首届未来科学大奖得主卢煜明:会魔法的除了哈利波特还有科学家

在《哈利·波特》的世界中,处处可见精彩纷呈的魔法。谁也不曾想过,这样一部魔幻作品,竟然会催生出生命科学领域一项革命性的研究成果。这里的主角不是手执魔杖的巫师,而是手握试管的科学家——首届未来科学大奖-生命科学奖得主、香港中文大学教授卢煜明(Dennis Yuk-ming Lo)。

首届未来科学大奖得主卢煜明:会魔法的除了哈利波特还有科学家

早在90年代,尚于英国牛津大学攻读博士学位的卢煜明就在当实习医生的过程中察觉到了许多孕妇的苦恼。当时,判断胎儿是否健康的产前检查只能通过羊水穿刺来进行,但这种方法有1%的几率导致流产;若不进行产前检查,孕妇又有可能生下带有严重遗传疾病的孩子,其中尤以唐氏综合症为甚。穿,还是不穿?孕妇的两难处境被卢煜明看在眼里。自那时起,他便萌生了开创“无创产前胎儿基因检查(NIPT)”的念头,并积极开始了相关研究。

1997年,回到香港执教的卢煜明发现,母体血液中存在着胎儿的游离DNA。然而这种游离DNA在母体的中含量很低,仅占约10%,且所有DNA分子都以片段形式存在。无法获得胎儿完整的DNA信息,通过NIPT筛查严重遗传疾病的研究初衷便难以实现。

首届未来科学大奖得主卢煜明:会魔法的除了哈利波特还有科学家

这之后的很长一段时间里,卢煜明的研究都停滞不前。许多人都认为他是异想天开,周围几乎没有一个人看好他的研究前景。甚至连一向支持他的、身为物理学家的太太,最后都忍不住过问研究到底能不能成功。即使在最艰难的阶段,卢煜明也没有想过放弃。“因为那时候年轻嘛,觉得大不了从头再来。”今天的卢煜明回想起当年,笑得云淡风轻。但谁都明白,十多年如一日的研究,如果最终结果是失败,该是何等的痛楚。让他最终坚持下去的,除了年轻气盛,更重要的另一方面正如他自己所言,“科学对我来说,不是工作,而是爱好。我很享受搞科研的过程。搞科研应该是因为你对科学有兴趣,而不要指望科学能给你带来多大的好处。”

单纯的热情终于换来了回报。2009年夏,卢煜明为了散心,与太太一同走进影院观看最新上映的3D大片《哈利·波特与混血王子》。当片头中“Harry”的“H”从屏幕缓缓飘出时,哈利·波特额头的闪电似乎也击中了卢煜明。形似DNA双螺旋结构的字母“H”,让他想起一个众所周知却一直被忽视的事实:孩子的遗传物质继承自父母双方,因此可以用父母的基因组数据作为蓝本,将胎儿的DNA碎片连接起来。这一刹那的顿悟宛如夏夜惊雷,此前陷入瓶颈的固化思维轰然坍塌,一条全新的途径在卢煜明面前延展开来。

首届未来科学大奖得主卢煜明:会魔法的除了哈利波特还有科学家

很快,2010年底,卢煜明团队与合作多年的美国科学家Charles Cantor一起,首次在孕妇外周血浆中获得了胎儿的全基因组图谱。2011年秋,利用第二代基因测序来筛查唐氏综合症的技术正式投入临床应用。

自此,孕妇再无需在惴惴不安中接受羊水穿刺,仅凭抽取的少量血样便可达到同样目的。NIPT对胎儿唐氏综合征的阳性预测准确率达91.9%,阴性预测准确率达96.9%,远远超过预期。更多卢煜明解读:www.yangfenzi.com/tag/luyuming

