從滴血認(rèn)親到STR分析：親子鑒定的前世今生 | 商周專欄
實際上，大多數(shù)人可能對“親子鑒定”一詞并不陌生，影視劇作品里也常有 “滴血認(rèn)親” 和DNA醫(yī)學(xué)檢驗的場景，而此次的社會事件，更是讓大家關(guān)注起了“利用親子鑒定用來確認(rèn)被拐賣人口身份”的話題。
親子鑒定怎么做？經(jīng)歷了哪些發(fā)展歷程？“滴血”是否真的能“認(rèn)親”？本文作者商周為從事過遺傳學(xué)研究的學(xué)者，黃巧娘則曾從事過親子鑒定工作，從古代滴血認(rèn)親的歷史講起，他們?yōu)榇蠹医榻B了親子鑒定的前世今生。
撰文 | 商周 黃巧娘
責(zé)編 | 王雨丹
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在描述血緣關(guān)系的時候，我們通常會用 “血親” “骨肉” “骨血” 等詞匯，在西方也大抵如此。英語中的Consanguinity（血緣關(guān)系）和德語里的Blutsverwandtschaft（血親）都來源于拉丁語的Cognatio一詞，指的是通過出生而建立的關(guān)系。
親子關(guān)系不僅事關(guān)感情，還涉及財產(chǎn)和地位的繼承，所以這種關(guān)系的不明確會帶來許多沖突和問題。為了解決或避免這種矛盾，人類歷史上發(fā)明過諸多不同鑒定親子關(guān)系的方法。比如，中國古代就有滴血認(rèn)親一說，通過觀察 “兩人的血是否相凝（合血法）” 或檢測 “一個人的血是否可以滲入另一個人的骨頭中（滴骨法）” 來判斷親子關(guān)系。雖然這種做法歷史悠久，而且看上去融入了 “骨血” 的概念，但實際上它十分荒謬，毫無道理。
沒有道理的認(rèn)親方法不僅出現(xiàn)在古代的中國。在中世紀(jì)的歐洲，判斷一名男子是否是一個孩子父親的方法之一，就是讓他在醫(yī)生、官員和牧師面前證明自己陰莖的勃起能力 [1]。即使到了科學(xué)日益昌明的18、19世紀(jì)的歐美，鑒別當(dāng)事人是否為生父的方法也只停留在觀察男子的精子是否有活力的水平之上 [1]。
人類之所以在鑒定親子關(guān)系上束手無策，是因為對遺傳學(xué)一無所知，不知道決定性狀的基因，也不知道人的基因一半來自父親、另一半來自母親。等到孟德爾利用豌豆雜交實驗開創(chuàng)了現(xiàn)代遺傳學(xué)之后，親子鑒定也就擺脫了蒙昧，迎來了新的紀(jì)元。
豌豆的黃綠圓皺和人類親子鑒定，這兩個事物看上去似乎毫不相關(guān)，但這恰恰是基礎(chǔ)研究如何指導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用的一個典型例子。
有趣的是，第一個科學(xué)的親子鑒定方法還是和 “血” 有關(guān)，即血型分析。1900年奧地利科學(xué)家卡爾·蘭德施泰納（Karl Landsteiner ，1868-1943）發(fā)現(xiàn)了ABO血型系統(tǒng)（注：因為發(fā)現(xiàn)了A、B、O、AB四種血型中的前三種，蘭德施泰納在1930年獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎）[2]。二十多年后，德國科學(xué)家費利克斯·伯恩斯坦（Felix Bernstein，1878-1956）發(fā)現(xiàn)血型的遺傳也遵循孟德爾法則，由一個包括IA、IB、i三個等位基因的位點所決定，其中IA和IB都是顯性 [3]。
