孫啟凡，趙 蕾，江 麗，權(quán)養(yǎng)科，趙興春，李彩霞

（1.公安部物證鑒定中心，北京100038；2.北京市現(xiàn)場物證檢驗工程技術(shù)研究中心，北京100038；3.法醫(yī)遺傳學公安部重點實驗室，北京 100038）

·綜 述·

D NA來源人特征刻畫的法庭科學應用研究

孫啟凡1，2，3，趙 蕾1，2，3，江 麗1，2，3，權(quán)養(yǎng)科1，趙興春1，2，3，李彩霞1，2，3

（1.公安部物證鑒定中心，北京100038；2.北京市現(xiàn)場物證檢驗工程技術(shù)研究中心，北京100038；3.法醫(yī)遺傳學公安部重點實驗室，北京 100038）

DNA是遺傳和繁殖的基礎(chǔ)，控制著人高矮、膚色、發(fā)質(zhì)、骨骼、神經(jīng)等方面的差異以及器官的生長、發(fā)育和衰老等，具有唯一性、同一性和遺傳性等特點，對個體識別和親緣鑒定起著決定性作用。當前法醫(yī)DNA檢驗主要依靠STR復合擴增技術(shù)，但STR主要分布在基因組的非編碼區(qū)，難以提供更多與人表型特征相關(guān)的信息，所以其發(fā)揮作用的方式主要是“比對”；而對于既無目標嫌疑人又無其它線索的案件，很難利用現(xiàn)場檢材中蘊含的生物學信息去主動“查找”嫌疑人及指導案情分析。近年來，DNA特征刻畫技術(shù)成為法醫(yī)DNA領(lǐng)域重要的研究內(nèi)容和熱點，其目的是通過對檢材DNA的深度挖掘，推斷檢材供者的生理、病理和表型信息，刻畫DNA來源人的種族地域、外貌、疾病等特征，從而縮小犯罪嫌疑人的查找范圍，為偵查提供線索。本文對DNA來源人特征刻畫領(lǐng)域的研究進展和發(fā)展趨勢進行綜述，希冀對相關(guān)研究和實踐提供參考和借鑒。

法醫(yī)遺傳學；DNA特征刻畫；種族地域特征；人類學和生理學特征；疾病特征

DNA技術(shù)自1985年應用于法庭科學領(lǐng)域至今，已成為公安系統(tǒng)打擊犯罪的強有力武器。但仍以STR比對為主流技術(shù)，難以適應新的犯罪破案要求。法醫(yī)DNA的未來發(fā)展方向，是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，挖掘和顯露更多遺傳信息，逐步拓展至犯罪嫌疑人的特征刻畫與查找確認。目前，國際法醫(yī)DNA的重要研究領(lǐng)域即是DNA來源人特征刻畫技術(shù)，主要有三大研究方向，一是種族來源推斷，二是人類學、生理學特征推斷，三是病理特征推斷。本文對該領(lǐng)域狀況進行綜述，以期為相關(guān)研究和應用提供參考借鑒。

1 種族來源刻畫研究

線粒體和Y染色體DNA的研究證實，現(xiàn)代人類在大約7萬年前走出非洲［1］，而后逐漸擴散和遷移到世界各地，在長期的遷移、進化與適應過程中，不同地域的人群形成了獨特的遺傳和體貌特征。法醫(yī)DNA工作者可以藉此進行不同人群的種族地域推斷，通過檢測DNA信息判斷DNA供者所歸屬的種群，推斷其體貌特征，為案件偵查提供指向性的線索。種族推斷常用的遺傳標記包括單核苷酸多態(tài)性（SNPs）、插入/缺失遺傳多態(tài)性（Indels）等，其中SNPs是目前應用較多的遺傳標記，包括常染色體、Y染色體和線粒體上的SNPs。人類大的種群主要包括歐洲白人、非洲黑人、東亞黃種人、大洋洲棕色人、美洲印第安人等。在各大洲的內(nèi)部又存在大量各具差異的亞人群，如北歐、中歐和南歐，東亞、東南亞以及我國的南北方人群等。在洲際之間由于人群的婚配、融合等又形成了大量的混合人種，例如我國新疆地處歐亞大陸腹地，是歐洲人與東亞人交匯的地方，形成了維吾爾族、哈薩克族等混合人種。不同人群在體貌特征上差異較大，對應于基因組，就存在大量的人群間頻率分布變化大的SNPs位點，故通過檢測一組人群間頻率差異較大的位點組合，就可推斷DNA供者最有可能的種族來源，能夠獲取供者來自各個種群成分的百分比，進而間接獲取DNA供者的大致體貌特征。