首届未来科学大奖得主卢煜明:会魔法的除了哈利波特还有科学家

如今,5年过去,NIPT已经在全球90多个国家得到了广泛应用,数千万孕妇接受了这项检查,是世界范围内当之无愧应用最广泛的产前胎儿基因测试。对此,在获奖结果公布当日接受未来论坛独家专访的卢煜明表示,“这是我们中国科技造福全人类的一个表现。”凭借这一成果,卢煜明也斩获了首届未来科学大奖-生命科学奖及全球多项其他重要科学奖项。

在卢煜明看来,生命科学已迎来了最辉煌的未来。“身处21世纪之初,我们拥有祖辈们前所未有的知识、技术与工具。现在正是生命科学的黄金时代,是投身于生命科学、做出重大发现的好时机。”他的话语中充满了不容置疑的坚定。

未来论坛2017年会&首届未来科学大奖颁奖典礼

2017年1月15日,未来论坛2017年会上,卢煜明将作为首届未来科学大奖-生命科学奖得主,发表主旨演讲,并与哈佛大学 Mallinckrodt 讲席教授谢晓亮、中国工程院院士、中国医学科学院院长、北京协和医学院校长曹雪涛、美国耶鲁大学 UTC 癌症研究讲席教授陈列平、霍华德•休斯医学研究所研究员、得克萨斯大学西南医学中心分子生物学系教授、生物医学科学乔治•麦格雷戈特聘讲座教授陈志坚就生命科学领域前沿研究展开对话。

作为巫师的哈利·波特只存在于想象的世界,而同样睿智、勇敢、风度翩翩的科学家即将登场。【文/未来论坛(微信公号:futureforum)】

附:未来论坛2017年年会相关部分议程(2017年1月15日)

16:10 – 17:20 对话未来科学大奖-生命科学奖获奖人

主持人
谢晓亮,哈佛大学 Mallinckrodt 讲席教授,美国科学院院士,美国医学院院士,北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心主任,未来论坛科学委员会委员

16:15 – 16:40 主旨演讲
卢煜明,香港中文大学医学院副院长(研究),李嘉诚健康科学研究所所长及化学病理学系系主任,2016 年度未来科学大奖-生命科学奖获奖人

16:40 – 17:20 科学人对话

曹雪涛,中国工程院院士,中国医学科学院院长,北京协和医学院校长
陈列平,美国耶鲁大学 UTC 癌症研究讲席教授,耶鲁大学医学院免疫学系、医学系和皮肤病学系教授,耶鲁大学癌症中心肿瘤免疫部主任
陈志坚,生物化学家,美国科学院院士,霍华德•休斯医学研究所研究员,得克萨斯大学西南医学中心分子生物学系教授,生物医学科学乔治•麦格雷戈特聘讲座教授,炎症研究中心主任
卢煜明,香港中文大学医学院副院长(研究),李嘉诚健康科学研究所所长及化学病理学系系主任,2016 年度未来科学大奖-生命科学奖获奖人

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7 Responses

  1. 卢煜明和他的诗意人生说道:

    卢煜明,短短半个月内,这个名字就数次冲击大陆的各大医疗媒体,从9月19日的未来科学大奖中的生命科学奖,到9月21日的引文桂冠奖,现在又有越来越多的声音期待他能站上诺贝尔奖的领奖台。他的人生本身就充满诗意,要是再诺奖加身,那真的可以当文艺片主角了。

    【2016 年引文桂冠奖(Citation Laureates)获奖名单有两位华裔科学家:来自麻省理工学院的华裔科学家张锋教授和来自香港中文大学的卢煜明教授。引文桂冠奖意在预测在今年或不久的将来可能获得诺贝尔奖的科研精英。自 2002 年以来,每年发布的引文桂冠奖已成功预测了 39 位诺贝尔奖得主。该奖项通过对 Web of Science 数据库平台中科研论文及其引文进行深入分析,遴选出今年或未来几年,可能摘取诺贝尔奖的全球最具影响力的研究人员。】

    温谦帅气的明哥~现在我们都知道了,他最重要的成就,是在孕妇血浆中检测到胎儿DNA,并进行了胎儿基因组测序,他也因此被誉为无创产前诊断的奠基人。

    这项成果一登陆临床,就迅速收到了太太和准太太们的32万个赞。不过光芒万丈的成就背后,通常都有不为人知的艰辛。他对学生/团队的要求非常严格——

    赵慧君教授1999年以博士生身份加入了卢煜明的团队,毕业至今仍在他的团队中担任重要角色。一个女生觉得自己进了少林寺,这是一种多么酸爽的体验~!!