如上圖所示，人類的ABO血型的基因型有六種：IAIA、IAi、IBIB、IBi，IAIB和ii,它們分別對應(yīng)的血型是A、A、B、B、AB、O。知道了血型和基因型的關(guān)系，就可以通過血型來推導(dǎo)可能的基因型，并對父母和子女的基因關(guān)系做出判斷。上世紀(jì)二十年代，這項技術(shù)就開始被用到了親子鑒定里。
我們還是用實際情況來舉例說明。
在沒有代孕技術(shù)的年代，生母就是孩子的生物學(xué)母親，所以親子鑒定主要是檢測父親的身份。要鑒定一個男子是否為孩子生父，首先要做的是測定孩子和生母的血型，當(dāng)這兩個指標(biāo)確定后，就可以去推斷生父血型的可能性。
假設(shè)孩子的血型是A， 生母的血型也是A，那么生父的血型則可能是A、B、AB和O里的任何一種。在這種情況下，不僅無法確定一名男子是孩子的生父，也無法認(rèn)定他不是孩子的生父（非父）。
但假設(shè)孩子血型是A，而生母的血型是B，那么生父的血型則只可能是A和AB，而不可能是B和O。如果一名男子的血型是B或O的話，他就肯定不是孩子的生父。在這種情況下，雖然同樣不能確定一名男子就是孩子的生父，但在某些情況下可以將非父排除。
上面的表格里列出了孩子和生母血型的所有可能性組合，以及被鑒定男子可能是孩子生父（綠色）以及不可能是孩子生父（紅色）兩種情況下的血型分布。從上面這個總結(jié)表里可以看出，利用血型來進(jìn)行親子鑒定無法確定誰是孩子的生父，但有大約29%的概率能將非父排除。
這顯然不是一個理想的結(jié)果。但作為親子鑒定科學(xué)方法的先驅(qū)，它為后來的方法提供了借鑒。因為，血型分析之所以在親子鑒定上表現(xiàn)不佳，主要是由于血型只取決于一個基因位點，而且這個位點只有三種等位基因，所以在多態(tài)性上非常有限。而要在方法上有所提高，就要提高所檢測指標(biāo)所代表的基因的多態(tài)性。
在之后發(fā)展起來的血清學(xué)分析和HLA（Human Leukocyte Antigen，人類白細(xì)胞抗原）分型就是在這樣的思路下發(fā)展起來的。尤其是上世紀(jì)七十年代開發(fā)出來的HLA分型法，更是讓親子鑒定的準(zhǔn)確性有了較大的提高。HLA是決定免疫反應(yīng)的一類分子，主要功能是將抗原呈遞給淋巴細(xì)胞。為了對付難以計數(shù)的外來病原體，HLA分子進(jìn)化出了極高的多態(tài)性：不僅由多個基因編碼，而且每個基因都有多個等位基因。利用HLA分型（注：指HLA抗原分型，而不是現(xiàn)在的HLA基因分型）雖然仍不能確定孩子的生父，但將排除非父的概率提高到了80%以上 [4]。
對具有高度多態(tài)性的HLA進(jìn)行分型，卻依然無法確定孩子的生父，主要原因是這樣檢測的依然是多態(tài)性有限的表型，而不是具有更高多態(tài)性的基因型。而當(dāng)分子生物學(xué)有了長足的進(jìn)展之后，基因水平的親子鑒定方法也就被開發(fā)了出來。
首先使用的基因分析方法是上世紀(jì)八十年代出現(xiàn)的RFLP（Restriction Fragment Length Polymorphism，限制性內(nèi)切酶片段長度多態(tài)性）[5]，其原理是用限制性內(nèi)切酶對被檢測的DNA進(jìn)行剪切，再根據(jù)剪切后的結(jié)果進(jìn)行判斷。限制性內(nèi)切酶本來是細(xì)菌進(jìn)化出來切割噬菌體（感染細(xì)菌的病毒）DNA的武器，比如最常見的EcoRI內(nèi)切酶就來自大腸桿菌。當(dāng)這些限制性內(nèi)切酶被科學(xué)家發(fā)現(xiàn)后，它們就被用來作為剪切DNA的分子生物學(xué)工具。
