解析人类骨盆形态的遗传架构：解锁产科困境与进化密码

时间：2025年4月11日

来源：SCIENCE

编辑推荐：

为解决人类产科困境缺乏实证支持的问题，研究人员利用英国生物样本库（UK Biobank）的 31,115 份双能 X 线吸收法（DXA）扫描数据开展研究。他们识别出 180 个与骨盆表型相关的位点，发现骨盆与大脑存在共同进化，为人类进化研究提供新视角。

人类与黑猩猩分化后，人类骨盆的进化被认为导致了产科困境，即婴儿大脑大与女性产道狭窄之间的不匹配，但实证证据并不明确。研究人员对英国生物样本库（UK Biobank）的 31,115 份双能 X 线吸收法（DXA）扫描数据进行深度学习分析，识别出 180 个与 7 种高度可遗传的骨盆表型相关的位点。产道表型显示出性别特异性的遗传结构，这与生殖功能一致。较大的产道与较慢的步行速度、较少的背痛相关，但会增加患髋骨骨关节炎（osteoarthritis，OA）的风险；较窄的产道则与较低的盆底疾病风险相关，但会增加难产的风险。最后，产道宽度和头部宽度之间的遗传相关性为人类骨盆和大脑的共同进化提供了证据，部分缓解了产科困境。自人类与黑猩猩的谱系分化以来，人类骨盆的形状经历了显著的进化变化。这种转变包括骨盆管尺寸的减小，以支持双足运动。与此同时，人类的大脑体积也显著增大，这就产生了产科困境这一假说，该假说强调了婴儿的大脑体积较大与女性产道变窄之间的不匹配。这一假说在 20 世纪 60 年代首次提出，但由于样本量的限制和缺乏合适的数据类型，对这一经典假说的实证支持一直模棱两可。研究人员利用深度学习模型，从英国生物样本库中 31,115 人的双能 X 线吸收法（DXA）扫描数据中提取了一组 7 种骨盆表型，其中包括 3 种产道测量数据。为了阐明骨盆形态的遗传基础，研究人员对这 7 种骨盆特征进行了全基因组关联研究（GWAS），并将这些结果与分娩、运动和盆底功能相关的多种生理和临床结果相结合。研究人员还对相关的进化假说进行了检验，以进一步探索缓解产科困境的潜在进化反应。结果显示，所有骨盆比例都具有高度遗传性（约 32% 至 48%），对这些特征的全基因组关联研究（GWAS）确定了 180 个独立位点。与其他骨骼比例（如长骨长度）不同，耻骨下角决定了产道的大小，其性别间的估计遗传相关性明显小于 1，这与特定性别的生殖功能一致。此外，虽然骨盆比例表现出左右不对称，但这种不对称是不可遗传的，而是与利手性有关。研究人员进行了表型和遗传关联分析，将骨盆比例与产科困境的三个方面联系起来。对于与分娩相关的结果，较窄的产道表型与紧急剖宫产和因扩张不足导致的难产风险增加有关，但与胎儿体位导致的梗阻无关，这表明分娩对拓宽产道施加了选择压力。相反，较大的产道与步行速度降低、背痛风险降低有关，但髋骨骨关节炎（OA）风险增加，这表明缩小产道宽度对运动效率的终身影响是复杂的。然而，较大的产道宽度与生殖器脱垂和尿失禁风险显著增加有关，这表明盆底疾病带来了额外的限制。最后，研究人员调查了这种困境是否可能通过进化得到缓解。与最近对类人猿的研究证据一致，研究人员没有发现骨盆比例与妊娠期之间存在关联的证据，这表明并没有选择更早分娩。相反，研究人员观察到婴儿和成人的头部宽度与母亲的产道宽度存在遗传相关性。这项研究为一场持续了 60 年的人类进化争论提供了新的见解。除了产科困境假说最初提出的分娩压力外，研究结果表明，在人类向双足行走的转变过程中，盆底健康可能在缩小产道宽度方面发挥了重要作用，而不仅仅是运动。研究人员观察到的产道宽度与婴儿和成人头部宽度之间的遗传相关性，为人类大脑和骨盆的共同进化提供了支持。