    话说回来,准确、完美我懂,可是美感是什么?

    文艺男神的孕育

    要理解这个概念,还是得从卢煜明的成长经历看起吧。

    卢煜明出生在一个典型的严父慈母的中国式家庭。父亲是精神科医生(香港青山医院前院长卢怀海),母亲是音乐老师,他还有一位弟弟。

    卢爸爸虽然平时自己工作很忙,但仍然对两个儿子严格管教。卢爸爸要做会议发言的彩排时,会让儿子们当听众,甚至会让小卢煜明给他准备幻灯片。卢煜明简直就是在院长级别的医学讲习中长大的。卢爸爸还鼓励小卢煜明多画画,因为这是医学学习的基础。他经常说,一幅画作胜过千言万语(A Picture is worth a thousand words)。

    卢妈妈则擅长钢琴和声乐,也会把自己的技能向两个孩子倾授。不过似乎卢弟弟对钢琴更加热情,也学得更好。卢煜明对音乐则爱恨交加,最终get到了音乐的另一个点——科技。“我遇到问题有我自己的解决方式。光学弹琴,我觉得很无聊的,但如果设计一种演凑方法,我可能会更感兴趣。”

    青少年明哥总是对科学的世界保有无穷好奇心,一直喜欢阅读《国家地理》、《科学美国人》、《Discovery》等杂志,跟着文章一起思考,要是发现自己的想法能和专家们重合,那可要兴奋死了。

    伴随嘲笑发现的孕妇血浆胎儿DNA

    在科学和艺术的双重熏陶下长大的卢煜明选择了剑桥,花了两年时间完成医学预科课程,第三年研究基因克隆。

    后来在牛津接受临床训练期间,他还抽空去两位教授的实验室工作。就是在那里,他听到年轻研究员John Bell讲述当时的高新科技PCR,说这门技术将给生物医学界带来一场大革命。PCR一下子点燃了卢煜明的探索欲,他马上向Bell请教。但1987年的PCR技术还很青涩,他们的实验出现了很多假阳性,果断被嘲笑了。

    但他马上又有了一个更“可笑”的点子:1969年曾经有人检测到孕妇的血液中有胎儿的细胞,那为什么不用来做产前诊断?

    “胎儿掉到母体里的细胞才多少?简直大海捞针啊!”

    他面对嘲笑很不服,因为那时的产前诊断仍依赖血清学检查,但检出率只有70%;或者羊膜腔穿刺,却要承担1%的流产风险。所以卢煜明仍然不愿放弃这个极具应用前景的想法,绞尽脑汁要想出来如何验证。

    没想到在一个饭局上听同事谈论生男生女的问题时,他突然get到了点:如果孕妇怀的是男孩,那她的血液中就应该有含Y染色体的细胞,换言之,要是在孕妇身上检测到Y染色体上的序列,那这些序列一定来自胎儿咯。

    他马上着手用PCR来检测这些Y序列,果然有!!测试了19名孕妇,其中12名孕妇的外周血中检测到了Y染色体特异的序列,最后都产下男孩;而另外7名未检测到这个序列的孕妇都生了姑娘。这个结果发在了1989年的Lancet上。

    这个小成果让他来了劲,继续攻读牛津的PhD。他想把这门技术用于临床。但前期的实验结果如同别人嘲笑的一样,孕妇血循环中的胎儿细胞真的太少了。他们做不出,假阳性很多,别人做也一样。此后他开始了捕捉胎儿细胞的漫漫征途。

