D NA来源人特征刻画的法庭科学应用研究

孙启凡，赵 蕾，江 丽，权养科，赵兴春，李彩霞

（1.公安部物证鉴定中心，北京100038；2.北京市现场物证检验工程技术研究中心，北京100038；3.法医遗传学公安部重点实验室，北京 100038）

·综 述·

D NA来源人特征刻画的法庭科学应用研究

孙启凡1，2，3，赵 蕾1，2，3，江 丽1，2，3，权养科1，赵兴春1，2，3，李彩霞1，2，3

（1.公安部物证鉴定中心，北京100038；2.北京市现场物证检验工程技术研究中心，北京100038；3.法医遗传学公安部重点实验室，北京 100038）

DNA是遗传和繁殖的基础，控制着人高矮、肤色、发质、骨骼、神经等方面的差异以及器官的生长、发育和衰老等，具有唯一性、同一性和遗传性等特点，对个体识别和亲缘鉴定起着决定性作用。当前法医DNA检验主要依靠STR复合扩增技术，但STR主要分布在基因组的非编码区，难以提供更多与人表型特征相关的信息，所以其发挥作用的方式主要是“比对”；而对于既无目标嫌疑人又无其它线索的案件，很难利用现场检材中蕴含的生物学信息去主动“查找”嫌疑人及指导案情分析。近年来，DNA特征刻画技术成为法医DNA领域重要的研究内容和热点，其目的是通过对检材DNA的深度挖掘，推断检材供者的生理、病理和表型信息，刻画DNA来源人的种族地域、外貌、疾病等特征，从而缩小犯罪嫌疑人的查找范围，为侦查提供线索。本文对DNA来源人特征刻画领域的研究进展和发展趋势进行综述，希冀对相关研究和实践提供参考和借鉴。

法医遗传学；DNA特征刻画；种族地域特征；人类学和生理学特征；疾病特征

DNA技术自1985年应用于法庭科学领域至今，已成为公安系统打击犯罪的强有力武器。但仍以STR比对为主流技术，难以适应新的犯罪破案要求。法医DNA的未来发展方向，是在现有基础上，挖掘和显露更多遗传信息，逐步拓展至犯罪嫌疑人的特征刻画与查找确认。目前，国际法医DNA的重要研究领域即是DNA来源人特征刻画技术，主要有三大研究方向，一是种族来源推断，二是人类学、生理学特征推断，三是病理特征推断。本文对该领域状况进行综述，以期为相关研究和应用提供参考借鉴。

1 种族来源刻画研究

线粒体和Y染色体DNA的研究证实，现代人类在大约7万年前走出非洲［1］，而后逐渐扩散和迁移到世界各地，在长期的迁移、进化与适应过程中，不同地域的人群形成了独特的遗传和体貌特征。法医DNA工作者可以藉此进行不同人群的种族地域推断，通过检测DNA信息判断DNA供者所归属的种群，推断其体貌特征，为案件侦查提供指向性的线索。种族推断常用的遗传标记包括单核苷酸多态性（SNPs）、插入/缺失遗传多态性（Indels）等，其中SNPs是目前应用较多的遗传标记，包括常染色体、Y染色体和线粒体上的SNPs。人类大的种群主要包括欧洲白人、非洲黑人、东亚黄种人、大洋洲棕色人、美洲印第安人等。在各大洲的内部又存在大量各具差异的亚人群，如北欧、中欧和南欧，东亚、东南亚以及我国的南北方人群等。在洲际之间由于人群的婚配、融合等又形成了大量的混合人种，例如我国新疆地处欧亚大陆腹地，是欧洲人与东亚人交汇的地方，形成了维吾尔族、哈萨克族等混合人种。不同人群在体貌特征上差异较大，对应于基因组，就存在大量的人群间频率分布变化大的SNPs位点，故通过检测一组人群间频率差异较大的位点组合，就可推断DNA供者最有可能的种族来源，能够获取供者来自各个种群成分的百分比，进而间接获取DNA供者的大致体貌特征。

目前，国外研究主要集中在欧、东亚、美、非等洲际人群之间的差异，针对中国人群的遗传结构信息也陆续被相关学者和机构所报道［2］。2009年，人类基因组组织机构泛亚太地区SNP联盟等对亚洲人群多样性做了详细研究并绘制了遗传图谱［3］，Shi等发现，位于Cytochrome P450（CYP） 上的8个SNPs（rs16947、rs28371725、rs1800754、rs4244285、rs4986893、rs12248560、rs3758580和rs2242480）可以区分中国汉人和高加索人［4］，Li等发现了亚洲人特有的位点rs361519［5］，Fu等报道了仅在东亚人中广泛存在的位点rs6780569［6］，Qin等构建了由150个有效SNPs组成的复合检测体系，可对中国人祖先来源进行推断，判断某个体是来自中国北方抑或南方人群［7］。在法医学领域，Jia等人建立了基于35个SNPs位点的复合检测体系和适合法医学应用的种族推断算法，能对东亚、欧洲、非洲人群以及混合人种进行有效区分［8］，可用于种族推断相关案件的检验鉴定。