目前，國外研究主要集中在歐、東亞、美、非等洲際人群之間的差異，針對中國人群的遺傳結(jié)構(gòu)信息也陸續(xù)被相關(guān)學者和機構(gòu)所報道［2］。2009年，人類基因組組織機構(gòu)泛亞太地區(qū)SNP聯(lián)盟等對亞洲人群多樣性做了詳細研究并繪制了遺傳圖譜［3］，Shi等發(fā)現(xiàn)，位于Cytochrome P450（CYP） 上的8個SNPs（rs16947、rs28371725、rs1800754、rs4244285、rs4986893、rs12248560、rs3758580和rs2242480）可以區(qū)分中國漢人和高加索人［4］，Li等發(fā)現(xiàn)了亞洲人特有的位點rs361519［5］，F(xiàn)u等報道了僅在東亞人中廣泛存在的位點rs6780569［6］，Qin等構(gòu)建了由150個有效SNPs組成的復合檢測體系，可對中國人祖先來源進行推斷，判斷某個體是來自中國北方抑或南方人群［7］。在法醫(yī)學領(lǐng)域，Jia等人建立了基于35個SNPs位點的復合檢測體系和適合法醫(yī)學應用的種族推斷算法，能對東亞、歐洲、非洲人群以及混合人種進行有效區(qū)分［8］，可用于種族推斷相關(guān)案件的檢驗鑒定。

2 人類學、生理學特征刻畫研究

DNA來源人的人類學、生理學特征比較廣泛，如膚色、面部特征、身高、年齡、體重等。在西方國家膚色、發(fā)色、虹膜顏色等研究相對成熟［9，10］。

2.1 膚色、發(fā)色、虹膜顏色研究

狹義的膚色可理解為皮膚顏色，廣義的膚色包括毛發(fā)、虹膜顏色等。隨著全基因組關(guān)聯(lián)分析研究（genome-wide association study，GWAS）技術(shù)發(fā)展和應用，共發(fā)現(xiàn)包括HERC2、IRF4、KITLG、SLC24A4、SLC45A2、TYRP1、TYR和ASIP等在內(nèi)的15個與眼睛（虹膜）顏色相關(guān)的基因［10］?；诖耍嚓P(guān)研究者最早建立了“IrisPlex”預測系統(tǒng)，利用SNP位點和邏輯回歸模型對虹膜顏色進行預測，可有效區(qū)分棕色和藍色眼睛及其中間色［9］。Allwood等人最近又提出預測虹膜顏色的AEC模型（all eye-colour model，全眼色模型），不僅能對正常人進行預測，且對盲人的藍色、棕色預測準確率可高達100%［11］。另一項研究是頭發(fā)顏色。早在1995年就有科學家提出MC1R基因與紅色頭發(fā)特征相關(guān)，后來進一步證實MC1R SNPs與紅色頭發(fā)基因有很大程度的關(guān)聯(lián)。隨后的研究又發(fā)現(xiàn)，ASIP基因的3'-UTR以及位于SLC45A2（MATP）上的SNPs與棕色頭發(fā)相關(guān)［12，13］。GWAS實驗為我們帶來了更多與頭發(fā)顏色相關(guān)的基因，如OCA2、HERC2、SLC24A4、KITLG、TYR、TPCN2、TYRP1、IRF4、EXOC2、KIF26A以及OBSCN等基因［10］。綜合以上研究成果，歐洲科學家建立了可同時預測虹膜顏色和頭發(fā)顏色的“HIrisPlex”預測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含11個基因的23個SNPs位點和1個Indel位點，采用更易被法庭科學實驗室接受的SNapShot復合體系，故其預測準確性也較高，適用于微量及降解DNA，有望應用于實際案件的檢驗鑒定［14］。

2.2 毛發(fā)生長特征

毛發(fā)包括頭發(fā)、眉毛、胡須等。目前，關(guān)于頭發(fā)特征的研究相對系統(tǒng)和成熟，由于相關(guān)基因位點均比較單一，且在東亞人群中已有較好的研究基礎(chǔ)，其轉(zhuǎn)化為切實可行的刑事技術(shù)應為期不遠。