    不过这期间有一件很幸福的事情,他在朋友的介绍下遇见了唯一灵魂之伴侣。

    卢煜明(Dennis)和黄小玲(Alice)

    黄小玲是他那段旷日持久的探索中精神与生活的陪伴。她开朗明媚,举止优雅,也和他一样对科学充满热情,喜欢探索未知。“和她交谈总能带来新的视角,新的理解。”卢煜明的艰苦实验中有了些许灵动。

    这个探索一直持续到1996年,那个夏天真的很煎熬,再测不出来就要放弃,换个方向了。但幸好9月突然遇到了转机。卢煜明读到2篇文章,报告了癌症患者血浆中能找到癌细胞的DNA。他一个机灵便想到,肿瘤和胎儿不是一样的吗?

    港真,不说的话谁也想不到,但他这么一说,好像真的是哦,肿瘤和胎儿都要靠患者/母体的营养来生存,一定有互相沟通的渠道……

    不得不说,明哥脑洞真的很大。他想,肿瘤都能向血浆中释放足够的DNA被检测到,为什么一个8镑大的胎儿就不能?

    验之!先要从怀有男胎的孕妇的血浆中提取DNA,他用了一个超简单的办法——煮!就是把血浆加热5min。据说这是他某天煮公仔面的时候来的灵感,城会玩= =

    接下来仍用PCR检测Y染色体序列。几个星期之后终于有了成果。他获取了30名怀有男胎的孕妇的血浆、血清、有核血细胞分别检测。这回的结果太令人惊喜了,血浆的检出率为80%,血清70%,有核血细胞只有17%。另外13名怀有女胎的孕妇及10名未怀孕女性作为对照组,均未检测到Y序列。

    “我一直在实验室做到半夜,几乎不敢相信自己的眼睛!”一直捞了8年胎儿细胞,原来胎儿的DNA都游离在血浆里!

    1997年,卢煜明夫妇安心回到了香港。这个成果当时已在国外媒体上被大量报道,学界都为之兴奋。

    他接下来进行了唐氏综合征检测的研究,和其他癌症研究等项目夹杂在一起,前前后后也经历了10年。期间只有03年被非典打断,卢煜明的团队暂停了一切工作,连日连夜做SARS的测序,花了13天。

    2008年,他又启动了另一个计划,从母体血浆中绘制人类胎儿基因组的图谱。这可比之前任何工作都复杂,因为要分离出母亲和胎儿的两套基因组信息。用他的话说,就是几百万片的两套拼图搅在了一起让你来还原!

    挑战的欲望一上来,多难都要玩~

    不过这回倒没有经历那么多年的冥思苦想。2009年,《哈利波特与混血王子》3D上映,卢煜明和太太没有错过。不过,约会开小差的明哥刚刚看到片头就呆住了,当“Harry”的H从屏幕上缓缓飘出来,这个大大的金色的H突然开始幻化——

    灵感像一道闪电势不可挡,他马上想起一个众所周知却一直没想起来的事实——孩子的遗传物质是从父母双方继承而来的!

    回去之后立即付诸行动,终于这一成果发表在2010年12月的《Science Translational Medicine》上。

    Sci Transl Med. 2010, 2(61).61-69. | 测序深度和基因组中的GC含量。染色体示意图(外环)由pter-qter顺时针排列(着丝粒为黄色)。其他(由外到内 ):GC含量(绿;范围:30-55%),总测序深度(红;每SNP 40-100 reads),胎儿特异性读取测序深度(蓝;每SNP 1-8 reads)。

    2011年,卢煜明团队策划了一个大型的跨国研究,进行概念验证实验。他们在香港、英国、荷兰对753名孕妇进行了胎儿的染色体组分析,结果对唐氏综合征的阳性预测准确率达91.9%,阴性预测准确率达96.9%,远远超过了预期。至今这门技术已在全球90多个国家应用。
    卢氏美感:科研并不妨碍精致生活
    将对生活细致入微的体察,融入到科研思维里,或许就是卢煜明所追求的美感。