2 人类学、生理学特征刻画研究

DNA来源人的人类学、生理学特征比较广泛，如肤色、面部特征、身高、年龄、体重等。在西方国家肤色、发色、虹膜颜色等研究相对成熟［9，10］。

2.1 肤色、发色、虹膜颜色研究

狭义的肤色可理解为皮肤颜色，广义的肤色包括毛发、虹膜颜色等。随着全基因组关联分析研究（genome-wide association study，GWAS）技术发展和应用，共发现包括HERC2、IRF4、KITLG、SLC24A4、SLC45A2、TYRP1、TYR和ASIP等在内的15个与眼睛（虹膜）颜色相关的基因［10］。基于此，相关研究者最早建立了“IrisPlex”预测系统，利用SNP位点和逻辑回归模型对虹膜颜色进行预测，可有效区分棕色和蓝色眼睛及其中间色［9］。Allwood等人最近又提出预测虹膜颜色的AEC模型（all eye-colour model，全眼色模型），不仅能对正常人进行预测，且对盲人的蓝色、棕色预测准确率可高达100%［11］。另一项研究是头发颜色。早在1995年就有科学家提出MC1R基因与红色头发特征相关，后来进一步证实MC1R SNPs与红色头发基因有很大程度的关联。随后的研究又发现，ASIP基因的3'-UTR以及位于SLC45A2（MATP）上的SNPs与棕色头发相关［12，13］。GWAS实验为我们带来了更多与头发颜色相关的基因，如OCA2、HERC2、SLC24A4、KITLG、TYR、TPCN2、TYRP1、IRF4、EXOC2、KIF26A以及OBSCN等基因［10］。综合以上研究成果，欧洲科学家建立了可同时预测虹膜颜色和头发颜色的“HIrisPlex”预测系统，该系统包含11个基因的23个SNPs位点和1个Indel位点，采用更易被法庭科学实验室接受的SNapShot复合体系，故其预测准确性也较高，适用于微量及降解DNA，有望应用于实际案件的检验鉴定［14］。

2.2 毛发生长特征

毛发包括头发、眉毛、胡须等。目前，关于头发特征的研究相对系统和成熟，由于相关基因位点均比较单一，且在东亚人群中已有较好的研究基础，其转化为切实可行的刑事技术应为期不远。

头发的特征除颜色外，还包括卷曲度、疏密度等。对亚洲人来说，头发颜色的区分度较小，因此，目前的研究主要集中在头发形态如卷曲度、浓密度以及雄激素脱发（androgenetic alopecia， AGA）等方面。日本科学家证明，基因EDAR以及FGFR2与东亚人的直发特征紧密相关，且在很大程度上影响亚洲人头发的浓疏密度；其中EDAR基因单一SNP位点rs3827760的变化（1540T/C、370Val/Ala）就会对东亚人群头发的形态产生影响［15］。雄激素脱发是一种雄激素依赖的遗传性毛发脱落病，其发生和进展主要取决于内分泌因子和遗传易感性间的相互作用，发病率在各人群中均较高。欧洲科学家发现80%以上的雄激素脱发是由遗传因素造成的，其中位于20p11.22基因内的SNP（如s11603132）位点的变化与脱发表型密切相关［16］。其他可能导致脱发的基因包括AR/EDA2R和HDAC9等［17，18］。安徽医科大学的Liang等人认为，相比较AR/EDA2R与HDAC9基因，位于20p11基因内的5个SNP位点（rs2180439、rs6137444、rs1998076、rs201571和rs6113491）与汉族人群脱发表型的相关性最大［19］。

2.3 面部特征

面部形态特征（facial morphology）较为直观，可辨识度较高，且多数面部特征在遗传上具有高度保守性，受环境影响较小。其中，颅面骨骼的发育形态，尤其是面部的高度、下颌的位置、眉骨形态、鼻翼宽度等性状主要依赖遗传信息。因此，面部特征的研究与推断在法医学领域应用前景较好。针对面部形态特征的研究大多是基于欧洲人群的GWAS分析进行的，目前国内外的报道不多。Claes等［20，21］基于对美国黑人（西非与欧洲的混合人群）的研究建立了一种面部三维形态预测的研究方案和算法。由于种族和性别对人面部特征的影响较大，所以检测要首先获知样本的种族和性别，从已有的库中拟合出一张基本脸；然后再检测24个与面部特征相关的SNP位点，不同的基因型代表该特征与基本脸相比是凸还是凹，最后经综合计算分析所有分型，显示出预测脸。

