眼病研究的主要发现

1.1 遗传和环境因素对近视的影响

1.1.1 近视和视网膜周边屈光度的遗传性
许多遗传性系统疾病与眼部疾病同时出现，提示其可能具有相同的遗传通路。通过每年收集大量的表型，GTES发现共同的遗传因素可解释眼轴与身高调整后相关性的89%^[15]，眼轴与身高纵向变化之间的跨时间相关性也具有统计学意义^[16]，提示儿童眼轴与身高的显著关联主要由遗传因素驱动。这一结论与国际上其他双生子研究高度一致。例如，Hammond等人在英国成年双胞胎中发现屈光不正遗传性约为 84%^[17]，而Dirani等人发现澳大利亚双胞胎的眼轴长度遗传性约为90%，共同印证了遗传易感性在近视发展中的作用^[18]。
视网膜周边离焦被认为是近视发展中的重要危险因素^{[19, 20]}。基于经典双生子研究设计，我们探讨了视网膜周边屈光度的遗传性。结果显示，遗传效应在视网膜周边屈光度中起关键作用，其遗传性介于55%～84%^[21]；而我们首次揭示周边眼轴长度的遗传性高达74.5%～89.8%^[22]。这些结果表明，眼球形态发育，尤其是周边部（如周边眼轴长度和相对周边眼轴长度），主要受遗传因素而非环境因素影响。由于视网膜周边远视离焦被视为刺激眼轴增长的关键因素^[23]，视网膜周边屈光度的高遗传性提示，遗传因素可能是通过调控周边眼球光学结构易感性，参与了近视病理进程。
此外，从临床角度来看，了解视网膜周边屈光度为光学干预措施的设计提供了新的思路。既往研究表明，周边离焦眼镜能够延缓儿童近视进展^[24]。GTES关于视网膜周边屈光度遗传性的发现进一步支持了这一治疗方案的有效性，即通过人为调整视网膜周边离焦，可有效控制近视的进展^[23]。
1.1.2 父母近视对儿童的影响
据报道，父母近视与儿童近视的发病及其加速进展密切相关。然而，GTES 发现45.3%的高度近视儿童父母无近视^[25]。尽管如此，父母近视对儿童早期屈光状态的影响仍十分显著。我们12年的随访数据显示，高度近视父母的子女在7岁时往往具有更长的眼轴和近视度数更深的等效球镜度（Spherical equivalent, SE），且其等效球镜度/眼轴长度比值（Spherical equivalent/axial length, SE/AL）明显较高，表明父母近视对儿童的影响在学龄前阶段已显现，并可能加速近视进展。这些结果与既往研究一致^{[26, 27]}，例如Jones等人发现，双亲均为近视的儿童患近视的风险是无近视父母子女的6倍^[26]。值得注意的是，父母近视对儿童成年后屈光度的影响将大幅减弱^[28]。
1.1.3 教育与近视
现代教育体系以高强度、近距离用眼和有限的户外活动时间为特征，而近视发病率的增加与之密切相关。已有研究证实，教育负担的增加是加速近视发展的主要因素，而非年龄^[29]。然而，出于伦理考虑，尚未进行随机干预试验来确定终止教育能否减缓或预防近视的发生和进展。GTES队列为检验教育对儿童青春期后近视发展的影响提供了天然的研究方法。我们纳入了880对年龄在7到12岁的首胎双胞胎，分别来自普通高中（面临的学业压力较大）和职业高中（面临的高考升学压力较小）。研究结果表明，近视的发生和进展在15至18岁期间仍在继续，且普通高中教育显著增加了无近视者和近视者的近视进展速率。因此，在青春期，尤其是针对学业压力较大的普通高中青少年，预防近视的发生和进展极具挑战性。胡燕等人的研究进一步证实，接受职业教育的15岁青少年近视的发生进展较为缓慢（已被investigative ophthalmology & visual science接收）。
此外，Mountjoy等人的孟德尔随机化研究表明教育年份的增加会导致近视^[30]，也为该结论提供了证据支持。另一项由Mirshahi等人进行的研究则表明，教育每增加一年，近视程度会进一步加深，突显了教育强度对近视进展的影响^[31]。
1.1.4 环境因素对近视的影响
传统流行病学研究难以区分遗传与环境因素对近视的独立影响，而同卵双胞胎共同的遗传背景，使我们能够在控制遗传因素的前提下，探讨环境因素对近视的影响。我们采用共变分析方法，探讨了近距离用眼和户外活动时间等因素对SE的影响^[32]。混合效应模型分析显示，年龄和近距离用眼是导致SE差异的危险因素，且户外活动与年龄存在显著交互效应，即在年龄较大的儿童中，户外活动时间的变化对SE差异的影响更为显著，可能与双胞胎在较大年龄阶段的行为差异有关。
此外，我们比较了双胞胎与其父母的屈光度和眼部生物学数据，发现与父母代相比，后代近视患病率显著上升，且呈现出不断进展的趋势。在–0.5 D至–9.0 D范围内，近视患病率的增幅尤为显著（相关研究成果正在审稿）。代际比较研究显示，子女代与父母代相比，眼轴长度显著增加，而角膜直径几乎没有变化。这些发现突显了学龄儿童近视的普遍性，并打破了传统的遗传分布模式。其他研究也表明，环境因素对近视发展有显著影响。我们的前期研究报道已证实，增加户外活动时间能显著降低近视的发生率^[33]。Ip等人也发现近距离用眼更多的儿童近视风险更高，这些研究与本研究共同强调了环境因素在近视流行中的关键作用^[34]。
1.1.5 屈光不正的全基因组关联研究
近年来，我们与屈光不正与近视联盟（the Consortium for Refractive Error and Myopia, CREAM）合作，参与了多项大规模全基因组关联研究（Genome-wide Association Studies, GWAS）荟萃分析。这些研究揭示了儿童时期基因——环境相互作用的影响，以及与屈光不正相关遗传变异的年龄依赖性效应，阐明了遗传与环境因素如何随时间相互作用影响近视的发展^[35]。此外，研究还发现角膜曲率、眼轴长度和屈光不正之间存在遗传多效性^[36]。最新的CREAM多种族全基因组分析识别出了与眼轴长度相关的新位点，并揭示了其对屈光不正和近视的共同遗传影响^[37]。这些发现从全基因组层面阐明了遗传因素对近视发展的影响，显著加深了对眼轴长度差异病因的理解。

