首次揭示研究发现指纹与身体发育基因关联

　　央广网北京1月7日消息(记者朱敏)据中央广播电视总台中国之声《新闻晚高峰》报道，一直以来，人类对指纹花纹这类表型形成的生物学机制仍知之甚少。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?

　　为解开这些谜团，中科院上海营养与健康研究所汪思佳研究员团队、爱丁堡大学赫顿教授团队和复旦大学金力院士团队联合国内外十多家科研机构对此展开深入研究。

　　最新研究表明：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。北京时间7日凌晨，这一成果发表于国际学术期刊《细胞》。

　　说起指纹，我们会不由自主地数数自己有几个“斗”，这给我们的生活增添了乐趣和遐想。对于指纹花纹的形成，中科院上海营养与健康研究所研究员汪思佳告诉记者，很多人认为它跟皮肤发育密切相关。

　　“在我们研究之前，大家对指纹花纹是如何形成的都是猜测，因为没有什么证据。对它的形成大家普遍的想法就是毕竟指纹花纹它是皮肤上的东西，所以想当然地会觉得它跟皮肤的发育关系肯定是最大的。”汪思佳说。

　　然而，科研人员的研究发现并不是这么回事。2018年我国发起“人类表型组”国际大科学计划，对各种人类生命特征进行更加深入的遗传学研究。复旦大学和中科院相关团队联合国内外十多家科研机构，采集到多种族群体的指纹花纹，分析了几百万遗传位点，最终确认是肢体发育相关基因在指纹花纹表型的形成中发挥了主导作用。

　　论文第一作者、复旦大学人类表型组研究院、生命科学学院博士后李金喜介绍说：“最终筛选到跟指纹花纹相关的是有43个基因座，包含的位点有几千个，我们这次还是比较惊讶的，一下找到这么多。并且它们之间有非常强的规律性，同时指向肢体发育。”

　　团队发现，人类胎儿组织从肢体发育到皮纹形成的系列过程中，支持EVI1基因发挥塑造四肢和手指作用的，正是表达于肢体发育期的间充质细胞。那么，肢体发育是如何影响指纹花纹形成的?

　　汪思佳解释：“指纹花纹可能它的原始形态是一个斗型，肢体发育的时候，两边就会产生一些牵扯力。牵扯力一部分是外力作用，环境上面的，比如宫内的环境;一部分是先天的一些基因，比方说一个手指会长一些，一个手指会短一些，一个手指分出去的时间会早一些，还有一些分出去会晚一些，这些都会对指纹花纹形成一个牵扯力。左边牵扯和右边牵扯会导致它变成一个往左偏或往右偏的畸形，或者两边牵扯，可能会变成一个弓形。”

　　通过多表型关联分析，研究团队还发现：指纹花纹与手指长度比例间有紧密的相关性。

　　“比方说小指越长，你会发现对应的斗型花纹就越多;还比方说食指的第一节越长，你会发现斗型花纹会越少……我们说这个东西只是一个统计学意义上的东西，所以它并不是说可以直接用来预测一个人的特征。”汪思佳说。

　　以指纹、掌纹、足纹等为代表的肤纹表型是人体外观表型的重要组成部分，和人体其他表型与疾病都有密切的联系。该项研究为肤纹与人体其他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。汪思佳表示，通过人体外部特征与遗传基因的深入研究，在先天疾病早筛、人体病变预防、职业体质选拔等各领域具有重大价值，目前科研团队已经与医疗机构展开合作，进一步拓展在应用领域的实践研究。

　　汪思佳介绍：“比方说唐氏综合征的病人，他'断掌’的比例要比正常人要高，但是反过来说'断掌’就一定是唐氏综合征吗?也不是。因为我们在实际生活中也能看到一些正常人有'断掌’现象，这只是一个概率问题。但是唐氏综合征的病人有若干个特征都是和正常人不太一样。我们把这些特征的概率整合起来，可以做出来一个预测模型。这个预测模型就是通过对唐氏综合征病人的基本上5-6个特征就可以做出一个准确率98%的预测模型。这5个特征里面有2个是指纹上的特征。”

　　但汪思佳同时强调，正常人的指纹花纹斗型等数量和健康情况并没有直接关系。

　　汪思佳说：“指纹花纹本身和正常人的健康、智力和天赋，目前没有任何证据表明它们是有关系的。目前没有任何学术方面的证据。”

