“科学算命”！复旦、中科院团队发现43个基因影响指纹表型，可提早识别潜在疾病风险

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导读

人类的指纹到底潜藏着哪些秘密？

2022年1月7日，中科院上海营养与健康研究所汪思佳研究员团队、爱丁堡大学Denis Headon教授团队和复旦大学金力院士团队对人类指纹花纹差异进行研究，相关成果发表于《细胞》杂志上。

汪思佳表示，“肤纹表型是人体外观表型的重要组成部分，和人体其它表型与疾病都有密切的联系。”

“这张'导航图’，为我们科学界带来了海量的'问号’，正等待我们科学家去进一步研究、破解。”论文通讯作者、复旦大学校长金力表示。

指纹是存在于指皮肤上的凹凸纹路，因其恒定性及高遗传性，已成为目前研究最广泛的肤纹类型。我们的指纹花纹如何形成？何种基因在其中发挥了主导作用？人类对指纹花纹这类表型形成的生物学机制仍知之甚少。

上世纪二、三十年代，有学者观察到不同手指上的指纹花纹具有相似性。八十年代，有研究根据这种不同手指指纹花纹的相似性进行了因子分析，从十指抽提出2个独立因子。 

直到2005年，学者A.S. Nagy将各手指上指纹花纹的相似性命名为 “花纹间影响”（pattern influence），即中间三枚手指（左右手食指、中指、无名指）之间的指纹花纹高度相关。几十年过去了，并没有人知道背后有怎样的机理。

“寻找一个基因影响单个表型是困难且低效的，这次研究最大的突破是做了表型整合，将单个手指的指纹花纹进行整合，形成了复合表型，这是跟之前研究比较大的一个不同的点，随后我们发现它们强烈指向同一个信号。”这项研究的第一作者李金喜介绍说。

为解开以上谜团，中科院、复旦大学等十余家科研机构对此展开深入研究，通过对较大样本人群的分析，分析几百万遗传位点和指纹花纹之间的关系后指出：人类肢体发育相关基因在指纹花纹表型的形成中发挥了关键作用，有望为研究通过肤纹表型实现特定疾病的早期识别与筛查提供新思路。

相关研究发表在最新一期的《细胞》杂志上。

01

析理入微，解析指纹花纹遗传学结构

指纹花纹表型与何处基因密切相关，其背后有着怎样的遗传学机制？研究者们从定位与指纹花纹表型相关的遗传变异入手，面向23,000多例个体进行全基因组关联扫描与多群体荟萃分析，从中识别出43个与人类指纹花纹相关的遗传基因座。

“我们观察到，这些基因显著富集在肢体发育与形成的相关通路，而非皮肤发育相关通路。”这一特征的发现令团队欣喜不已。其中，位于3q26.2区域临近EVI1基因的变异位点与中间三枚手指指纹的复合表型显著相关，从而为上世纪初即被发现的“指纹模块现象”（中间三枚手指指纹高度相关）提供了表型组学和遗传学解释。

小鼠实验和人胚胎组织的实验支持了这一观点。研究者表示，这进一步与研究结论相印合：指纹相关基因恰通过调控肢体发育来影响指纹花纹的形成。

通过多表型关联分析，该研究亦发现指纹花纹与手指长度比例间紧密相关性，两者共有相同遗传基础。如小指相对越长，掌长相对越短，双手斗型花纹越多；而食指远端指节（指纹形成处）相对越长，斗形花纹则越少。

02

前景广博，助力识别潜在疾病风险

“通过这项研究，我们揭示了影响指纹花纹形成的是一系列肢体发育相关的重要基因，而这些基因在人体发育中往往起着重要的'一因多效’作用。”汪思佳表示。

顺着这一思路，该项研究为肤纹与人体其它表型与疾病的关联研究提供了重要理论基础，有望打通宏观与微观表型的联系与作用机制，使“看手相识疾病”成为可能。

“例如，科学界已经发现不同的皮纹表型与许多先天遗传性疾病之间的关联，比如唐氏综合征患者可能会有断掌、足拇趾弓形球纹等特征。”研究者表示。

03

范式革新，展现人类表型组学创新策源重大意义

“本项成果是人类表型组研究的一个经典案例，很好地体现了人类表型组学作为一种新范式具有创新策源的重大科学意义”，金力评价道。

他还指出，这项研究，通过大规模采集相关数据后进行解析研究，首次发现了指纹花纹和肢体表型之间存在强关联，而强关联背后的作用机理，则在于指纹花纹的形成和肢体的发育受到同一个基因EVI1的影响，是一种典型的人类表型组学的研究范式与方法。

人类表型组计划介绍

人类表型组是基因组之后生命科学研究的又一战略制高点。人类表型组研究将为生命与健康科学持续提供创新动力，发挥“点石成金”的关键作用。瞄准生命科学发展前沿，2017年，复旦大学组建人类表型组研究院。

中国科学院院士、复旦大学校长、复旦大学上海医学院院长、国际人类表型组研究协作组共同发起人金力教授担任研究院院长。研究院牵头承担了上海市首批市级科技重大专项“国际人类表型组计划(一期)”，已在上海张江建成全球首个跨尺度、多维度人类表型组精密测量中心，包括了国际领先的分子表型蛋白质组平台和代谢组平台、人体功能表型测量平台以及组学质量控制参比实验室等，为开展人类表型组科学前沿探索和启动国际大科学计划提供了强有力的支撑。

目前，研究院正在开展多项大型人群队列研究，将对生命体全周期、全方位、全组学的人类表型进行精密测量，将精细解构基因与环境影响人类表型的内在机制和互作网络，着力绘制破解健康密码的“导航图”。