1.2 近视预测模型和风险因素识别

1.2.1 全基因组显著单核苷酸多态性在近视预测中的作用
尽管GWAS发现了越来越多与屈光不正和近视相关的单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphisms, SNPs），但它们对近视发展的预测价值似乎有限。GTES数据显示全基因组显著SNPs对18岁青少年的近视进展和高度近视预测的贡献甚微^[38]，其价值远低于年龄特异性SE的测量，最准确预测仅通过年龄及其相关的SE即可实现。此外，我们发现预测18岁前发展为高度近视的最佳时机是在早期青春期（12至13岁）。这些发现对于高度近视风险儿童的临床筛查与监测具有实际意义，与Verhoeven等人发现遗传风险评分对个体近视风险的预测价值有限的结论一致^[39]。
1.2.2 近视预测模型的开发与验证
儿童青少年近视发病后的屈光度可快速进展，因此评估其成年后发生高度近视的风险对近视防控至关重要。基于广州儿童屈光不正（the Guangzhou Refractive Error Study in Children, RESC）研究的横断面数据，我们构建了儿童青少年的屈光度百分位曲线图，并利用GTES研究的纵向数据验证了其在评估近视严重程度及预测高度近视风险方面的准确性^[40]。研究发现，这些曲线具有良好的敏感性和特异性，可作为评估不同年龄段屈光状态，以及识别未来可能发展为高度近视的高风险儿童的有力工具。
针对尚未发生近视的儿童，我们开发了预测模型及风险评分系统，以评估其未来一年的近视发生风险^[41]。模型纳入的关键参数包括睫状肌麻痹验光数据、眼轴长度、角膜曲率半径及父母近视情况。研究表明，无论采用睫状肌麻痹验光结果还是眼部生物测量数据，该模型均能有效预测1年内的近视发生风险，并有助于识别近视前期状态。
其他研究亦支持GTES研究中采用的多因素综合近视风险评估策略。例如，Zadnik等人的研究表明，基线屈光状态及父母近视情况可用于预测儿童未来的近视进展^[10]；Sankaridurg等人则强调，纳入眼部生物测量指标对于提高近视预测准确性至关重要^[42]。

1.3 其他纵向研究

屈光状态及眼部生物测量参数随年龄增长的变化规律，对近视早期防控具有重要临床价值。因此，动态监测眼轴长度，角膜曲率及SE等关键参数的变化，可显著提升近视进展预测的准确性，并为制定个体化干预策略提供科学依据。
GTES研究的早期结果表明，近视发生前后的眼轴长度及SE的变化趋势存在明显差异：近视发生前，眼轴长度和SE的进展速度显著更快，该现象与学龄期学习强度增加和户外活动时间不足相关；然而，在近视形成后，采用人为光学离焦干预（如佩戴周边离焦镜等）可在一定程度上减缓近视进展速率^[43]。此外，前房深度与角膜曲率半径等参数对近视进展也具有一定的预测价值，进一步强调了眼部生物测量在预测屈光不正中的重要性，并有助于我们理解遗传与环境因素在眼部生物学参数中的交互作用^[44]。
基于聚类分析及主成分分析的结果显示，基线近视度数较高、父母近视史以及较长时间的近距离用眼，均与更快的近视进展相关；而增加户外活动时间则显著降低了近视进展的风险^[45]。此外，我们研究进一步证实，近视发生年龄与成年后高度近视的风险密切相关。具体来说，7~8岁就发生近视的儿童成年后发展为高度近视的概率较高^[46]。这一结论与美国种族和屈光不正纵向协作评估（the Collaborative Longitudinal Evaluation of Ethnicity and Refractive Error, CLEERE）研究高度一致，后者也发现近视发生年龄越小，其进展速度越快^[47]。这些研究共同强调了早期干预在预防高度近视中的关键作用。

