諾獎(jiǎng)黃金周將至,不例外,我們繼續(xù)傳統(tǒng),展望今年的諾獎(jiǎng)(文末有頒獎(jiǎng)時(shí)間表)。
在20(鏈接)和21(鏈接)兩年的諾獎(jiǎng)?lì)A(yù)測中,小編都將無創(chuàng)產(chǎn)前診斷先驅(qū)、港中文醫(yī)學(xué)院教授盧煜明(Dennis Yuk Ming Lo)列為熱門人選。上月28日,素有諾獎(jiǎng)指針之稱的拉斯科醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)——臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予盧煜明教授(鏈接),為即將到來的諾獎(jiǎng)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(jiǎng)人選(只要還沒拿獎(jiǎng),每年都是)。相信關(guān)于無創(chuàng)產(chǎn)前診斷的報(bào)道在這幾天會(huì)很多了。作為全網(wǎng)第一“盧吹”,小編這次換個(gè)角度,談?wù)劚R教授無創(chuàng)產(chǎn)前診斷的科研之路。以下內(nèi)容,大部分由小編基于香港公開大學(xué)《公大講堂》欄目中盧煜明教授的近期演講構(gòu)成,原視頻見文末。由于小編非領(lǐng)域內(nèi)專業(yè)人士,整理中錯(cuò)漏難免,不代表盧煜明演講內(nèi)容。
先說句題外話,可能有網(wǎng)友好奇,盧的英文名看著似是而非,這是因?yàn)樗腔浾Z發(fā)音的英文轉(zhuǎn)寫,其實(shí)嚴(yán)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(jīng)典的入聲字,k不發(fā)音。
緣起牛津
盧煜明于1963年出生于香港。在牛津大學(xué)攻讀博士學(xué)位。據(jù)盧自述,其對于無創(chuàng)產(chǎn)前診斷的原始想法產(chǎn)生于在這里求學(xué)之時(shí)(圖2)。彼時(shí),若想在產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)的事:需要做羊膜刺穿,伴有0.5%的流產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。他想到,如可以直接從孕婦血漿內(nèi)檢測到胎兒DNA,不就可以規(guī)避了這一問題,且保證了檢測準(zhǔn)確?
這一想法當(dāng)時(shí)看來是匪夷所思的,因?yàn)楹茈y想象孕婦體內(nèi)出現(xiàn)胎兒的細(xì)胞。盧煜明展開了大膽的求索。盧煜明由最簡單的實(shí)驗(yàn)開始——如果假設(shè)成立(也就是胎兒有細(xì)胞流入母親體內(nèi))那么最簡單的可以被檢測的情形應(yīng)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(jié)染色體。盧煜明借了一間實(shí)驗(yàn)室,采用對Y染色體親合力強(qiáng)的一種染料對孕婦血液染色,果然發(fā)現(xiàn)了神奇的現(xiàn)象(圖3):
圖3(中)里面的黑點(diǎn)指示,孕婦血液里有Y染色體出現(xiàn),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(xì)胞,也就是說假設(shè)成立。
然而,接下來研究的進(jìn)展并不如想象中順利。盧煜明意識到,盡管在孕婦體內(nèi)的而且確檢測到了胎兒的DNA,但當(dāng)時(shí)的檢測技術(shù)并不穩(wěn)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(gè)孕婦陀緊個(gè)系BB女(如果懷了個(gè)女娃)”,怎么辦呢?這時(shí)候,老盧的獎(jiǎng)學(xué)金用光了,這似乎意味著他將暫時(shí)和這個(gè)自己開創(chuàng)的剛剛嶄露頭角的新技術(shù)揮手作別。
事情突然有了轉(zhuǎn)機(jī)。97年,老盧看到了有論文報(bào)道了癌細(xì)胞釋放DNA到胞外的現(xiàn)象。他于是聯(lián)想到,也許在孕婦體內(nèi)檢測到的胎兒的DNA釋放在細(xì)胞外浮游?
