提到指紋，你會想到什麼？是刑偵電影裡的取指紋鏡頭，還是小時候媽媽掰着你的手指頭數“鬥”和“簸箕”？關于指紋，有着許多奧秘。但一直以來，人們對指紋形成的生物學機制知之甚少。
為解開這一謎團，中科院上海營養與健康研究所汪思佳研究員團隊，愛丁堡大學丹尼斯·赫頓教授團隊，中科院院士、複旦大學金力教授團隊，聯合國内外十餘家科研機構對此展開了深入研究。他們在分析人類近百萬遺傳位點和指紋花紋之間的關系後，發現肢體發育相關基因在指紋花紋形成中發揮了關鍵作用，有望為通過膚紋表型實作特定疾病的早期識别與篩查提供新思路。
中原標準時間2022年1月7日，相關研究成果發表于國際權威學術期刊《細胞》。
【小指相對越長，掌長相對越短，雙手鬥型花紋越多】
“亞洲人的指紋花紋，鬥型多，箕型少。除了這兩種比較常見，還有弓型。”汪思佳說，指紋花紋形成于胚胎發育早期，且類型終生不變。
鬥型(左）和箕型。黃海華攝
研究人員面向23,000多例個體進行了迄今最大規模的指紋花紋全基因組關聯分析，從中識别出43個與人類指紋花紋相關的遺傳基因座。
令人驚訝的是，盡管指紋在皮膚上，但這些基因大量出現在肢體發育功能相關通路，而非皮膚發育相關通路。
基于小鼠動物模型和人胚胎組織的實驗觀察，團隊發現，支援EVI1基因發揮塑造四肢和手指作用的，正是表達于肢體發育期的間充質細胞，而非皮膚發育期的上皮細胞。這進一步印合，指紋相關基因通過調控肢體發育來影響指紋花紋的形成。
該研究亦發現指紋花紋與手指長度比例間緊密相關性，如小指相對越長，掌長相對越短，雙手鬥型花紋越多；而食指遠端指節（指紋形成處）相對越長，鬥形花紋則越少。
【膚紋表型可輔助篩查唐氏綜合征】
此前，科學界已經發現不同的皮紋表型與許多先天遺傳性疾病之間的關聯。比如，唐氏綜合征患者可能會有斷掌、足拇趾弓狀球紋等特征；再如，20世紀60年代，曾有研究發現白血病患者的鬥型指紋花紋比較多。盡管這并不是一個預測模型，但沒有人知道背後的原因。
本次研究為指紋花紋與疾病健康之間的關聯提供了重要理論基礎，使“看手相識疾病”在未來成為可能。
汪思佳（左三）和論文第一作者李金喜（左二）等研究人員在讨論。戚心茹攝
“我們此前已經獲得了‘唐氏綜合征膚紋輔助篩查’的發明專利，這也是首個基于膚紋表型的唐氏綜合征輔助篩查體系。” 汪思佳介紹，團隊正和複旦大學附屬兒科醫院等醫療機構合作，希望将相關研究成果盡早運用在新生兒先天性疾病的早期篩查中，實作早診斷、早治療。
論文第一作者、複旦大學生命科學學院教授張海國介紹，過去一直用油墨收集指紋，研究團隊自主研發了電子指紋收集儀。
【“導航圖”帶來了海量的“問号”】
“這是人類表型組研究的一個經典案例，意義重大。”論文共同通訊作者、人類表型組大科學計劃首席科學家金力認為，本項成果不僅首次發現了指紋花紋和肢體表型之間存在強關聯，弄清楚了指紋背後的基因，與此同時表明“人類表型組學”的研究思路行之有效，是一種研究政策的突破，是一種研究範式的确立。
如果說基因是一種内在的密碼，由基因和環境互相作用的表型就是密碼的外在表達。所謂人類表型組，就是人體所有生物特征的集合。
“為什麼每個人的指紋不一樣，為什麼考拉熊有着與人極為類似的指紋……這些有意思的問題都有待于我們一一去探尋。”論文第一作者、複旦大學人類表型組研究院博士後李金喜說。
複旦大學正和國内外機構大力推動人類表型組大科學計劃，将對相當規模的志願者群體采集表型資料，進而發現并解析表型之間的強關聯，尤其是那些科學家還沒有注意到的、與人類健康息息相關的表型間的強關聯，最終形成一張由各種強關聯組成的“導航圖”，為未來的生命健康研究提供新的指引和方向。
目前，基于複旦大學在上海開展的800餘人、每人測量近3萬個表型的隊列研究，來自不同機構的中國科學家團隊已經初步繪制了全球首張“人類表型組導航圖”，發現了150餘萬個強關聯，其中跨領域強關聯占39%，大部分是科學界首次發現。
“上海要成為具有全球影響力的創新策源地，不僅要解決科學問題，首先要提出新的科學問題。這張‘導航圖’帶來了海量的‘問号’，正等待着科學家去研究和破解，這也是我們下一步的重要工作之一。”金力說。