頭發(fā)的特征除顏色外，還包括卷曲度、疏密度等。對亞洲人來說，頭發(fā)顏色的區(qū)分度較小，因此，目前的研究主要集中在頭發(fā)形態(tài)如卷曲度、濃密度以及雄激素脫發(fā)（androgenetic alopecia， AGA）等方面。日本科學家證明，基因EDAR以及FGFR2與東亞人的直發(fā)特征緊密相關(guān)，且在很大程度上影響亞洲人頭發(fā)的濃疏密度；其中EDAR基因單一SNP位點rs3827760的變化（1540T/C、370Val/Ala）就會對東亞人群頭發(fā)的形態(tài)產(chǎn)生影響［15］。雄激素脫發(fā)是一種雄激素依賴的遺傳性毛發(fā)脫落病，其發(fā)生和進展主要取決于內(nèi)分泌因子和遺傳易感性間的相互作用，發(fā)病率在各人群中均較高。歐洲科學家發(fā)現(xiàn)80%以上的雄激素脫發(fā)是由遺傳因素造成的，其中位于20p11.22基因內(nèi)的SNP（如s11603132）位點的變化與脫發(fā)表型密切相關(guān)［16］。其他可能導致脫發(fā)的基因包括AR/EDA2R和HDAC9等［17，18］。安徽醫(yī)科大學的Liang等人認為，相比較AR/EDA2R與HDAC9基因，位于20p11基因內(nèi)的5個SNP位點（rs2180439、rs6137444、rs1998076、rs201571和rs6113491）與漢族人群脫發(fā)表型的相關(guān)性最大［19］。

2.3 面部特征

面部形態(tài)特征（facial morphology）較為直觀，可辨識度較高，且多數(shù)面部特征在遺傳上具有高度保守性，受環(huán)境影響較小。其中，顱面骨骼的發(fā)育形態(tài)，尤其是面部的高度、下頜的位置、眉骨形態(tài)、鼻翼寬度等性狀主要依賴遺傳信息。因此，面部特征的研究與推斷在法醫(yī)學領(lǐng)域應用前景較好。針對面部形態(tài)特征的研究大多是基于歐洲人群的GWAS分析進行的，目前國內(nèi)外的報道不多。Claes等［20，21］基于對美國黑人（西非與歐洲的混合人群）的研究建立了一種面部三維形態(tài)預測的研究方案和算法。由于種族和性別對人面部特征的影響較大，所以檢測要首先獲知樣本的種族和性別，從已有的庫中擬合出一張基本臉；然后再檢測24個與面部特征相關(guān)的SNP位點，不同的基因型代表該特征與基本臉相比是凸還是凹，最后經(jīng)綜合計算分析所有分型，顯示出預測臉。

各種性狀相關(guān)位點的發(fā)掘也是目前研究關(guān)注的重點。研究發(fā)現(xiàn)PRDM16、PAX3、TP63、C5orf50和COL17A1等基因（位于其上的5個SNP位點rs4648379、 rs974448、rs17447439、rs6555969和rs805722）與人類面部形態(tài)發(fā)育緊密相關(guān)，其中PAX3基因內(nèi)的SNP位點rs7559271和rs1978860與鼻根位置（nasion position）相關(guān)；而對于與歐洲人群鼻翼寬度、兩顴寬度相關(guān)的一系列SNP位點，則主要位于15q13、8q24和2p21等基因內(nèi)，如rs987525和rs1258763［22，23］。中科院計算生物所Peng等［24］研究發(fā)現(xiàn)非綜合征性唇腭裂高風險位點IRF6基因上的rs642961與中國漢族女性的唇部形狀高度相關(guān)。該方向未來發(fā)展需要關(guān)注三個方面的問題：一是發(fā)現(xiàn)與面部形態(tài)相關(guān)的更多遺傳位點，并對每個位點確定其關(guān)于各個性狀的貢獻度；二是面部形成預測的算法和模型建立；三是最后結(jié)果的解析。

此外，開展較早并取得了一定進展的身高研究工作，由于受環(huán)境影響大，其在法醫(yī)學中的應用迄今仍處于探索階段。關(guān)于年齡研究，相關(guān)工作主要集中在端粒長度、甲基化遺傳標記、線粒體DNA缺失造成的DNA損傷積累等方面，其準確性、精確度等問題還需要更進一步的研究。

3 病理特征刻畫研究

目前國際上的研究主要針對以上兩個方面進行，但對人常見疾病的特征推斷也是一個重要方向，例如高血壓、糖尿病等。開展對病理特征的研究對公安工作的意義包括：一是推斷外表形態(tài)特征，二是推斷來源地域，三是推斷其飲食、用藥等生活習慣，為偵查提供線索。

有望用于DNA遺傳推斷的疾病包括地方病、家族病、以及表型特征明顯的疾病類型等。如地中海貧血是一種典型的地域病，廣西的發(fā)病率約為16.47%，在廣東則為11.66%；另外還有一些表型特征明顯的遺傳病，如聾啞、禿發(fā)、白化病等。白化病分為眼白化?。∣A）和眼皮膚白化病兩種（OCA）。眼皮膚白化病是一種具有遺傳異質(zhì)性的常染色體隱性遺傳病，在全世界的流行率約為1/17，000，人群攜帶率約1/65，也是我國北方地區(qū)相對常見的單基因遺傳病，該病表現(xiàn)為皮膚、毛發(fā)和眼的黑色素減少或完全缺失，通常伴有畏光、斜視、眼球震顫等，能夠?qū)е乱暳Φ拖禄騿适?，是先天性眼殘疾的常見原因之一?5］。

