指紋：人類手指末端指腹上由凹凸的皮膚所形成的紋路。

關于指紋，有很多未解之謎：

為什麼會有指紋？指紋是怎麼形成的？為什麼每個人的指紋不一樣？指紋能遺傳嗎？為什麼靈長類和人有指紋，又為什麼考拉有與人極類似的指紋？

複旦、中科院團隊解開其中一個謎團：肢體發育相關基因在指紋花紋形成中發揮關鍵作用，而且，指紋花紋的變化或可成為某些疾病的“預警”。

2022年1月7日相關研究成果發表于2022年第一期《細胞》（Cell）主刊，該研究是全球迄今為止最大規模的指紋花紋全基因組關聯分析。

解析指紋花紋遺傳學結構

針對“指紋”，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，展開深入研究。

研究者們從定位與指紋花紋表型相關的遺傳變異入手，面向23,000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。

人類的指紋有三大類，弓形、鬥型和箕型，關于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，其背後有怎樣的遺傳學機制？

“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。

研究發現，指紋花紋的分布存在明顯群體差異，而且不同手指的指紋花紋相關基因并不相同。專家們經過分析幾百萬遺傳位點和指紋花紋之間的關系後發現，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。

“我們觀察到，這些基因顯著富集在肢體發育與形成的相關通路，而非皮膚發育相關通路。”據汪思佳介紹，這一特征的發現令團隊欣喜不已。其中，位于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，從而為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。

該研究同時發現，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。

“看手相識疾病”或成可能

人類對外形表征與疾病關系的研究，由來已久。其中比較有名的是1973年在醫學期刊《新英格蘭醫學雜志》發表的由Sanders T. Frank醫生發現的“耳垂褶皺和冠心病有着一定的關系”的文章，這個現象最早也被稱為Frank征，也有些人稱它為“耳折征”。

而在2020年8月的《歐洲心髒病雜志》上又有學者發文稱，額秃（發際線後移）、頭頂秃、耳垂折痕、耳前折痕、眼袋深、魚尾紋深、額頭皺紋深、眼眶周圍有皺紋、鼻溝、鼻唇溝（法令紋）深、老年斑、口唇蒼白等頭面部特征被算法認為可能與冠心病存在較顯著關聯。

那麼，指紋與疾病有沒有潛在聯系呢？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？為什麼唐氏綜合征患者的指紋與普通人相差甚遠？……

據汪思佳介紹，“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，比如唐氏綜合征患者可能會有斷掌、足拇趾弓狀球紋等特征。”

目前，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，實現早診斷、早治療。

“導航圖”帶來了海量“問号”

這次研究成果的發布是“人類表型組大科學計劃”的成果之一。人類表型組計劃就是“測一切之可測”。

表型這個詞有些生僻。表型是生命體的生物特征。表型組是指生物體從微觀（即分子）組成到宏觀、從胚胎發育到衰老死亡全過程中所有表型的集合。基因（内因）與環境（外因、含環境暴露和生活方式）共同決定了表型。

人類表型組計劃就是要基于“測一切之可測”的理念，對人類的各種表型進行全尺度、全周期精密系統測量，從而解析基因-表型-環境之間以及宏觀-微觀表型之間的關聯，進一步破解各種表型和人類健康與疾病的關系。

論文共同通訊作者、中科院院士、複旦大學教授金力認為，“本項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為一種新範式具有創新策源的重大科學意義。”

人類表型組計劃的首要目标就是要為未來的生命科學研究繪制“導航圖”。這是一張什麼樣的圖呢？

據金力介紹，人類表型組的“導航圖”就是幾萬種甚至十萬種不同人類表型之間的關聯圖。他強調，“科學家們通過按圖索骥，可以大大提高生命科學的創新效率，大大提高我們對生命現象認知的能力”。而這張“導航圖”，将為科學家未來進一步解析複雜生命系統的機理與奧秘指明新的方向、提供有價值的線索，是具有戰略性意義的生命科學原始創新源，有望引領新一輪健康科技與生物産業變革。

目前，已有超過800位常住上海的20-60歲志願者完成了在張江平台2天1夜、每人測量超3萬個指标的全景表型測量，使科學家首次獲得了自然人群樣本貫通宏觀至微觀尺度20餘個領域類别的海量表型基線大數據，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”，為科學界帶來了海量的“問号”，等待科學家去進一步研究、破解。

攝影：戚心茹

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