如果把人的DNA比作一根長長的繩子，限制性內(nèi)切酶就好比一把剪刀，它能夠識別這根繩子上一些特異性的位點，并在這些地方把繩子剪成大小不一的片段。如果DNA這根繩子在某個識別位點上發(fā)生了變異，讓限制性內(nèi)切酶無法識別，那么它們在這里就剪不開。因為這種識別位點上的多態(tài)性，不同人的DNA在被同一種限制性內(nèi)切酶剪切后，出現(xiàn)的片段數(shù)量和大小會有所不同。將多個限制性內(nèi)切酶的剪切結(jié)果綜合起來，就可以構(gòu)成高精度的個人DNA圖譜。正是因為這個DNA圖譜的高度精確性，RFLP分析法不僅可以將非父排除，而且可以準(zhǔn)確地認(rèn)定誰是孩子的生父。
雖然RFLP分析法效力足夠強大，但操作起來卻很不方便。于是，出現(xiàn)后不到十年它便被另一種更具優(yōu)勢的基因分析方法代替：STR分析（Short Tandem Repeat，短串聯(lián)重復(fù)序列）。STR分析方法出現(xiàn)于上世紀(jì)八十年代末，它的科學(xué)基礎(chǔ)來自八十年代的兩個分子生物學(xué)進(jìn)展：PCR擴增技術(shù)和DNA上STR序列的發(fā)現(xiàn) [6,7]。這種方便快捷的方法一經(jīng)出現(xiàn)便迅速被應(yīng)用到親子鑒定領(lǐng)域中，并且一直沿用至今。
進(jìn)入二十一世紀(jì)后，分子生物學(xué)進(jìn)入了快速發(fā)展的車道，親子鑒定在方法學(xué)上也有了更多的可能：比如單核苷酸多態(tài)性（Single Nucleotide Polymorphism，SNP）芯片分型和二代測序等更加現(xiàn)代的方法都先后被開發(fā)了出來。雖然這些更現(xiàn)代的方法功能非常強大，但并沒有撼動STR分析法在這一領(lǐng)域的統(tǒng)治地位（主要是成本原因），只是偶爾在一些STR分析不適用的場合使用（比如胎兒無創(chuàng)親子鑒定里，需要通過檢測母體血液中游離的胎兒DNA來對胎兒進(jìn)行基因分析）。
那么，在親子鑒定領(lǐng)域一統(tǒng)江湖的STR分析法是如何工作的呢？
STR分析在親子鑒定中的工作原理
STR指的是基因組上的一些短的DNA堿基序列（長度為1到6個或更多堿基）的簡單連續(xù)重復(fù)，不同的重復(fù)次數(shù)導(dǎo)致了這一區(qū)域DNA堿基長度上的不同。這種重復(fù)的次數(shù)從幾次到幾十次不等，如果把控制血型的基因位點的三個等位基因A、B、O比喻成紅黃綠三色的話，那STR位點的多態(tài)性就像一個有著諸多色彩的斑斕世界。單一位點上的高度多態(tài)性，再加上這樣的位點在人類基因組上數(shù)以千計的存在，讓STR分析成為了繪制高精度的DNA個性圖譜的天然資源。在實際操作中（比如親子鑒定），只需將含有STR位點的基因片段用PCR的方法進(jìn)行擴增，然后通過檢測所擴增出來的DNA片段的長度，就可以繪制一個人的個性DNA圖譜。
正是因為其高精度、低成本和易操作的特性，STR分析便一直 “統(tǒng)治” 著親子鑒定這一領(lǐng)域。
下面舉個例子，來說明STR分析法是如何進(jìn)行親子鑒定的。
如上圖所示，假設(shè)孩子在某個STR位點上的基因型是（9重+6重）（1重指的是一個STR基本序列的一個重復(fù)）, 生母的基因型是（9重+8重）。所以孩子的生父在這個STR位點上必須帶有6重才行，比如帶有（11重+6重）基因型的可能是生父，而帶有（11重+2重）基因型的則為非父。
