《American Journal of Biological Anthropology》：How Allometry and Sexual Dimorphism Influence Cortical Bone Morphology at the Mandibular Symphysis in Modern Humans: A Comparative Study Using Elliptic Fourier Descriptors
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目的：现代人类下颌联合（mandibular symphysis）显示颏隆凸（mental prominence），这是人类谱系中的独特性状。除这一共有模式外，其形状和度量仍存在相当大的变异性。这种异质性被认为由多种机制导致，包括生物力学补偿（biomecha
目的：现代人类下颌联合（mandibular symphysis）显示颏隆凸（mental prominence），这是人类谱系中的独特性状。除这一共有模式外，其形状和度量仍存在相当大的变异性。这种异质性被认为由多种机制导致，包括生物力学补偿（biomechanical compensation）、异速生长（allometric）与饮食效应、群体遗传学或性二态（sexual dimorphism）。尽管这些过程对整体下颌形状的影响已有充分文献记录，但关于其对下颌皮质骨（cortical bone）分布影响的信息有限。因此，本研究评估了局部与整体异速生长（local and global allometry）、性二态和皮质面积（cortical area）对下颌联合皮质骨轮廓（symphyseal cortical bone contours）形状与大小的影响。方法：研究人员使用椭圆傅里叶描述符（Elliptic Fourier Descriptors, EFDs）分析了62例现代人类下颌骨的计算机断层扫描（computed tomography, CT）图像。使用嵌套多变量方法（nested multivariate approach）检验所研究变量对外部与内部皮质骨形状和大小的影响，并使用预测形状重建（predicted shape reconstructions）可视化形态变异。结果：在该样本中，性别和局部异速生长对下颌联合形状具有显著影响，且性别是局部异速生长的主要预测因子。皮质面积显著影响外部皮质骨轮廓的形状和大小，体重影响内部皮质骨轮廓的大小。结论：性二态、异速生长效应和生物力学补偿影响下颌联合的形状和大小。外部与内部皮质骨轮廓对这些效应的反应不同。未来研究可探讨其他相关因素对下颌联合形状和大小的影响。
研究背景与问题：现代人类下颌联合（mandibular symphysis）具有颏隆凸（mental prominence），为人类谱系独特性状。除共有模式外，联合形状和度量存在明显变异，可能涉及生物力学补偿（biomechanical compensation）、异速生长（allometry）、饮食、群体遗传和性二态（sexual dimorphism）。已有研究充分记录这些过程对整体下颌形状的影响，但对其如何影响下颌皮质骨（cortical bone）分布，尤其外部与内部皮质骨轮廓（cortical bone contours）的形状和大小，信息有限。现代人下颌相对纤细，皮质骨分布可能比整体形态更敏感于生物力学应力；联合存在牙槽部联合（dentoalveolar symphysis）与基底部联合（basal symphysis）的不同生长与改建过程。局部异速生长（local allometry，以质心大小（centroid size, CS）表征）与整体异速生长（global allometry，身高和体重）对联合形状的相对影响尚未被检验，联合皮质补偿的来源也未明。因此作者提出假设1：联合皮质骨形状与CS、性别、身高、体重或皮质面积（cortical area, CA）无关；假设2：联合皮质骨CS与性别、CA、身高或体重无关。
研究开展、结论与意义：Carla Degabriel、Ana Ribeiro、Ana?s Cavaré、Christine Couture、Pierre-Hadrien Decaup 等分析62例现代人类下颌骨CT（30女32男），用椭圆傅里叶描述符（Elliptic Fourier Descriptors, EFDs）量化外/内皮质骨轮廓，并以嵌套多变量模型和预测形状重建评估性二态、局部/整体异速生长和CA的影响。结果拒绝两个零假设：性别和局部异速生长与内外轮廓形状显著相关，性别是局部异速生长主要预测因子；CA仅与外部轮廓形状和大小相关，体重与内部轮廓大小相关；整体异速生长和年龄与形状无关。研究意义在于首次整合评估外/内皮质骨隔室对性二态、异速生长和补偿机制的不同响应，提示下颌联合皮质形态不能仅由异速生长或性二态解释，对进化与临床解释有启示。