人類的很多疾病還可能在面部形態(tài)特征上有所反映。如伴隨或不伴隨腭裂的非綜合征性唇裂（NSCL/ P），其相關(guān)的SNP位點如rs642961等大多位于IRF6、VAX1、8q24和17q22等基因內(nèi)，這些基因除唇部形態(tài)外還與頜面發(fā)育寬度相關(guān)［26，27］。另外，在中國人群中發(fā)生率較高的下頜前突癥，研究證實基因PLXNA2和SSX2IP可能是其誘因，而位于COL2A1基因上的SNP位點rs1793953也與該病病理相關(guān)［28，29］。

4 小 結(jié)

探索基因（包括DNA結(jié)構(gòu)、后期修飾等）與表型特征、疾病等的關(guān)聯(lián)性，進一步揭示生命奧秘，一直是生物學家們的研究熱點。對于法醫(yī)遺傳工作者來說，僅僅知道這些關(guān)聯(lián)性是遠遠不夠的，還需要通過綜合這些基礎(chǔ)科學領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)的各種可能具有關(guān)聯(lián)性的遺傳標記，對其進行測算，實現(xiàn)由檢材DNA到對其供者即生物個體的表型特征推斷與刻畫。

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Forensic Application of Human Characters Inferred from DNA

SUN Qifan1，2，3， ZHAO Lei1，2，3， JIANG Li1，2，3， QUAN Yangke1， ZHAO Xingchun1，2，3， LI Caixia1，2，3
（1. Institute of Forensic Science， Ministry of Public Security， Beijing 100038， China； 2. Beijing Engineering Research Center of Crime Scene Evidence Examination， Beijing 100038， China； 3. Key Laboratory of Forensic Genetics， Ministry of Public Security， Beijing 100038， Chin a）

DNA， the basis of biological heredity and breeding， having different composition and configuration of sequence bases to defi ne the code of life， controls the diversity of people's height， color of skin and complexion， hair texture，bones， nerves and the others together with the growth， development and senescence of organs. DNA keeps records of all genetic information of an individual. Because of its uniqueness （DNA sequence is different from each other between every individual with the exception of identical twins）， identity （DNA sequence of an individual is same among his/her various organs with the exclusion of the transplanted or the mutated tumor tissues） and inheritance （each individual's nuclear DNA in all somatic cells comes from parents and the mitochondrion from the maternal）， DNA plays the decisive role in individual identifi cation and consanguinity verifi cation. Today， forensic DNA test mainly relies on STR （short tandem repeats） multiplex amplifi cation. But STR primarily localizes in the non-coding region of a genome， thus diffi cult to provide more information about the phenotypic characteristics of people. Therefore， the current DNA tests are mostly used for “comparison and match”，demonstrating unavailability for cases without target suspects and/or any other clues although the biologic samples collected from the scene have plenty of biological information waiting for exposure and exploitation. Recently， the depiction of human characters inferred from DNA is becoming an important research hotspot in forensic community. Such information as the one of anthropology， physiology， pathology and/or phenotype can be deduced from the donor's DNA that the feature of an individual's appearance， disease attributes， ethnic and geographical affi liation would be portrayed. At present， some related technology and methods have gradually begun to be employed in criminal casework.In this paper，we summarize the general situation of the research depicting human characters inferred from DNA and extrapolate its developmental trend.

forensic genetics； DNA characterization； ethnic and geographical affi liation； characteristics of anthropology and physiology； disease attributes

DF795.2

A

1008-3650（2015）03-0232-04

2014-10-24

格式：孫啟凡， 趙蕾， 江麗， 等. DNA來源人特征刻畫的法庭科學應用研究概況 ［J］. 刑事技術(shù)， 2015，40（3）：232-235.

國家“十二五”科技支撐計劃課題（No. 2012BAK02B01）；公安部科技強警基礎(chǔ)工作專項項目（No. 2013GABJC037）；北京市科技專項課題（No. Z141106004414084）

孫啟凡（1985—），女，山東棗莊人，主檢法醫(yī)師，博士，研究方向為法醫(yī)遺傳學。 E-mail： sunqifan@139.com

李彩霞，女，副主任法醫(yī)師，博士，研究方向為法醫(yī)遺傳學。 E-mail： licaixia@tsinghua.org.cn

10.16467/j.1008-3650.2015.03.015