　　目前，全球首张“人类表型组导航图”已经初步绘制。发现了150余万个强关联，其中跨领域强关联占39%，大部分是科学界首次发现。复旦大学校长金力表示，这张“导航图”，为科学界带来了海量的问号，等待进一步研究、破解。

　　金力说：“人类表型组是指人体所有生物特征的集合。我们开展表型组研究一个很重要的目的就是要发现基因表型和环境，以及宏观和微观表型之间的关联机制。尤其是那些现在科学家还没有注意到的与人类健康息息相关的表型间的强关联，也为我们科学界带来了海量的问号，正等待着我们科学家进一步研究、破解。”

人类指纹花纹如何形成？
能预示疾病吗？
相关研究登上《细胞》

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。指纹花纹如何形成？何种基因在其中发挥了主导作用？人类对指纹花纹形成的生物学机制仍知之甚少。

为解开谜团，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联合国内外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，精确量化了多种族群体的指纹花纹，经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。

北京时间2022年1月7日，相关研究成果以《肢体发育基因构成人类指纹花纹差异的基础》（“Limb development genes underlie variation in human fingerprint patterns”）为题发表于2022年第一期《细胞》（Cell）主刊。

相关研究示意图除标注外，本文图片均为复旦大学供图

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？

澎湃新闻（www.thepaper.cn）记者从复旦大学了解到，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。”研究团队介绍，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。

不止于此，基于小鼠动物模型和人胚胎组织的实验观察，团队发现，人类胎儿组织从肢体发育到皮纹形成的系列过程中，支持EVI1基因发挥塑造四肢和手指作用的，正是表达于肢体发育期的间充质细胞，而非皮肤发育期的上皮细胞。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。

采集的指纹，左边为斗形澎湃新闻记者张慧摄通过多表型关联分析，该研究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，双手斗形花纹越多；而食指远端指节（指纹形成处）相对越长，斗形花纹则越少。

研究前景：助力识别潜在疾病风险

复旦大学人类表型组研究院墙上标语澎湃新闻记者张慧图“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。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。有如比邻排列的“多米诺骨牌”，肢体发育基因是指纹的内在影响因素。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、足拇趾弓状球纹等特征。”汪思佳团队正和复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作，希望将相关研究成果尽早运用在新生儿先天性疾病的早期筛查中，实现早诊断、早治疗。

全球首张“人类表型组导航图”带来海量“问号”

论文共同通讯作者、中科院院士、复旦大学教授金力指出，本次复旦和中科院团队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。这是一种典型的人类表型组学的研究范式与方法。

采集设备戚心茹摄人类表型组，是人体所有生物特征的集合。开展人类表型组研究一个很重要的目的，就是要发现基因-表型-环境之间以及宏观-微观表型之间的关联机制，尤其是“强关联”及其背后的机制。

据悉，复旦大学正和国内外团队一起大力推动人类表型组大科学计划，将对相当规模的志愿者群体尽可能多、尽可能全地采集表型数据，进而发现并解析表型之间的强关联，尤其是那些现在科学家还没有注意到的、与人类健康息息相关的表型间的强关联，最终形成一张由各种强关联组成的“导航图”，为未来的生命健康研究提供新的指引和方向。

数据分析戚心茹摄目前，经过来自不同机构的中国科学家团队的通力合作，基于复旦在上海开展的800余人、每人测量近3万个表型的队列研究，已经初步绘制了全球首张“人类表型组导航图”，发现了150余万个强关联，其中跨领域强关联占39%，大部分是科学界首次发现。

团队讨论戚心茹摄“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，这也是我们下一步的重要工作之一。”金力说道。

复旦大学人类表型组研究院、生命科学学院博士后李金喜，爱丁堡大学博士James Glover，复旦大学生命科学学院教授张海国和复旦大学生命科学学院博士彭美芳为该论文的共同第一作者，汪思佳研究员、Denis Headon教授和金力院士为该论文的共同通讯作者。

