通过分析颅穹窿(头骨的一部分，形成头部的圆形顶部并保护大脑)的测量结果，研究小组确定了30个与头部形状不同方面相关的基因组区域，其中29个以前没有报道过。

“自20世纪初以来，人类学家一直在推测和争论颅顶形状的遗传学，”皮特牙科医学院口腔和颅面科学教授、颅面和牙科遗传学中心联席主任、资深作者Seth Weinberg博士说。“我们从某些罕见的人类条件和动物实验中知道，基因在拱顶的大小和形状中起着重要作用，但我们对普通人群中典型特征的遗传基础知之甚少，比如是什么让一个人的头长而窄，而不是短而宽。”

这项研究揭示了导致人体这一部位变异的一些关键基因。

根据研究人员的说法，更好地理解驱动人类头部形状自然变化的因素的一个应用是为古人类学研究提供信息，有可能为现代人类的早期发展提供线索。

Weinberg和他的同事对6000多名青少年进行了磁共振(MR)扫描，提取出与颅穹窿对应的3D表面。在将三维拱顶表面划分为越来越小的解剖亚部分并量化这些亚部分的形状后，他们测试了超过1000万个遗传变异，以寻找与拱顶形状测量的统计关联证据。

Weinberg补充说:“以前对颅顶的基因研究只涉及少量相对简单的测量。”“虽然这些测量通常很容易获得，但它们可能无法捕捉到与生物学相关的特征。我们的分析使用了一种创新的方法，能够以更全面和细致入微的方式描述3D拱顶形状。这种方法提高了我们发现遗传关联的能力。”

一个重要的发现是，许多强烈的关联都是在头部和面部早期形成以及骨骼发育调节中起关键作用的基因附近。例如，RUNX2基因及其附近的变异与头骨形状的多个方面有关，RUNX2基因是协调头骨发育的主要角色。

虽然包括RUNX2在内的一些基因具有涉及整个拱顶的全局影响，但其他基因表现出更多的局部影响，仅影响拱顶的特定部分，如前额中央。

当研究人员比较了与欧洲、非洲和美洲原住民祖先的参与者的头部形状相关的30个基因组区域时，他们发现大多数遗传关联在这些不同的祖先群体中是共享的。

Weinberg说，尽管这项研究关注的是健康的参与者，但这些发现可能会揭示涉及颅顶疾病的生物学基础的重要线索。

其中一种情况是颅缝闭锁，当大脑仍在快速生长时，颅骨的骨头过早融合。如果不进行神经外科手术，颅缝闭锁会导致永久性毁容、脑损伤、失明甚至死亡。研究小组发现，与穹窿形状相关的三个基因(BMP2、BBS9和ZIC2)附近的变异也与颅缝闭锁有关，这表明这些基因可能在疾病的发展中发挥作用。

Weinberg说:“由于公共资助资源的可用性，这种研究是可能的。”“产生这些核磁共振扫描的原始研究侧重于了解大脑发育和行为。通过创造性地利用这些资源，我们已经成功地将发现推进到原来的范围之外。”

本研究由国家口腔与颅面研究所(R01DE027023, R01DE016886, R03DE031061和X01HL14053)和美国国立卫生研究院国家人类基因组研究所校内研究计划资助。

Journal Reference:

1. Seppe Goovaerts, Hanne Hoskens, Ryan J. Eller, Noah Herrick, Anthony M. Musolf, Cristina M. Justice, Meng Yuan, Sahin Naqvi, Myoung Keun Lee, Dirk Vandermeulen, Heather L. Szabo-Rogers, Paul A. Romitti, Simeon A. Boyadjiev, Mary L. Marazita, John R. Shaffer, Mark D. Shriver, Joanna Wysocka, Susan Walsh, Seth M. Weinberg, Peter Claes. Joint multi-ancestry and admixed GWAS reveals the complex genetics behind human cranial vault shape. Nature Communications, 2023; 14 (1) DOI: 10.1038/s41467-023-43237-8