寫到這里，有讀者應(yīng)該能看出來，單個的STR位點也無法認(rèn)定誰是孩子的生父，同樣只能把部分人鑒定為非父。舉個例子，D3S1358是一個常用來做親子鑒定的STR位點，這個位點的17重的等位基因在福建漢族人群中的概率是20%左右。假設(shè)被鑒定人必須攜帶D3S1358的17重才可能是孩子的生父的話，那么這一個位點的檢測就可以把人群中60-70%左右的漢族男子作為非父排除掉。
雖然單個位點無法滿足親子鑒定的要求，但STR位點在基因組上數(shù)以千計，采用多個位點組合的辦法就可以準(zhǔn)確地完成親子鑒定的任務(wù)。為了達(dá)到利用盡量少的STR位點就完成親子鑒定的目的，被選來做分析的位點應(yīng)該遵循三個基本原則：一是在當(dāng)?shù)氐娜巳褐杏休^高的多態(tài)性，方便提高分辨能力；二是多態(tài)性穩(wěn)定（突變率小于0.2%），防止因為位點突變而帶來的結(jié)果混淆；三是被選用的STR位點在整個基因組上相對均勻地分布，避免兩個STR位點在同一染色體上靠得太近。
在實際應(yīng)用中，一般采用的是20個左右的具有高度多態(tài)性的STR位點組合，這種組合可以確定累計非父排除概率（Cumulative Probability of Exclusion, CPE），達(dá)到親權(quán)鑒定技術(shù)規(guī)范的國家標(biāo)準(zhǔn)（GB∕T 37223-2018）。這里說的內(nèi)容都是認(rèn)定非父（母）的可能性，那么如何認(rèn)定被檢測人就是孩子的生父（母）呢？
要做到這一點，需要在上述基礎(chǔ)上進(jìn)一步評估被檢者與孩子有親生關(guān)系的可能性大小（親權(quán)機會）。這里需要再引入一個概念：親權(quán)指數(shù)（ Paternity Index，PI），即親權(quán)關(guān)系鑒定中判斷遺傳證據(jù)強度的指標(biāo)，它表達(dá)的是被檢測人是孩子生父（母）的概率與隨機人是孩子生父（母）概率的比值。
假設(shè)被檢測個體是孩子生父（母）的概率為 X， 隨機個體是孩子生父（母）的概率為 Y，仍以上面提到的D3S1358位點為例，假設(shè)生父（母）必須攜帶的等位基因是D3S1358-17重，而被檢測人的基因型是（17重+17重），他提供生父基因 D3S1358-17重的概率為1（即X=1）。隨機男人提供生父基因 D3S1358-17的概率為該基因的頻率（即Y=0.208）。因此，這里的親權(quán)指數(shù)（PI）值為 1/0.208=4.808。如果被檢人的確是孩子的生父，則不論檢測多少位點，他都不會被認(rèn)定為非父。所以當(dāng)多個STR位點用于親子鑒定時，假設(shè)每個位點的親權(quán)指數(shù)分別為PI1，PI2，PI3，PI4……PIn，n個STR位點的親權(quán)指數(shù)相乘則為累計親權(quán)指數(shù)（Combined Paternity Index，CPI），即：
CPI=PI1×PI2×PI3×…×PIn
根據(jù)GB∕T 37223-2018親權(quán)鑒定技術(shù)規(guī)范規(guī)定，鑒定使用的遺傳標(biāo)記累計非父排除效率≥99.99%，且累計親權(quán)指數(shù)大于10000時，就可以支持被檢測人是孩子生父（母）的判斷。