关键技术方法：样本来自 New Mexico Decedent Image Database（NMDID；National Institute of Justice grant number 2016-DN-BX-0144）的62例现代人类下颌骨CT扫描（30女32男），纳入18–45岁、无肿瘤/遗传病/先天畸形、牙列与磨耗符合标准者。关键技术包括在Avizo重定向并重采样；3D Slicer行曲面多平面重建（curved multiplanar reconstruction）获取正中联合横断面；ImageJ数字化外/内皮质骨轮廓（每轮廓>31点，重采样为31点）；R的Momocs/geomorph行中心化、等距缩放、普氏对齐（Procrustes alignment）和椭圆傅里叶分析（elliptic Fourier analysis, EFA）；PCA降维，嵌套多变量MANOVA/ANCOVA/ANOVA筛选预测因子，逆傅里叶变换和预测形状重建可视化。
研究结果：3.1 谐波秩与排序（Harmonic Ranks and Ordination）：外部轮廓前7阶谐波、内部前8阶谐波达到至少99%累积谐波功率；PCA分别保留7和8个PC达到至少95%形状方差。3.1.1 PCA—外部皮质骨轮廓：PC1=62.9%、PC2=11.4%，合计74.3%；PC1反映整体凸度从宽圆到窄长，PC2反映舌侧与基底部曲率从圆到成角。3.1.2 PCA—内部皮质骨轮廓：PC1=54.5%、PC2=15.7%，合计70.2%；PC1从宽圆到窄长，PC2调节舌-基过渡从平滑到尖锐凸出。3.2 形状分析：3.2.1 平均形状：平均重建显示皮质厚度不对称，唇侧最薄、舌侧下部最厚，舌侧有对应颏棘（mental spines）的轻切迹；女性联合高度整体较低，男性厚度不对称更明显、联合更高，上颏棘更突出成角，女性相应区域更圆。3.2.2 形状—外部皮质骨轮廓：嵌套MANOVA/ANCOVA最终模型保留Log(CS ext)、性别和CA，解释22.9%形状方差；高CS与外部轮廓垂直拉长、上颏棘后缩相关，低CS与牙槽/基底部收缩、颊舌向扩张相关；男性上颏棘区更成角；高CA呈与CS相反模式（牙槽/基底收缩、颊舌扩张），上/下颏棘更突出、颏部更前突。3.2.3 形状—内部皮质骨轮廓：最终模型保留Log(CS int)和性别，解释10.6%；局部异速生长主要影响唇舌向，高CS牙槽/基底拉长，低CS颊舌扩张；女性上下颏棘较男性更圆。3.3 大小分析：3.3.1 大小—外部皮质骨轮廓：最终模型保留性别和CA，解释48.4%的Log(CS ext)方差；女性Log(CS ext)低于男性，CA显著。3.3.2 大小—内部皮质骨轮廓：最终模型保留性别和体重，解释36.6%的Log(CS int)方差；女性Log(CS int)低于男性，体重显著。共线性检查未发现严重问题；CA与CS ext相关r=0.57、与CS int r=0.31。
讨论与结论：讨论指出局部异速生长使牙槽-基底与颊舌向发生相互扩张/收缩，且外/内轮廓反应不对称；高CS个体相对皮质变薄，低CS相对增厚，符合Toro-Ibacache et al.提出的局部异速不足时皮质补偿；大个体联合垂直扩张可能适应弯曲应力，高CS颏部更膨隆但未更前突，内部轮廓颊舌收缩致舌侧下1/3增厚，位于wishboning（横向弯曲）张应力区，颏突与舌侧厚度可能功能相关；性二态方面女性厚度分布更均匀、轮廓更圆，男性更不均匀、舌/基局部增厚且更成角，控制异速后性差主要集中在舌侧，男性上颏棘更突、周围皮质增厚；原文提及男性生长周期较长、骨沉积/吸收/改建差异、咀嚼肌力与附着、bigonial breadth（下颌角间宽）和ramal area（升支面积）等可影响wishboning。大小上女性CS低于男性，原文认为可能涉及激素和咀嚼肌杠杆差异。CA仅预测外部轮廓，提示皮质面积增加主要经外部轮廓扩张，且CA相关形状与CS相反，支持外部皮质增生补偿较小联合尺寸；体重预测内部CS，原文认为其可能通过肌肉量/咬合力及脂肪-瘦体重比激素影响，外部CS更受终生补偿，内部CS更受早期生长和整体异速影响。年龄不显著，原文与Sella-Tunis et al.的差异归因于年龄范围和牙列状态/磨耗控制不同。总体认为联合皮质形态反映发育、生物力学和个体因素对不同皮质隔室的综合影响，外/内轮廓敏感性不同提示功能结构特化；啮齿类分子证据提示Sox9、Runx2、Osterix调控轴和极化血管侵入参与Meckel's cartilage中段区域骨化。局限包括解释方差有限（形状22.9%/10.6%，大小48.4%/36.6%）、样本均出生于美洲、部分体重>100 kg、体成分不可得、面部类型未评估；临床涉及下颌弯曲、种植支持修复、牙槽改建、联合区手术/种植及高联合薄颊侧皮质板风险。结论翻译：本研究首次综合评估性二态、局部和整体异速生长及潜在补偿机制对现代人类下颌联合外/内皮质骨轮廓的影响。结果显示联合形状和大小与个体、生物力学和发育因素的组合相关，且效应在皮质隔室间不同。这些发现强调在解释下颌形态时考虑个体生物学变异的重要性，尤其在临床和人类学背景中。未来结合纵向设计、功能数据和更大地理多样性样本的研究，对厘清这些复杂交互并改进对联合生长和适应的理解至关重要。
