看指紋竟可識別疾病

看指紋竟可識別疾病，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。本次研究成果使“看手相識疾病”在未來成爲可能。看指紋竟可識別疾病。

看指紋竟可識別疾病1

人的指紋是爲數不多的從出生到老去都不會改變的生命特徵，也正是因爲其恆定性及高遺傳性，已成爲目前研究最廣泛的膚紋類型。人的指紋如何形成？與疾病和人的外表是否有關係？中科院上海營養與健康研究所汪思佳團隊、愛丁堡大學丹尼斯·海德恩團隊和復旦大學金力團隊聯合國內外十餘家科研機構的研究發現，人類肢體發育相關基因而不是皮膚基因在指紋花紋表型的形成中發揮了關鍵作用，這有望爲研究通過膚紋表型實現特定疾病的早期識別與篩查提供新思路。

今天(1月7日)零時，成果以《肢體發育基因構成人類指紋花紋差異的基礎》(“Limb development genes underlie variation in human fingerprint patterns”)爲題發表於2022年第一期《細胞》(Cell)主刊。

而此次成果的意義不僅在於發現了指紋基因，或者指紋與和手指長度的關係。更是開啓了一種新的研究範式。

決定指紋的基因富集於肢體發於的相關通路，而非皮膚髮育相關通路

爲什麼靈長類動物指紋與人不太一樣，而考拉和人的指紋卻很相似？上世紀60年代就有很多論文提出，白血病患者的鬥型指紋比較多，兩者之間有關嗎？爲什麼唐氏綜合徵患者的指紋與普通人相差甚遠？……

人類的指紋有三大類，弓形、鬥型和箕型，關於指紋有很多有意思的科學問題，而指紋表型與哪種基因密切相關，其背後有怎楊的遺傳學機制？

聯合研究團隊從定位與指紋花紋表型相關的遺傳變異入手，面向5個東亞人羣，3個歐洲人羣共23,000多例個體進行全基因組關聯掃描與多羣體分析，從中識別出43個與人類指紋花紋相關的遺傳基因座。

課題組發現，這些基因顯著富集在肢體發育與形成的相關通路，而非皮膚髮育相關通路。其中，位於3q26.2區域臨近EVI1基因的變異位點與中間三枚手指指紋的複合表型顯著相關，從而爲上世紀初即被發現的“指紋模塊現象”(中間三枚手指指紋高度相關)提供了表型組學和遺傳學解釋。

不止於此，基於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，支持EVI1基因發揮塑造四肢和手指作用的，正是表達於肢體發育期的間充質細胞，而非皮膚髮育期的上皮細胞。這進一步與研究結論相印合：指紋相關基因恰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，該研究亦發現指紋與手指長度比例緊密相關，兩者共有相同遺傳基礎。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(指紋形成處)相對越長，鬥形花紋則越少。

與指紋基因相關的不僅是肢體發育，還有疾病

“膚紋表型是人體外觀表型的重要組成部分，和人體其它表型與疾病都有密切的聯繫。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，而這些基因在人體發育中往往起着重要的‘一因多效’作用。”汪思佳表示，有如比鄰排列的“多米諾骨牌”，肢體發育基因是指紋的內在影響因素。

順着這一思路，該項研究爲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繫與作用機制，使“看手相識疾病”成爲可能。

“例如，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，比如唐氏綜合徵患者可能會有斷掌、足拇趾弓狀球紋等特徵。”汪思佳稱，團隊根據相關成果研發了首個基於膚紋表型的唐氏綜合徵輔助篩查體系，準確率98%。目前，這一成果已經申請了專利，正和復旦大學附屬兒科醫院等醫療機構合作，希望將相關研究成果儘早運用在新生兒先天性疾病的早期篩查中，實現早診斷、早治療。再比如，在白血病患者往往鬥型指紋更多出現，這與決定這一指紋的基因強相關，目前團隊正與醫院合作進行研究，期待儘早發現其關聯。

研究範式革新，展現人類表型組學創新策源重大意義

“這一成果是人類表型組研究的一個經典案例，很好地體現了人類表型組學作爲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、復旦大學教授金力這樣評價。他說，本次復旦和中科院團隊基於人類表型組計劃“測一切之可測”的理念，通過大規模採集相關數據後進行解析研究，首次發現了指紋花紋和肢體表型之間存在強關聯，而強關聯背後的作用機理，則在於指紋花紋的形成和肢體的發育受到同一個基因EVI1的影響。這是一種典型的人類表型組學的研究範式與方法。

人類表型組，是人體所有生物特徵的集合。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，復旦大學正和國內外夥伴一起大力推動人類表型組大科學計劃，希望解析表型之間的強關聯、尤其是那些現在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”，爲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於復旦在上海開展的800餘人、每人測量近3萬個表型的隊列研究，已經初步繪製了全球首張“人類表型組導航圖”，發現了150餘萬個強關聯，其中跨領域強關聯佔39%，大部分是科學界首次發現。“這張‘導航圖’，爲我們科學界帶來了海量的‘問號’，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。

復旦大學人類表型組研究院、生命科學學院博士後李金喜，愛丁堡大學博士James Glover，復旦大學生命科學學院教授張海國和復旦大學生命科學學院博士彭美芳爲該論文的共同第一作者，汪思佳研究員、Denis Headon教授和金力院士爲該論文的共同通訊作者。