    赵慧君博士这样描述卢煜明对科学的热情:他若想到了一个问题,不管是大是小,都不会放过,甚至随时召唤我们来讨论,非常固执,一定要搞清楚这个问题为什么会出现,一定要找到解决的办法。

    但他并不是牺牲生活去追求科研抱负。他喜欢电影,有新片上映就会去看。在哈利波特-染色体事件之后还回忆说,要是没有看那场电影,不知道现在的命运会是怎样。他还会在周末同妻子一起打高尔夫,假期一起旅行。

    也许正是对科学和生活的双重热爱,让卢煜明的每次重要突破总有生活元素的参与。对两个世界的体验都深刻,跨界思维才有机会交汇碰撞,擦出火花。

    这对爱侣还做了一件极富有情怀的事情。当年从牛津毕业之前,也是香港主权移交的前夕——我们说“香港回归”,是带上了我们的情感,而“主权移交”则正式得有点冰冷。由于对当时的中国不了解或不信任,许多高知带着他们的精尖学识离开了香港,小两口却逆流而上。1997年1月,卢煜明接受了香港中文大学化学病理系高级讲师的职位,回家。

    这真是一个非常有美感的决定。

    2011年,卢煜明当选英国皇家学会院士。在仪式上,他要在一个古老的签名簿上签名,和历史上的伟大学者如达尔文、牛顿、爱因斯坦一同位列荣榜。卢煜明用那支纯粹追求意义、形式、美感而几乎没什么实用价值的羽毛笔签上了自己的中英文名字。

    “羽毛笔真不是一般的难用。我想同时签上我的中英文名,只是这支笔显然不是为中文设计的。”^.^

    现在,卢煜明的团队已经开枝散叶,在相似的理论基础上,继续开发癌症的液体活检、肝脏移植术后并发症的监测等项目,即在检测患者血浆中从癌细胞释放出的DNA的含量,来判断是否有癌变;或检测肝移植术后患者血浆内来自供者的DNA的浓度,来判断是否发生了排斥,让这些严重疾病能在出现症状之前就及早地发现,及时采取措施。

    最早的一个被人嘲笑的灵感,一直坚持实践了27年,今已亭亭如盖矣。

  2. 卢煜明教授综述:论循环游离DNA之长短说道:

    随着胎儿游离DNA(cell-free fetal DNA, cffDNA)和肿瘤游离DNA(cell-free tumor DNA, ctDNA)在孕妇和肿瘤患者体内的发现,临床上对应了2个火热的领域:无创产前检测(NIPT)和肿瘤的液态活检(Liquid Biopsy)。对cffDNA的检测已经覆盖很多方面,诸如胎儿性别的鉴定、RhD血型的鉴定、单基因孟德尔遗传疾病的分析和染色体整倍型的分析等等。尤其是染色体整倍型的分析,截止目前已经在全球范围内广泛进行。随着cffDNA对于NIPT明确的临床意义和随之而来商业上的成功,近几年来人们开始聚焦ctDNA在肿瘤液态活检中的种种应用。结合肿瘤在基因层面的各种驱动机制,对ctDNA的分析大体上可以分为4类:单碱基突变(SNP)、拷贝数变异(CNV)、融合基因和甲基化修饰。

    虽然cell-free DNA在临床上的应用越来越深入,但对其生物学特性的了解还非常不够,甚至可以说是匮乏。本期介绍香港中文大学卢煜明(Dennis Lo)的综述,该综述冷静地回到根本性的问题:介绍各种循环DNA的长度分布、对应的分析方法以及利用cfDNA的长短进行临床诊断的可能性。

    cfDNA长度研究的四种方法
    1
    凝胶电泳。如下图所示,电泳经染色后存在规律性的条带,条带的间隔约180bp,正好对应一个核小体单位的大小。这种规律性的间隔主要是由细胞凋亡过程中降解的DNA所产生,肿瘤患者和系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus, SLE)患者的血浆内也存在类似的电泳图谱。凝胶电泳的主要不足在于分辨率不够,不能用来进行cfDNA片段长度的分布研究。