各种性状相关位点的发掘也是目前研究关注的重点。研究发现PRDM16、PAX3、TP63、C5orf50和COL17A1等基因（位于其上的5个SNP位点rs4648379、 rs974448、rs17447439、rs6555969和rs805722）与人类面部形态发育紧密相关，其中PAX3基因内的SNP位点rs7559271和rs1978860与鼻根位置（nasion position）相关；而对于与欧洲人群鼻翼宽度、两颧宽度相关的一系列SNP位点，则主要位于15q13、8q24和2p21等基因内，如rs987525和rs1258763［22，23］。中科院计算生物所Peng等［24］研究发现非综合征性唇腭裂高风险位点IRF6基因上的rs642961与中国汉族女性的唇部形状高度相关。该方向未来发展需要关注三个方面的问题：一是发现与面部形态相关的更多遗传位点，并对每个位点确定其关于各个性状的贡献度；二是面部形成预测的算法和模型建立；三是最后结果的解析。

此外，开展较早并取得了一定进展的身高研究工作，由于受环境影响大，其在法医学中的应用迄今仍处于探索阶段。关于年龄研究，相关工作主要集中在端粒长度、甲基化遗传标记、线粒体DNA缺失造成的DNA损伤积累等方面，其准确性、精确度等问题还需要更进一步的研究。

3 病理特征刻画研究

目前国际上的研究主要针对以上两个方面进行，但对人常见疾病的特征推断也是一个重要方向，例如高血压、糖尿病等。开展对病理特征的研究对公安工作的意义包括：一是推断外表形态特征，二是推断来源地域，三是推断其饮食、用药等生活习惯，为侦查提供线索。

有望用于DNA遗传推断的疾病包括地方病、家族病、以及表型特征明显的疾病类型等。如地中海贫血是一种典型的地域病，广西的发病率约为16.47%，在广东则为11.66%；另外还有一些表型特征明显的遗传病，如聋哑、秃发、白化病等。白化病分为眼白化病（OA）和眼皮肤白化病两种（OCA）。眼皮肤白化病是一种具有遗传异质性的常染色体隐性遗传病，在全世界的流行率约为1/17，000，人群携带率约1/65，也是我国北方地区相对常见的单基因遗传病，该病表现为皮肤、毛发和眼的黑色素减少或完全缺失，通常伴有畏光、斜视、眼球震颤等，能够导致视力低下或丧失，是先天性眼残疾的常见原因之一［25］。

人类的很多疾病还可能在面部形态特征上有所反映。如伴随或不伴随腭裂的非综合征性唇裂（NSCL/ P），其相关的SNP位点如rs642961等大多位于IRF6、VAX1、8q24和17q22等基因内，这些基因除唇部形态外还与颌面发育宽度相关［26，27］。另外，在中国人群中发生率较高的下颌前突症，研究证实基因PLXNA2和SSX2IP可能是其诱因，而位于COL2A1基因上的SNP位点rs1793953也与该病病理相关［28，29］。

4 小 结

探索基因（包括DNA结构、后期修饰等）与表型特征、疾病等的关联性，进一步揭示生命奥秘，一直是生物学家们的研究热点。对于法医遗传工作者来说，仅仅知道这些关联性是远远不够的，还需要通过综合这些基础科学领域发现的各种可能具有关联性的遗传标记，对其进行测算，实现由检材DNA到对其供者即生物个体的表型特征推断与刻画。

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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：孙启凡， 赵蕾， 江丽， 等. DNA来源人特征刻画的法庭科学应用研究概况 ［J］. 刑事技术， 2015，40（3）：232-235.

国家“十二五”科技支撑计划课题（No. 2012BAK02B01）；公安部科技强警基础工作专项项目（No. 2013GABJC037）；北京市科技专项课题（No. Z141106004414084）

孙启凡（1985—），女，山东枣庄人，主检法医师，博士，研究方向为法医遗传学。 E-mail： sunqifan@139.com

李彩霞，女，副主任法医师，博士，研究方向为法医遗传学。 E-mail： licaixia@tsinghua.org.cn

10.16467/j.1008-3650.2015.03.015