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揭秘指纹！首次发现：
与指纹相关的不仅是肢体发育，

还有疾病

2022-01-07 21:36·上观新闻

指纹：人类手指末端指腹上由凹凸的皮肤所形成的纹路。

关于指纹，有很多未解之谜：

为什么会有指纹？指纹是怎么形成的？为什么每个人的指纹不一样？指纹能遗传吗？为什么灵长类和人有指纹，又为什么考拉有与人极类似的指纹？

复旦、中科院团队解开其中一个谜团：肢体发育相关基因在指纹花纹形成中发挥关键作用，而且，指纹花纹的变化或可成为某些疾病的“预警”。

2022年1月7日相关研究成果发表于2022年第一期《细胞》（Cell）主刊，该研究是全球迄今为止最大规模的指纹花纹全基因组关联分析。

解析指纹花纹遗传学结构

针对“指纹”，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联合国内外十余家科研机构，展开深入研究。

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。

人类的指纹有三大类，弓形、斗型和箕型，关于指纹有很多有意思的科学问题，而指纹表型与哪种基因密切相关，其背后有怎样的遗传学机制？

“亚洲人的指纹花纹，斗型多，箕型少。除了这两种比较常见，还有弓型。”汪思佳说，指纹花纹形成于胚胎发育早期，且类型终生不变。

研究发现，指纹花纹的分布存在明显群体差异，而且不同手指的指纹花纹相关基因并不相同。专家们经过分析几百万遗传位点和指纹花纹之间的关系后发现，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。

“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。”据汪思佳介绍，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。

该研究同时发现，指纹花纹与手指长度比例间紧密相关性，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。

“看手相识疾病”或成可能

人类对外形表征与疾病关系的研究，由来已久。其中比较有名的是1973年在医学期刊《新英格兰医学杂志》发表的由Sanders T. Frank医生发现的“耳垂褶皱和冠心病有着一定的关系”的文章，这个现象最早也被称为Frank征，也有些人称它为“耳折征”。

而在2020年8月的《欧洲心脏病杂志》上又有学者发文称，额秃（发际线后移）、头顶秃、耳垂折痕、耳前折痕、眼袋深、鱼尾纹深、额头皱纹深、眼眶周围有皱纹、鼻沟、鼻唇沟（法令纹）深、老年斑、口唇苍白等头面部特征被算法认为可能与冠心病存在较显著关联。

那么，指纹与疾病有没有潜在联系呢？上世纪60年代就有很多论文提出，白血病患者的斗型指纹比较多，两者之间有关吗？为什么唐氏综合征患者的指纹与普通人相差甚远？……

据汪思佳介绍，“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、足拇趾弓状球纹等特征。”

目前，汪思佳团队正和复旦大学附属儿科医院等医疗机构合作，希望将相关研究成果尽早运用在新生儿先天性疾病的早期筛查中，实现早诊断、早治疗。

“导航图”带来了海量“问号”

这次研究成果的发布是“人类表型组大科学计划”的成果之一。人类表型组计划就是“测一切之可测”。

表型这个词有些生僻。表型是生命体的生物特征。表型组是指生物体从微观（即分子）组成到宏观、从胚胎发育到衰老死亡全过程中所有表型的集合。基因（内因）与环境（外因、含环境暴露和生活方式）共同决定了表型。

人类表型组计划就是要基于“测一切之可测”的理念，对人类的各种表型进行全尺度、全周期精密系统测量，从而解析基因-表型-环境之间以及宏观-微观表型之间的关联，进一步破解各种表型和人类健康与疾病的关系。

论文共同通讯作者、中科院院士、复旦大学教授金力认为，“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。”

人类表型组计划的首要目标就是要为未来的生命科学研究绘制“导航图”。这是一张什么样的图呢？

据金力介绍，人类表型组的“导航图”就是几万种甚至十万种不同人类表型之间的关联图。他强调，“科学家们通过按图索骥，可以大大提高生命科学的创新效率，大大提高我们对生命现象认知的能力”。而这张“导航图”，将为科学家未来进一步解析复杂生命系统的机理与奥秘指明新的方向、提供有价值的线索，是具有战略性意义的生命科学原始创新源，有望引领新一轮健康科技与生物产业变革。

目前，已有超过800位常住上海的20-60岁志愿者完成了在张江平台2天1夜、每人测量超3万个指标的全景表型测量，使科学家首次获得了自然人群样本贯通宏观至微观尺度20余个领域类别的海量表型基线大数据，已经初步绘制了全球首张“人类表型组导航图”，发现了150余万个强关联，其中跨领域强关联占39%，大部分是科学界首次发现。

这张“导航图”，为科学界带来了海量的“问号”，等待科学家去进一步研究、破解。

摄影：戚心茹