    2
    荧光定量PCR。利用这种方法可以针对已知序列设计引物,并且设计不同扩增子长度的引物对。根据cfDNA的特点,扩增子产物较短的引物对能得到较小的Ct值,利用这个特点就能计算得到样品中DNA的完整程度(integrity index)。具体设计与分析的原理见下图所示,利用该方法可以用来研究cfDNA和cffDNA之间、cfDNA和ctDNA之间的大小、含量分布。荧光定量PCR方法的限制在于只能应用于已知序列,不能用于基因组水平的分析。

    3
    显微镜。采用电子显微镜(Electron microscopy, EM)和原子力显微镜(Atomic force microscopy, AFM)进行DNA的结构分析,根据1bp相当于0.34nm的对应关系来研究cfDNA的长度分布。由于EM样品制备的过程复杂,往往导致不同研究的结果出入较大。此外,EM和AFM的主要问题是:通量较低、耗时和繁琐的操作。
    4
    大规模深度平行测序(Massively Parallel Sequencing or NGS)。NGS的工作原理几乎“天然地”适用于cfDNA的分析。目前采用较多的是双末端测序法(paired-end sequencing),大致的工作流程见下图。所谓“天然地”适用主要指两个方面:能够在全基因组层面进行分析;分析的精度高,可达单碱基的水平。

    Cell Free DNA

    虽然血浆内存在循环游离DNA(cfDNA)最早被发现于1948年,但截至目前对其来源及生物学特性还存在相当多的未知。较早的放射自显影结果显示了185~200bp的DNA片段和核小体的结构高度吻合,说明cfDNA主要来自于细胞凋亡的过程,电泳结果同时也证明了肿瘤患者血浆内的cfDNA大小一般在180bp左右。目前越来越多的研究表明:相较于正常人,孕妇、肿瘤患者、器官移植患者血浆内的cfDNA长度较短。

    NGS结果显示血浆内主要的cfDNA长度为166bp,存在以10bp为单位的递减规律,并在143bp处也有明显存在(见上图),表明cfDNA的形成主要与细胞凋亡过程中的酶解过程相关。除了上述小片段的cfDNA,还存在超过10,000bp的cfDNA,目前认为这些大片段cfDNA的产生与细胞的坏死过程相关。总体上,目前还鲜有测序结果证明有超过10,000bp的cfDNA存在。可能的原因是目前NGS的主要工作方式是基于“边合成边测序”(sequencing-by-synthesis),最近一些nanopore sequencer上产出的测序数据表明在孕妇体内存在少量大于1,000bp的cfDNA。

    Cell Free Fetal DNA

    早期基于荧光定量PCR和电泳分析的数据证实了胎儿游离DNA的长度小于母体DNA。最近NGS的数据显示孕妇体内游离DNA主要以166bp长度的形式存在,此外在143 bp处也有明显存在。胎儿游离DNA和母体DNA的区别是:143bp长度的DNA在cffDNA中显著增加,同时166bp的DNA则显著降低。

    利用cffDNA长度分布与母体DNA的不同,可以据此来区分染色体的非整倍性,例如唐氏综合症。具体原理见下图所示,大致的思路如下:唐氏综合症胎儿由于多了一条21号染色体,因此21号染色体对应的cffDNA/cfDNA的比例相较于正常胎儿就会上升,通过△F值(小于150bp片段的累计频率,cumulative frequencies)的计算就能进行区分。正常胎儿的△F值接近于0,而唐氏综合症胎儿的△F值则显著高于正常胎儿。

    Cell Free Tumor DNA

    相较于cffDNA,ctDNA长度分布的情况更加复杂。一般而言,ctDNA的长度小于cfDNA。因此对于肿瘤相关的突变位点检测,在扩增产物的长度选择上应尽量选择较短的扩增子,这样会提高突变的检出率。

