諾獎黃金周將至,不例外,我們繼續傳統,展望今年的諾獎(文末有頒獎時間表)。
在20(鏈接)和21(鏈接)兩年的諾獎預測中,小編都將無創產前診斷先驅、港中文醫學院教授盧煜明(Dennis Yuk Ming Lo)列為熱門人選。上月28日,素有諾獎指針之稱的拉斯科醫學獎——臨床醫學獎授予盧煜明教授(鏈接),為即將到來的諾獎打響前哨(想必老盧這幾天是睡不好了)。

在小編眼中,老盧仍然是今年的諾獎人選(只要還沒拿獎,每年都是)。相信關于無創產前診斷的報道在這幾天會很多了。作為全網第一“盧吹”,小編這次換個角度,談談盧教授無創產前診斷的科研之路。以下內容,大部分由小編基于香港公開大學《公大講堂》欄目中盧煜明教授的近期演講構成,原視頻見文末。由于小編非領域內專業人士,整理中錯漏難免,不代表盧煜明演講內容。
先說句題外話,可能有網友好奇,盧的英文名看著似是而非,這是因為它是粵語發音的英文轉寫,其實嚴格說也不對,例如李嘉誠Li Ka Shing的ka并非嘉字的讀音,我們不做深究。這里yuk(煜)是很經典的入聲字,k不發音。
緣起牛津
盧煜明于1963年出生于香港。在牛津大學攻讀博士學位。據盧自述,其對于無創產前診斷的原始想法產生于在這里求學之時(圖2)。彼時,若想在產前得知胎兒在DNA水平上有無問題是一件很困難且有一定風險的事:需要做羊膜刺穿,伴有0.5%的流產風險。他想到,如可以直接從孕婦血漿內檢測到胎兒DNA,不就可以規避了這一問題,且保證了檢測準確?

這一想法當時看來是匪夷所思的,因為很難想象孕婦體內出現胎兒的細胞。盧煜明展開了大膽的求索。盧煜明由最簡單的實驗開始——如果假設成立(也就是胎兒有細胞流入母親體內)那么最簡單的可以被檢測的情形應該是,如果胎兒是男嬰,則可以抽取母親血液從而在染色體水平檢測到Y染色體。盧煜明借了一間實驗室,采用對Y染色體親合力強的一種染料對孕婦血液染色,果然發現了神奇的現象(圖3):

圖3(中)里面的黑點指示,孕婦血液里有Y染色體出現,由于孕婦的性染色體是XX,這直接表明該Y染色體來自于胎兒細胞,也就是說假設成立。
然而,接下來研究的進展并不如想象中順利。盧煜明意識到,盡管在孕婦體內的而且確檢測到了胎兒的DNA,但當時的檢測技術并不穩定。比如說,如果只是停留在,對Y染色體的檢測,那么,用盧的原話“如果個孕婦陀緊個系BB女(如果懷了個女娃)”,怎么辦呢?這時候,老盧的獎學金用光了,這似乎意味著他將暫時和這個自己開創的剛剛嶄露頭角的新技術揮手作別。

事情突然有了轉機。97年,老盧看到了有論文報道了癌細胞釋放DNA到胞外的現象。他于是聯想到,也許在孕婦體內檢測到的胎兒的DNA釋放在細胞外浮游?
這個大膽的想法迅速被其本人驗證了。他采用了一種現在看來(其實當時看來也是)非常簡陋的方式,用煮的辦法處理血漿,然后拿幾滴做測試。據盧自述,這是煮方便面帶來的靈感(可見英國的飯菜確實難對國人的胃口,圖5)。顯然,之前這些DNA未被發現的原因在于,研究人員往往聚焦于細胞,而把實際上含有胎兒DNA的孕婦血漿倒掉。

發揚光大
也是在97年,盧煜明教授回到香港在香港中文大學(CUHK,圖6)擔任教職。

顯然,老盧不滿足于停留在對性別的產前辨別,而是要進一步推廣該技術做產前先天性疾病的診斷中去。
一個很重要的先天性DNA缺陷疾病叫21三體綜合征(圖7),也稱唐氏綜合征。請注意,唐氏綜合征非遺傳病,其是由異常細胞分裂造成的基因障礙,導致細胞內的第21對染色體多了一條拷貝。對于唐氏綜合征,用傳統的檢測方式有20%以上漏檢幾率,而用羊膜刺穿則有0.5%的流產率(相信當過父母的都知道)。
前面寫了,當時盧的技術是針對孕婦血液中浮游的胎兒DNA,而唐氏綜合征的檢測需要對每個細胞內的第21對染色體進行點數。另一個問題是,孕婦體內的胎兒DNA量很小,不易得到。這樣來看,尚需要新的技術。