從以上原理可以看出，如果檢測樣本有子女、母親和父親三方，那么達(dá)到親子鑒定目的所需要的STR位點就會少一些，一般20個左右的STR位點檢測就可以達(dá)到目的。而當(dāng)檢測樣本只有子女和父母一方的時候（如子女-父親、子女-母親），需要的STR位點就會多一些，有時會出現(xiàn)20個位點檢測后依然不能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況，這時候就需要增加檢測STR位點的數(shù)量。
但無論如何，利用STR位點的檢測可以準(zhǔn)確地判斷子女和生父（母）的親子關(guān)系。
親子鑒定的實際應(yīng)用和現(xiàn)實問題
作為一項精確的技術(shù)，親子鑒定已經(jīng)在我們的生活中得到了廣泛的應(yīng)用。由于親子鑒定的結(jié)果有時可能會帶來一些負(fù)面的社會問題，因此不少國家為親子鑒定的應(yīng)用范圍制定了相應(yīng)的法規(guī)，而且不同國家的規(guī)定也有所不同。
◆ 認(rèn)親、移民
◆ 繼承財產(chǎn)、辦理戶口
◆ 被拐賣人口的身份確認(rèn)
◆ 丈夫懷疑孩子不是親生
◆ 懷疑在產(chǎn)房抱錯嬰兒
◆ 遇難者辨識：殘骸身份確定
最近，因為 “徐州豐縣生育八孩女子” 事件，親子鑒定用來確認(rèn)被拐賣人口身份的話題受到了人們的關(guān)注。根據(jù)@徐州發(fā)布2月10日發(fā)布的通報，相關(guān)部門對被鎖女子（即“八孩母親”）、光某英（小花梅同母異父妹妹）與普某瑪（已去世，小花梅母親）生前遺物進(jìn)行DNA檢驗比對，結(jié)果為普某瑪與被鎖女子、光某英符合母女關(guān)系，結(jié)合調(diào)查走訪、組織辨認(rèn)，認(rèn)定被鎖女子即是小花梅 [8]。
可能是因為在這一事件上相關(guān)部門發(fā)出的通報有前后矛盾之處（比如之前的通報否定人口拐賣，但最近的通報卻承認(rèn)了這一事實），@徐州發(fā)布2月10日的這份通報甫一發(fā)布便遭到了一些網(wǎng)友的質(zhì)疑。需要指出的是，部分網(wǎng)友質(zhì)疑的并不是親子鑒定技術(shù)本身，而是普某瑪?shù)纳斑z物是否依然可以提取到用來做鑒定的DNA。
的確，只要普某瑪?shù)腄NA順利獲得，那么她是不是被鎖女子的生母肯定會有一個確定的答案。一般來說，用來進(jìn)行身份鑒定的DNA樣本來源可以多樣，主要包括血液、毛囊、口腔黏膜、精液等。如果以上樣本無法獲得，那么其他一些和被檢測人相關(guān)的間接樣本也可以用來檢測，比如穿過的衣物、嚼過的口香糖等，但關(guān)鍵是需要其中帶有被檢測人的細(xì)胞，而且不能存在他人細(xì)胞的污染。
那么，去世幾年的人的遺物是否能提取到DNA并用來進(jìn)行身份鑒定呢？這需要看具體情況，比如遺物上留有被檢測人的血液，那應(yīng)該就可行。但如果這些遺物上沒有被檢測人的細(xì)胞，或者這些遺物被他人使用過并留下了他人的細(xì)胞，那應(yīng)該就不行。所以，在這件事情上，官方通報如果能給出一些細(xì)節(jié)，或者委托獨立的第三方來進(jìn)行檢測，將會對事件的澄清有所幫助。
從被鎖女子被拐賣的這一事件，還可以引申出另一個有關(guān)認(rèn)親鑒定的問題。因為被拐賣的人口（尤其是婦女）大多發(fā)生在上世紀(jì)，她們的父母已經(jīng)部分離開了人世。所以，關(guān)于被拐賣人身份的認(rèn)定，有時候會遇到這樣一個問題：沒有父母的DNA，是否還可以幫助他們找到自己的家？