    此外对存在拷贝数变异的染色体区域(扩增或缺失),类似于cffDNA的检测方法,通过NGS的Z值分析能够用来检测肿瘤相关的CNV。具体原理见下图所示。

    Cell Free Donor DNA

    在游离DNA的领域除了cffDNA和ctDNA之外,在接受器官移植(例如骨髓移植和肝移植)患者体内的游离DNA也是个很好的循环游离DNA长度分布研究方向。目前的研究发现供体器官产生的游离DNA(对于这种来源的游离DNA貌似还没有统一的简称,陈斯卡就姑且命名为:cell free donor DNA)与受体的游离DNA存在差异,利用这种差异甚至能够作为移植手术后器官排斥的分子标志物。

    其它疾病状态下的cfDNA

    现在循环游离DNA在无创产前检测上有了明确的应用,在肿瘤液态活检的应用价值也日益清晰。除此之外,已有针对在中风、自身免疫病和心肌梗死等疾病状态下患者cfDNA的性质而进行的研究。

    近期一项研究得到的NGS数据表明,系统性红斑狼疮患者cfDNA中小于115bp的片段含量远高于正常人,这种小于115bp的cfDNA片段占到SLE患者总游离DNA的80%以上。此外,这种小于115bp的cfDNA含量与SLE疾病进展及抗双链DNA抗体的浓度呈正相关。具体结果见下图。现在anti-dsDNA抗体已经成为SLE的诊断标准之一,随着对SLE患者游离DNA研究的深入,cfDNA将来也可能作为诊断的分子标志物。

    题外话

    陈斯卡曾经拜访过Dennis Lo的实验室,实验室门前的铭牌上写着Circulating DNA Testing Lab。从这篇综述来看,卢教授除了采用NGS和digital PCR两种平台对循环游离DNA进行计数研究外,还把cfDNA的长度作为分子检测的一个维度。

    这种思路聪明之处是:如果cfDNA的长度确实可以作为各种疾病或生理状态明确的指标,那么就能利用cfDNA的物理特性达到检测的目的,诊断结果将会非常可靠。另一方面,这种思路实现的难度还是很大,因为对循环游离DNA的生物学背景还存在太多的未知。

  3. 卢煜明:利用血液循环DNA无创筛查癌症说道:

     卢煜明教授是无创产前筛查技术的首创者。该技术通过分离孕妇血液中的循环DNA来检测胎儿是否患唐氏综合症或其它复杂的遗传疾病。并且他表示,很有可能通过类似的技术来发现患者血液中隐含的肿瘤DNA。

      卢煜明教授说:“我们花13年研发了基于外周血的产前无创检测,根据已有的经验,相信癌症检测将会较快实现。”

    血液中检测癌症基因可行 但成本高

      Regalado说,卢煜明和美国约翰霍普金斯大学的科学家们已经能够证明这一策略是可行的,但是成本昂贵。在癌症早期,血液中肿瘤组织DNA含量较少,大约占总DNA量的0.01%,这就意味着,获取癌症样品中全部癌症基因信息,需要花费1万美元甚至更多。Boreal Genomics的首席科学家Andre Marziali说:“从血液中检测癌症基因是可行的,只是成本太高。在检测幅度和成本上需要权衡。”

      一些研究者强调说,这种检测可能容易出现假阳性,就像很多筛选性测试那样。霍普金大学的Victor Velculescu说:“尽管卢煜明教授的方法是对这项技术的杰出应用,但它仍然需要克服同样的假阳性检测障碍。”

    基于DNA甲基化的新检测法成本低 准确度验证中

      Regalado还提到,卢煜明也在进行另一项基于甲基化变化的检测方法,以降低成本。肿瘤中的大量基因是去甲基化的,新检测方法可以根据这个特点准确地检测癌症,据称这种方法成本仅需1000美元。

