Cell Reports：世界上另一个你？长相相似、没有血缘的两个人可能基因型也相似！

自1999年以来，加拿大艺术家弗朗索瓦·布鲁内尔一直在全球范围内拍摄长相相似的陌生人。研究团队招募了其摄影作品背后的参与者，共获得32对（共64人）头像照片（图1A），并使用深度卷积神经网络、MatConvNet algorithm和Microsoft Oxford Project face API等三种不同的面部识别算法进行了分析。所有参与者都完成了一份全面的生物特征和生活方式问卷，并提供唾液DNA用于多组学分析。

研究团队使用数百万张面部图像对模型进行训练，包括姿势、发型、表情、年龄和配饰的差异，阳性对照来自圣母大学双胞胎数据库的同卵双胞胎照片。结果显示，32对相似头像中有16对（50%）被三个面部识别系统同时匹配，其相似性分数与从同卵双胞胎中获得的相似性分数一致（图1）。接下来，研究团队进一步分析了这16对参与者。

图1. 相似人类配对的面部识别算法和多组学方法。来源：Cell Reports

研究团队在基因组、表观基因组和微生物组三个生物学信息水平上分析了参与者提供的唾液DNA（图2A）。上述16对长相相似的参与者中，13对具有欧洲血统，1对西班牙裔，1对东亚和1对中南亚。基因组分析结果显示，在16对参与者中有9对（56.2%）在无监督聚类分析中聚类在一起，这9对参与者被认为是“超相似”。相比之下，未通过三个面部识别系统的16对（图1C）参与者只有一对聚类在一起（6.2%）。

研究团队在9对超相似参与者的基因组中注释了3,730个基因的19,277个单核苷酸多态性（SNP）位置，作为与相似性相关的指示性SNP。这些SNP对应非单态位置，其中每对超相似参与者都共享基因型。研究人员观察到，超相似参与者的相似配对比同卵双胞胎更高（图2C），表明SNP聚类中的相似配对与家族基因型无关，而是与遗传相似性的一个独特子集相关。

图2. 相似人类配对的基因组特征。来源：Cell Reports

相似的“身份”也可能存在于其他组学信息中，例如DNA甲基化组和微生物组。研究发现，根据DNA甲基化模式和SNP基因分型，16对相似配对中只有一对（6.25%）聚类在一起，表明长相相似的人的表观基因组是不同的。

DNA甲基化在面部形态中发挥作用可能有两种途径：表观遗传年龄和甲基化数量性状位点（meQTL）。研究团队根据实际年龄或表观遗传年龄计算了16个相似队列中的绝对年龄差异，发现超相似组和非超相似组之间年龄没有明显差异；与非超相似组相比，超相似组中的表观遗传年龄差异较小。在分析指示性SNP的CpG位点甲基化状态时，研究团队发现16个相似对中有3个聚集在一起，这3对都属于超相似组。上述结果表明，DNA甲基化作为生物学年龄和meQTL的标志物，也可以为超相似者提供表型共性。

同时，研究团队在微生物组也观察到了类似的情况。根据所研究口腔样本中存在的细菌类型，只有一对参与者的菌群聚集在一起（图3C）；根据存在的每条细菌链的数量，也只有一对相似的聚类（6.25%，图3D）。上述结果表明，长相相似的人大多不共享一个微生物组。口腔微生物组与肥胖有关，面部脂肪可能影响长相相似性。研究团队发现，与非超相似组相比，超相似组之间的体重差异较小。因此，口腔微生物组可能通过其与脂肪含量的关系，促成了相似的表型。

图3. DNA甲基化和微生物组分析。来源：Cell Reports

最后，研究团队分析了所有参与者的生物特征和生活方式属性，共有68个参数被纳入并转换为数值或逻辑变量。结果显示，长相相似的参与者在体重、身高等身体特征以及吸烟、教育等行为特征方面也相似，表明具有相似面孔的人也可能共享与其相同基因变异相关的更全面的身体表型，甚至是行为表型。

图4. 长相相似参与者的生物特征和生活方式分析。来源：Cell Reports

研究团队在分子水平上分析了拥有相同面部特征的随机人群，并使用3种不同的面部识别算法确定了这些人相似度的客观衡量标准，共识别出19,277个常见的SNP。通过进一步的DNA甲基化和微生物组分析，发现长相相似的人的身体特征、行为特征都是相似的。这些发现为未来在生物医学、进化和法医学等各个领域的应用提供了分子基础。

参考文献：

Joshi RS, Rigau M, García-Prieto CA, et al. Look-alike humans identified by facial recognition algorithms show genetic similarities. Cell Rep. 2022 Aug 23;40(8):111257. doi: 10.1016/j.celrep.2022.111257. PMID: 36001980.