2 对近视防控的启示

2.1 教育改革和生活方式干预

正如前文所述，近视的高发与现代教育体系（如高强度近距离用眼和有限户外活动等）密切相关。我们的前期研究已证实，教育（尤其是学术教育）是近视流行的重要驱动因素：在近视高发国家，儿童从年龄很小时就面临着较大的升学竞争压力，同时伴随着繁重的家庭作业和广泛的课外辅导，在校学习时间既紧凑又冗长，户外活动时间明显减少。因此，优化教育体系是改变东亚地区近视高发的根本措施。
在20世纪90年代，日本开始实施“宽松教育”政策，削减了课程内容和课时。研究发现，在这一新教育体系下，旭川医科大学的医学生中近视和高度近视的持续增长趋势得到了有效遏制。在中国，教育部联合国家卫健委等八部门联合印发的《综合防控儿童青少年近视实施方案》中提出，到2023年，全国儿童青少年总体近视患病率应至少降低0.5%，在近视高发省份，目标是每年减少1%；到2030年，6岁儿童的近视率应控制在3%以内，小学生控制在38%以内，初中生控制在60%以内，高中生控制在70%以内，其中增加户外活动时间是该计划的重要组成部分。

2.2 近视防控的临床应用

近视的早期发现与监测对有效管理至关重要。我们基于人群数据构建的屈光度百分位曲线，可以作为一种简便且高效的筛查工具，既可用于评估近视儿童高度近视风险，也可结合近视前期预测模型预测非近视儿童的发病风险。通过这种方式，能帮助我们在临床实践中早期识别近视，从而实现早期干预，降低高度近视及相关并发症风险。
GTES研究亦为个性化治疗提供了循证依据：临床医生可根据儿童近视发生年龄制定分层治疗方案，包括验配角膜塑形镜或使用低浓度阿托品滴眼液等干预手段。我们的年近视进展率检测数据能够帮助医生根据近视的进展情况进行定期监测，并调整个性化治疗方案，确保每位患者都能获得最优治疗效果。

3 未来研究方向和研究空白

3.1 遗传——环境相互作用对近视的影响

在双生子研究中观察到屈光不正的高遗传性，表明近视具有显著的遗传成分^{[48, 49]}。然而，短短一代或两代人内近视患病率的急剧增加并不不完全支持遗传因素是其主要驱动因素的观点^[50]。环境因素，尤其是教育环境的差异，被认为是近视患病率快速上升的主要原因。尽管如此，环境因素是否通过遗传——环境相互作用影响近视，目前尚不清楚。如果环境因素仅增加了近视度数的平均值，而未改变其分布形式，这意味着遗传因素在屈光不正变化中仍然起着关键作用。
GTES研究通过比较双胞胎与其父母的屈光不正分布特征，以及代际间的生活方式差异，为深入探讨环境因素对近视的影响提供了有力的工具。该研究有助于更好地理解基因与环境如何相互作用，并进一步揭示当前近视流行的原因。

3.2 获得性近视中病理性近视的发病率

病理性近视是全球三大致盲眼病之一^[51-53]，但现有数据主要源自上世纪以遗传性病理性近视为主的老年群体。在当代近视流行趋势中，获得性近视（即学校性近视）占主导地位，这类患者是否会发展出与遗传性病理性近视类似的不可逆性视功能损害仍是一个未知数。随着GTES长期随访的双生子群体进入成年阶段，我们有望系统观察获得性高度近视患者眼底病变的发生发展规律，并通过与遗传性高度近视的对比研究，深入探究先天性与获得性近视致盲机制的异同。本队列研究将持续扩展数据采集维度，在关注近视进展的同时，重点监测高度近视并发症及全身疾病的发展趋势。

3.3 通过DNA甲基化研究近视发病的遗传——环境相互作用

近年来，基因组甲基化已成为近视研究的焦点，多项研究证实基因组甲基化水平与近视发生、发展存在密切关联^[54-56]。这一发现可能为揭示近视发生过程中遗传与环境因素的交互作用提供突破口。在GTES队列中，我们已筛选出5对表型差异显著的同卵双胞胎。通过对其近视发生前后的DNA样本进行最新甲基化测序分析，我们将着重探讨环境因素诱发的基因组甲基化改变对近视进展的影响机制。基于同卵双生子自然对照的基因甲基化研究，有望为阐明近视形成机制提供有力证据。

4 结论

广州双生子眼病研究（GTES）强调了遗传因素在近视发生发展中的关键作用。其经典的双生子研究设计为解析遗传与环境相互作用机制提供了独特范式。该研究揭示了眼轴长度、视网膜周边屈光度、及眼球形态具的高度遗传特性，奠定了学龄期儿童近视遗传易感性的理论基础。同时，研究发现教育模式、户外活动等可通过改变环境因素与遗传易感性协同作用，影响近视的发生与发展。因此，近视防控策略应兼顾考虑遗传易感性与可调控的环境危险因素，制定更科学、精准的干预措施，为全球近视防控的公共卫生策略和临床实践提供更有力的科学依据。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突。

开放获取声明

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发布于: 2022-12-01