要回答這個問題，我們需要回到親子鑒定原理的核心部分：子女從父母雙方各繼承了一半基因。也就是說，子女的基因多態(tài)性肯定是從父母那里得到的，而且父母雙方各一半。正是因為這種確定性，讓判斷子女與父母的關(guān)系成為了可能。
而當(dāng)父母已經(jīng)不在或無法準(zhǔn)確獲得其DNA的時候，兄弟姐妹的DNA可以用來做認(rèn)親的同胞關(guān)系鑒定嗎？
從理論層面來看，就像當(dāng)事人一樣，他（她）的兄弟姐妹也都從父母那里各繼承了一半的基因。但需要指出的是，每個人繼承的那一半并不相同，這也是為什么兄弟姐妹間在外貌上可能相似但不會相同（單卵雙生子除外）。所以，如果用親子鑒定的方法去分析當(dāng)事人和兄弟姐妹的DNA時，他們之間可能會在很多位點上有一致之處，但卻無法百分之百確定二者就是來自同一父母，只能得出一個傾向性的結(jié)論。
在實踐層面上，根據(jù)根據(jù)2021發(fā)布的《生物學(xué)全同胞關(guān)系鑒定技術(shù)規(guī)范》SF/T 0117-2021（下稱 “規(guī)范”），全同胞鑒定可以進(jìn)行。根據(jù)這個規(guī)范，19個STR位點是必檢位點，還可以根據(jù)需要去補充更多的檢測位點（注：檢測位點越多，檢測的效能越高）。被檢測的二人在所檢測位點的等位基因的一致性，或者是根據(jù)這個指標(biāo)計算出來的同胞關(guān)系指數(shù)，就是評估他們是否為全同胞的指標(biāo)。
我們可以用更容易理解的 “等位基因的一致性” 這個指標(biāo)來做進(jìn)一步說明。假如使用的是規(guī)范里規(guī)定的19個必檢STR位點，它的效能是0.5655。19個位點一共有38個等位基因， 通過比較被檢測兩人在這38個等位基因的狀態(tài)，可以得出累計狀態(tài)一致（Combined Identity by State，CIBS）的數(shù)值。當(dāng)這個數(shù)值大于22的時候，可以做出 “傾向于認(rèn)為兩名被鑒定人為全同胞” 的判斷。假設(shè)檢測的STR位點高達(dá)39個，檢測的效能就可以提高到0.9782，CIBS大于40，也可以做出 “傾向于認(rèn)為兩名被鑒定人為全同胞” 的判斷（如下表）。
所以，無論是理論層面還是實踐層面，全同胞的鑒定能給出的都是一個傾向性的結(jié)論。如果被用來鑒定的是同父異母或者同母異父的姐妹關(guān)系（或是更遠(yuǎn)一些的堂兄妹或表兄妹的關(guān)系），這種不確定性就會更大一些。
雖然無法100%肯定同胞關(guān)系，但這不妨礙幫助被拐賣人找回他們的親人。還有一個辦法就是增加被檢的人數(shù)和檢測的STR位點。在被檢測人的選擇上，最好包括所有的兄弟姐妹。如果兄弟姐妹也沒有，那來自父母上方血緣關(guān)系最近的親屬也會有所幫助。當(dāng)檢測位點和人數(shù)足夠多的情況下，憑借極高概率的傾向性結(jié)論，結(jié)合社會學(xué)因素，同樣可以幫助被拐賣人找回自己的家庭。
正是因為STR分析技術(shù)的先進(jìn)性和確定性，它已經(jīng)成為了幫助被拐賣人口認(rèn)親的強大工具。目前，我國相關(guān)部門已經(jīng)利用STR分析技術(shù)為部分因人口拐賣而失去骨肉的家庭建立了DNA庫，以便和那些失散的兒童及婦女進(jìn)行對比認(rèn)親。希望這一技術(shù)能幫助盡量多的失散者找回自己的父母家人，重新享受家庭的幸福。
當(dāng)然，最好，這樣的 “失散” 不再發(fā)生。
制版編輯 | 姜絲鴨