相關工作得到中國科學院戰略性先導科技專項、上海市科技重大專項“國際人類表型組計劃(一期)”、國家重點研發項目、中國國家自然科學基金、中國博士後科學基金資助項目、國家科技基礎性工作專項、CAMS醫學科學創新基金、國家自然科學基金重大研究項目，美國國立口腔和顱面研究所、歐盟委員會、澳大利亞研究委員會、澳大利亞國家健康和醫學研究委員會、英國醫學研究委員會、威康信託基金、香港卡多裏慈善基金會、英國威康信託公司、英國心臟基金會、英國MRC和英國癌症研究中心等中外單位和項目的合同資助。

看指紋竟可識別疾病2

提到指紋，你會想到什麼？是刑偵電影裏的取指紋鏡頭，還是小時候媽媽掰着你的手指頭數“鬥”和“簸箕”？關於指紋，有着許多奧祕。但一直以來，人們對指紋形成的生物學機制知之甚少。

爲解開這一謎團，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、復旦大學金力教授團隊，聯合國內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係後，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，有望爲通過膚紋表型實現特定疾病的早期識別與篩查提供新思路。

北京時間2022年1月7日，相關研究成果發表於國際權威學術期刊《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，指紋花紋形成於胚胎髮育早期，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，從中識別出43個與人類指紋花紋相關的遺傳基因座。

令人驚訝的是，儘管指紋在皮膚上，但這些基因大量出現在肢體發育功能相關通路，而非皮膚髮育相關通路。

基於小鼠動物模型和人胚胎組織的實驗觀察，團隊發現，支持EVI1基因發揮塑造四肢和手指作用的，正是表達於肢體發育期的間充質細胞，而非皮膚髮育期的上皮細胞。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徵】

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，唐氏綜合徵患者可能會有斷掌、足拇趾弓狀球紋等特徵；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。儘管這並不是一個預測模型，但沒有人知道背後的原因。

本次研究爲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”在未來成爲可能。

汪思佳（左三）和論文第一作者李金喜（左二）等研究人員在討論。戚心茹攝

“我們此前已經獲得了‘唐氏綜合徵膚紋輔助篩查’的發明專利，這也是首個基於膚紋表型的唐氏綜合徵輔助篩查體系。” 汪思佳介紹，團隊正和復旦大學附屬兒科醫院等醫療機構合作，希望將相關研究成果儘早運用在新生兒先天性疾病的早期篩查中，實現早診斷、早治療。

論文第一作者、復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“問號”】

“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爲，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，是一種研究策略的突破，是一種研究範式的確立。

如果說基因是一種內在的密碼，由基因和環境相互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徵的集合。

“爲什麼每個人的指紋不一樣，爲什麼考拉熊有着與人極爲類似的指紋……這些有意思的問題都有待於我們一一去探尋。”論文第一作者、復旦大學人類表型組研究院博士後李金喜說。

復旦大學正和國內外機構大力推動人類表型組大科學計劃，將對相當規模的志願者羣體採集表型數據，進而發現並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”，爲未來的生命健康研究提供新的指引和方向。

目前，基於復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製了全球首張“人類表型組導航圖”，發現了150餘萬個強關聯，其中跨領域強關聯佔39%，大部分是科學界首次發現。

“上海要成爲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‘問號’，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。

看指紋竟可識別疾病3

指紋是人人都有的皮膚特徵，而它與我們的身體發育及健康狀況有什麼聯繫嗎？日前由復旦大學、中科院上海營養與健康研究所牽頭的一項研究首次揭示出這個奧祕，確認了人類指紋和肢體發育有高度的基因關聯，這項重大成果今天（1月7日）刊發在國際頂級生物學期刊《細胞》雜誌2022年第一期上。

長期以來，人們普遍認爲指紋只是一種與皮膚有關的遺傳特徵，2018年我國發起“人類表型組”國際大科學計劃，對各種人類生命特徵進行更加深入的遺傳學研究。復旦大學和中科院相關團隊聯合國內外十多家科研機構，採集到多種族羣體的指紋花紋，分析了近百萬遺傳位點，最終確認是肢體發育相關基因在指紋花紋表型的形成中發揮了主導作用。

復旦大學博士後 李金喜：最終篩選到指紋發育相關，有43個基因座，其實包含着位點也是幾千個。我們其實還是比較驚訝，一下找到這麼多，並且他們之間還是有非常強的規律性，同時指向肢體發育。

中科院上海營養與健康研究所研究員 汪思佳：比如說手指的長度，我們發現鬥型花紋越多的人，他的小指就越長，這個就非常有意思。這項研究最有突破性的就是，以前從來沒有發現過指紋花紋差異背後到底是什麼基因造成的，我們是第一次發現指紋的差異背後是肢體發育相關基因造成的。

首次破解指紋的基因密碼，不但是理論成果，也預示着人類表型組研究的長遠前景。通過人體外部特徵與遺傳基因的深入研究，在先天疾病早篩、人體病變預防、職業體質選拔等各領域具有重大價值，目前科研團隊已經與醫療機構展開合作，進一步拓展在應用領域的實踐研究。

中科院上海營養與健康研究所研究員 汪思佳：我們是拿唐氏綜合徵爲例子來看，一個小孩子生下來之後，我拿到了他的指紋特徵之後，我可以有98%的準確率可以判斷出這個小孩子到底是不是有唐氏綜合徵，如果你在0歲的時候發現的話，這個干預和兩歲時再發現的干預效果是非常不一樣的，最後可以導致的就是生活能不能自理的差異。

中科院院士 復旦大學校長 金力：人類表型組是指人體所有的生物特徵的集合，我們開展表型組研究一個很重要的目的就是要發現基因表型和環境以及宏觀和微觀表現之間的關聯機制，尤其是那些現在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，也爲我們科學界帶來了海量的問號，正等待着我們科學家去進一步研究破解。