老盧采取了single molecular (digital) testing(圖8)的方法,從而將胎兒的DNA(下圖黃色)與母親DNA成功剝離。小編對此技術毫無了解,略過。

冤家路窄
盧教授的文章投稿到《美國科學院院刊》PNAS發表。另其驚訝的是,數周之后,在這本大名鼎鼎的學術起看上有一篇內容類似的文章見刊,通訊作者為斯坦福大學的Stephen Quake。而兩篇文章投稿日期是同一天(圖9)!

盧煜明后面改進了技術。08年的時候,他的文章再次在PNAS刊出。神奇的是,數周之后,PNAS又有相似的一篇文章見刊,還是Quake實驗室(圖10)!

那么Quake是何許人也?其實,關于這位老兄,在前文已經出現了。感興趣的讀者可以對照上圖右,然后前往圖4仔細找找看是圖中的哪位。以下分割線。
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對了,就是在右下角綠色框框框起來側對觀眾的物理系畢業生(圖11)。

13年,盧煜明同Quake共同當選為美國科學院院士,世界真的太小了。三人當時又合影一張,和當年牛津博士畢業時候的站位一致,不過Quake這次找對了鏡頭(圖12)。

11年時,按照盧煜明實驗室的文章,該技術在實驗中已達到99%的21三體綜合征檢測準確率(圖13)。
推向市場
隨著技術上日臻完善,盧煜明認為產業化的時機漸漸成熟。于是,老盧開始尋求同公司的合作及支持。
然而,老盧一開始卻碰了壁,他們將無創產前檢測技術授權于一家不識貨的英國公司,不僅沒有拿去搞市場化,反而后來將其退貨給了老盧。老盧一氣之下,又將該技術授權給了美國的公司Sequnom(圖14)。

這一次,盧教授在商場又遇上了老對手——斯坦福大學的Quake,他們也在做同樣的事情。這一次,涉及商業利益,兩人在美國打起了了漫長的官司。
還好,最終的結果是大家都覺得耗不起,不如握手言和,達成庭外和解,兩家公司均可使用該技術專利。該技術于11年正式推出(圖15)。英文寫作noninvasive prenatal testing (NIPT)。

該技術現在已在全球90多個國家或地區采用。在中國大陸,超過400萬孕婦采用了這項技術做產前檢測。
盧煜明后面的研究繼續推廣了這項技術,從對特定疾病的檢測到繪制整個基因圖譜,這些內容感興趣的讀者請參看盧近年的論文。有趣的是,盧自述其最初的想法是收到電影《哈利波特》的啟發。此外,盧煜明的研究還在擴展技術的應用范圍到癌細胞DNA的檢測,并在很大程度上推動著相關領域的研究。
與此同時,盧煜明教授也積極地做著角色的轉變,成立了自己的生物公司(雅士能)致力于相關技術的開發和應用(圖16),在學術界內還是商業上都取得了驕人的成績。

技術以外
耀眼成績之外,我們也應注意到伴隨而來的困惑和爭議。如果檢測結果顯示胎兒有某些先天疾病,父母可以采取哪些措施呢?這些胎兒DNA信息的獲取和使用,又應該受到怎樣的約束?這些是很重要也很復雜的問題,牽涉法律、倫理、宗教等很多非科學因素,遠超本文范圍,但值得深思。
隨著美國今年有關反墮胎的一系列爭議事件,社會層面風向似乎朝著對于無創產前檢測技術不利的一面進行。不知道今年的拉斯克獎是不是美國科學界不同的見解的寫照呢。
花落誰家
今年的諾獎花落誰家,請鎖定一下時間(北京時間)。
生理學醫學獎10.3 17:30
物理學獎 10.5 17:45
化學獎 10.4 17:45
文學獎 10.6 19:00(不知道為啥遲比其他的兩個小時)
和平獎 10.7 17:00
經濟學獎 10.10 17:45
備注
1.本文屬于科學史科普文章,若想了解無創產前檢測技術及其應用請讀者咨詢相關人士。
2.OUHK -《公大講堂》無創性產前診斷:從夢想到現實(盧煜明教授)【粵語】