這個(gè)大膽的想法迅速被其本人驗(yàn)證了。他采用了一種現(xiàn)在看來(其實(shí)當(dāng)時(shí)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(jù)盧自述,這是煮方便面帶來的靈感(可見英國的飯菜確實(shí)難對國人的胃口,圖5)。顯然,之前這些DNA未被發(fā)現(xiàn)的原因在于,研究人員往往聚焦于細(xì)胞,而把實(shí)際上含有胎兒DNA的孕婦血漿倒掉。
發(fā)揚(yáng)光大
也是在97年,盧煜明教授回到香港在香港中文大學(xué)(CUHK,圖6)擔(dān)任教職。
顯然,老盧不滿足于停留在對性別的產(chǎn)前辨別,而是要進(jìn)一步推廣該技術(shù)做產(chǎn)前先天性疾病的診斷中去。
一個(gè)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(xì)胞分裂造成的基因障礙,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的第21對染色體多了一條拷貝。對于唐氏綜合征,用傳統(tǒng)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(chǎn)率(相信當(dāng)過父母的都知道)。
前面寫了,當(dāng)時(shí)盧的技術(shù)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(gè)細(xì)胞內(nèi)的第21對染色體進(jìn)行點(diǎn)數(shù)。另一個(gè)問題是,孕婦體內(nèi)的胎兒DNA量很小,不易得到。這樣來看,尚需要新的技術(shù)。
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(shù)毫無了解,略過。
冤家路窄
盧教授的文章投稿到《美國科學(xué)院院刊》PNAS發(fā)表。另其驚訝的是,數(shù)周之后,在這本大名鼎鼎的學(xué)術(shù)起看上有一篇內(nèi)容類似的文章見刊,通訊作者為斯坦福大學(xué)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(jìn)了技術(shù)。08年的時(shí)候,他的文章再次在PNAS刊出。神奇的是,數(shù)周之后,PNAS又有相似的一篇文章見刊,還是Quake實(shí)驗(yàn)室(圖10)!
那么Quake是何許人也?其實(shí),關(guān)于這位老兄,在前文已經(jīng)出現(xiàn)了。感興趣的讀者可以對照上圖右,然后前往圖4仔細(xì)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(cè)對觀眾的物理系畢業(yè)生(圖11)。
13年,盧煜明同Quake共同當(dāng)選為美國科學(xué)院院士,世界真的太小了。三人當(dāng)時(shí)又合影一張,和當(dāng)年牛津博士畢業(yè)時(shí)候的站位一致,不過Quake這次找對了鏡頭(圖12)。
11年時(shí),按照盧煜明實(shí)驗(yàn)室的文章,該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中已達(dá)到99%的21三體綜合征檢測準(zhǔn)確率(圖13)。
推向市場
隨著技術(shù)上日臻完善,盧煜明認(rèn)為產(chǎn)業(yè)化的時(shí)機(jī)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(chuàng)產(chǎn)前檢測技術(shù)授權(quán)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(shù)授權(quán)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(xué)的Quake,他們也在做同樣的事情。這一次,涉及商業(yè)利益,兩人在美國打起了了漫長的官司。
還好,最終的結(jié)果是大家都覺得耗不起,不如握手言和,達(dá)成庭外和解,兩家公司均可使用該技術(shù)專利。該技術(shù)于11年正式推出(圖15)。英文寫作noninvasive prenatal testing (NIPT)。
該技術(shù)現(xiàn)在已在全球90多個(gè)國家或地區(qū)采用。在中國大陸,超過400萬孕婦采用了這項(xiàng)技術(shù)做產(chǎn)前檢測。
盧煜明后面的研究繼續(xù)推廣了這項(xiàng)技術(shù),從對特定疾病的檢測到繪制整個(gè)基因圖譜,這些內(nèi)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(fā)。此外,盧煜明的研究還在擴(kuò)展技術(shù)的應(yīng)用范圍到癌細(xì)胞DNA的檢測,并在很大程度上推動(dòng)著相關(guān)領(lǐng)域的研究。
與此同時(shí),盧煜明教授也積極地做著角色的轉(zhuǎn)變,成立了自己的生物公司(雅士能)致力于相關(guān)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用(圖16),在學(xué)術(shù)界內(nèi)還是商業(yè)上都取得了驕人的成績。
技術(shù)以外
耀眼成績之外,我們也應(yīng)注意到伴隨而來的困惑和爭議。如果檢測結(jié)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(yīng)該受到怎樣的約束?這些是很重要也很復(fù)雜的問題,牽涉法律、倫理、宗教等很多非科學(xué)因素,遠(yuǎn)超本文范圍,但值得深思。
隨著美國今年有關(guān)反墮胎的一系列爭議事件,社會(huì)層面風(fēng)向似乎朝著對于無創(chuàng)產(chǎn)前檢測技術(shù)不利的一面進(jìn)行。不知道今年的拉斯克獎(jiǎng)是不是美國科學(xué)界不同的見解的寫照呢。
花落誰家
今年的諾獎(jiǎng)花落誰家,請鎖定一下時(shí)間(北京時(shí)間)。
生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)10.3 17:30
物理學(xué)獎(jiǎng) 10.5 17:45
化學(xué)獎(jiǎng) 10.4 17:45
文學(xué)獎(jiǎng) 10.6 19:00(不知道為啥遲比其他的兩個(gè)小時(shí))
和平獎(jiǎng) 10.7 17:00
經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng) 10.10 17:45
備注
1.本文屬于科學(xué)史科普文章,若想了解無創(chuàng)產(chǎn)前檢測技術(shù)及其應(yīng)用請讀者咨詢相關(guān)人士。
2.OUHK -《公大講堂》無創(chuàng)性產(chǎn)前診斷:從夢想到現(xiàn)實(shí)(盧煜明教授)【粵語】