我國科學家破解指紋的秘密

◎岑盼 科技日報記者 王春

膚紋表型是人體外觀表型的重要組成部分，和人體其它表型一樣，與疾病有着密切的聯系。指紋是存在于指皮膚上的凹凸紋路，因其恒定性及高遺傳性，已成為目前研究最廣泛的膚紋類型。而指紋花紋如何形成？何種基因在其中發揮了主導作用？人類對其形成的生物學機制仍知之甚少。

為解開以上謎團，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Denis Headon教授團隊和複旦大學金力院士團隊聯合國内外十餘家科研機構對此展開深入研究，從定位與指紋花紋表型相關的遺傳變異入手，面向23000多例個體進行全基因組關聯掃描與多群體荟萃分析，從中識别出43個與人類指紋花紋相關的遺傳基因座。

團隊經分析幾百萬遺傳位點和指紋花紋之間的關系後指出，人類肢體發育相關基因在指紋花紋表型的形成中發揮了關鍵作用。這一發現也有望為研究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。2022年1月7日，相關研究成果以《肢體發育基因構成人類指紋花紋差異的基礎》為題，發表于2022第一期《細胞》主刊。

複旦大學人類表型組研究院博士後、論文第一作者李金喜示範指紋采集裝置。圖檔來自複旦大學官網

“我們觀察到，43個與人類指紋花紋相關的遺傳基因顯著富集在肢體發育與形成的相關通路，而非皮膚發育相關通路。”論文通訊作者汪思佳說，這一特征的發現令團隊欣喜不已。其中，位于染色體3q26.2區域臨近EVI1基因的變異位點與中間三枚手指，即食指、中指、無名指指紋的複合表型顯著相關，進而為上世紀初就被發現的“中間三枚手指指紋高度相關”這一現象提供了表型組學和遺傳學解釋。

不止于此，基于小鼠動物模型和人胚胎組織的實驗觀察，團隊發現，人類胎兒組織從肢體發育到皮紋形成的系列過程中，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。這進一步與研究結論相印合：指紋相關基因通過調控肢體發育來影響指紋花紋的形成。

通過多表型關聯分析，該研究也發現指紋花紋與手指長度比例間的緊密相關性，兩者有相同遺傳基礎。如小指相對越長，掌長相對越短，雙手鬥型花紋越多；而食指遠端指節相對越長，鬥形花紋則越少。

“通過這項研究，我們揭示了影響指紋花紋形成的是一系列肢體發育相關的重要基因，這些基因在人體發育中往往起着重要的‘一因多效’作用。”汪思佳介紹，就像比鄰排列的“多米諾骨牌”，肢體發育基因是指紋的内在影響因素。

順着這一思路，該項研究為膚紋與人體其它表型與疾病的關聯研究提供了重要理論基礎，有望打通宏觀與微觀表型的聯系與作用機制。“目前，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。”據悉，汪思佳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。“通過後續的系列實驗，人類表型組研究也可以不斷去發現和驗證‘望聞問切’等傳統中醫理論的科學性。” 汪思佳介紹。

“本項成果是人類表型組研究的一個經典案例，很好地展現了人類表型組學作為一種新範式具有創新策源的重大科學意義”，論文共同通訊作者、中科院院士、複旦大學教授金力這樣評價道。

開展人類表型組研究一個很重要的目的，就是要發現基因-表型-環境之間以及宏觀-微觀表型之間的關聯機制，尤其是“強關聯”及其背後的機制。據悉，複旦大學正和國内外夥伴一起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盡可能多、盡可能全地采集表型資料，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，經過來自不同機構的中國科學家團隊的通力合作，基于複旦在上海開展的800餘人、每人測量近3萬個表型的隊列研究，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。“這張‘導航圖’，為我們科學界帶來了海量的‘問号’，正等待我們科學家去進一步研究、破解，這也是我們下一步的重要工作之一。”金力說道。

來源：科技日報

編輯：王宇

稽核：嶽靓

終審：劉海英