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指紋潛藏健康密碼
作者：張雙虎 黃辛 來源： 中國科學(xué)報(bào)
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■本報(bào)記者 張雙虎 ■黃辛
“一斗窮、二斗富，三斗四斗賣豆腐……”俗語中，指紋上的“斗”（圓圈形紋路）和“簸箕”（非圓條紋）隱藏著智慧和富貴的密碼，甚至決定著一個(gè)人的窮達(dá)。
復(fù)旦大學(xué)與中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所等科研團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新研究表明，指紋雖無關(guān)“窮達(dá)”，但或許隱含著健康信號(hào)，皮膚紋路受關(guān)鍵肢體發(fā)育基因影響，與生長發(fā)育及疾病有關(guān)。1月7日，相關(guān)研究在2022年第一期《細(xì)胞》上發(fā)表，有助于更好地解密人類基因和表型特征之間的聯(lián)系。
奇妙的手指“圖案”
指紋是存在于手指皮膚上的凹凸紋路，因?yàn)樗究找姂T，其背后的基因密碼并未得到重視。
“一開始，著手開展這項(xiàng)工作純粹是出于好奇。”論文共同通訊作者、中國科學(xué)院上海營養(yǎng)與健康研究所研究員汪思佳告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“但我們后來發(fā)現(xiàn)，指紋模式與肢體生長基因有關(guān)，而肢體生長對(duì)胎兒發(fā)育至關(guān)重要�！�
隨著研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)待解的謎題越來越多：人類的指紋花紋是如何形成的？何種基因在其中發(fā)揮了主導(dǎo)作用？指紋這類表型的形成是否存在某種生物學(xué)機(jī)制？
為解開這些謎團(tuán)，汪思佳團(tuán)隊(duì)和愛丁堡大學(xué)Denis Headon教授團(tuán)隊(duì)、復(fù)旦大學(xué)金力院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)外十余家科研機(jī)構(gòu)，對(duì)此展開深入研究，通過對(duì)較大樣本人群進(jìn)行分析，精確量化了多種族群體的指紋花紋。他們分析了幾百萬遺傳位點(diǎn)和指紋花紋之間的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，人類肢體發(fā)育相關(guān)基因在指紋花紋表型的形成中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
“指紋的形狀——無論是斗還是簸箕，均受到負(fù)責(zé)肢體發(fā)育的基因的影響�！蓖羲技颜f，“這是多種表型相互關(guān)聯(lián)并受相同基因影響的典型案例�！�
指紋圖案通常被分為3種類型：弓型、環(huán)型和螺旋型。胎兒形成3個(gè)月后，這些“溝”和“脊”開始在手指和腳趾上形成�？茖W(xué)家懷疑，指紋的進(jìn)化可能有助于抓取物體和感知其紋理，但這些圖案究竟是如何形成的卻不得而知。
基因“掌控”指紋
為弄清指紋花紋表型與哪些基因相關(guān)，其背后有著怎樣的遺傳學(xué)機(jī)制，研究人員從位點(diǎn)與指紋花紋表型相關(guān)的遺傳變異入手，面向23000多例個(gè)體進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)掃描與多群體薈萃分析，從中識(shí)別出43個(gè)與人類指紋花紋相關(guān)的遺傳基因座。
“我們觀察到，這些基因顯著富集在肢體發(fā)育與形成的相關(guān)通路，而非皮膚發(fā)育相關(guān)通路�！蓖羲技颜f。
這一發(fā)現(xiàn)令團(tuán)隊(duì)欣喜不已。為驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)，研究人員基于小鼠動(dòng)物模型和人胚胎組織的實(shí)驗(yàn)觀察，發(fā)現(xiàn)人類胎兒組織從肢體發(fā)育到皮紋形成的系列過程中，支持EVI1基因發(fā)揮塑造四肢和手指作用的正是表達(dá)于肢體發(fā)育期的間充質(zhì)細(xì)胞，而非皮膚發(fā)育期的上皮細(xì)胞。
這進(jìn)一步與研究結(jié)論相印合：指紋相關(guān)基因恰通過調(diào)控肢體發(fā)育來影響指紋花紋的形成。
通過多表型關(guān)聯(lián)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)指紋花紋與手指長度比例間緊密相關(guān)，二者共有相同遺傳基礎(chǔ)。如小指相對(duì)越長，掌長相對(duì)越短，雙手斗形花紋越多；而食指遠(yuǎn)端指節(jié)（指紋形成處）相對(duì)越長，斗形花紋則越少。
新范式帶來“導(dǎo)航圖”
“我們不知道基因是如何形成指紋圖案的，但它可以由胚胎組織掌墊上的生長力量來決定，掌墊在不同指紋模式的形成中起著重要作用�！闭撐牡谝蛔髡咧�一，復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院、生命科學(xué)學(xué)院博士后李金喜說，“隨著胎兒手部的生長，手掌和手指會(huì)伸展拉長。例如，這些力可以把一個(gè)螺旋紋路變成一個(gè)環(huán)�！�
“值得注意的是，以前的研究已經(jīng)表明，EVI1與白血病患病風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。”汪思佳舉例說，“科學(xué)界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同的皮紋表型與許多先天遺傳性疾病之間的關(guān)聯(lián)。比如，唐氏綜合征患者可能會(huì)有斷掌、足拇趾弓狀球紋等特征�！�
汪思佳認(rèn)為，該研究為膚紋與人體其他表型與疾病的關(guān)聯(lián)研究提供了重要理論基礎(chǔ)，有望打通宏觀與微觀表型的聯(lián)系與作用機(jī)制，使“看手相識(shí)疾病”成為可能。
目前，汪思佳團(tuán)隊(duì)正和復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作，希望將相關(guān)研究成果盡早運(yùn)用在新生兒先天性疾病的早期篩查中，實(shí)現(xiàn)早診斷、早治療。
“這是人類表型組研究的經(jīng)典案例，很好地體現(xiàn)了人類表型組學(xué)作為一種新范式，具有創(chuàng)新策源的重大科學(xué)意義�！闭撐墓餐�通訊作者，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)教授金力對(duì)《中國科學(xué)報(bào)》說。
目前，來自不同機(jī)構(gòu)的中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)經(jīng)過通力合作，基于復(fù)旦大學(xué)在上海開展的800余人、每人測量近3萬個(gè)表型的隊(duì)列研究，已經(jīng)初步繪制出全球首張“人類表型組導(dǎo)航圖”，發(fā)現(xiàn)了150余萬個(gè)強(qiáng)關(guān)聯(lián)，其中跨領(lǐng)域強(qiáng)關(guān)聯(lián)占39%，大部分是科學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)。
“這張‘導(dǎo)航圖’為科學(xué)界帶來了海量的‘問號(hào)’，等待科學(xué)家進(jìn)一步研究、破解�！苯鹆φf，“這也是我們下一步的工作重點(diǎn)之一�！�
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.12.008