      卢煜明教授表示,基于香港政府资助的400万美元,目前正在使用新技术对2万名癌症患者进行检测,以验证该技术的准确度。检测对象大多是乙型肝炎患者。乙型肝炎是由病毒引起的,而10%的中国人是该病毒的携带者。目前,感染乙型肝炎的患者可以通过超声波检测在患病初期确诊病情。卢煜明教授说:“通过对患者的检测,有望了解血液DNA检测是不是一个更好的方法。”

      大多数科学家相信,尽管目前还没有对所有癌症通用的检测方法,但是随着科技的快速发展,将来一定会研发出更好的方法。Marziali说:“尽管能让医生为病人进行通用检测可能还需至少20年,但我相信这一天终会到来。”
    癌症检测法暂未商业化

      卢煜明教授将无创产前检测技术(NIPT)的专利卖给了加利福尼亚州的Sequenom公司。该公司在2011年的时候就开展了产前检测。卢煜明教授表示,目前还没有决定如何将癌症检测进行商业化。
    关于循环肿瘤DNA

      癌细胞在破裂和死亡时,会释放出循环肿瘤DNA(ctDNA)等内容物,这种ctDNA是飘浮在血液中的基因组片段。细胞残骸一般由清道夫细胞(如巨噬细胞)清除,然而肿瘤很大细胞增殖又很快,导致清道夫细胞应付不过来。
      对血液中的肿瘤DNA进行检测和测序,可以帮助人们通过取血得到更全面的癌症信息,告诉医生治疗是否已经起作用,肿瘤有没有演化出抗性等。
    关于卢煜明先前研发的NIPT技术

      无创产前DNA检测技术(NIPT)是针对胎儿染色体数目异常疾病的新型检测技术,目前发病率较高的21-三体综合征(唐氏综合征)、18-三体综合征(爱德华氏综合征)和13-三体综合征(帕陶氏综合征)都在其检测范围内。该方法采用新一代高通量测序技术结合生物信息学分析方法,对孕妇外周血中的游离的胎儿循环DNA进行检测和分析,是一项安全、精确、快速的新型检测技术。

  4. 卢煜明创立的Cirina公司获A轮1200万美元融资,开发癌症早期筛查无创检测说道:

    创业公司Cirina在A轮融资中筹集了1200万美元,来开发无创筛查检测,用于癌症和其他疾病的早期发现。

    Cirina公司由香港中文大学李嘉诚健康科学研究所所长卢煜明教授创立于2014年,Maneesh Jain担任该公司的首席执行官,在Life Technologies被赛默飞收购之前,Jain曾担任Ion Torrent营销和业务发展副总裁,之后在医疗成像创业公司ButterflyNetwork担任首席运营官。德诚资本领导了A轮融资。

    Cirina致力于开发癌症无创早期检测技术

    Jain表示,Cirina计划使用卢煜明教授开发的技术,来检测和分析循环游离DNA(cfDNA),以开发用于癌症和其他疾病(例如自身免疫性疾病)早期检测的无创技术。

    Jain拒绝透露关于该技术的细节,表示公司将采用下一代测序、PCR或微阵列等相关技术。

    Cirina公司最近搬到了位于加利福尼亚州南旧金山的一个占地一万平方英尺的工厂,并在过去一年招募了大量员工。Jain表示Cirina计划2017年在美国或亚洲推出第一个检测产品。

    Cirina公司已经在美国和亚洲与合作伙伴开展临床试验,涉及“数千个样品”,并期望在明年公布一些结果。

    Jain说,该公司将开发用于特定适应证的检测,而不是泛癌症检测。此外,Cirina将只专注于早期检测,而不是肿瘤分析或监测。

    Cirina公司计划开发分析拷贝数变异、SNV,甚至甲基化的无创检测。这些检测分析的变异类型和所用技术可能会随着适应证而变化。

    Cirina与其他液体活检公司的区别

    Cirina希望能有别于液体活检领域的公司,如Foundation Medicine和Guardant Health。这些公司正在开发无创检测,来分析肿瘤、选择合适的治疗方法、以及监测疾病复发或对治疗的反应。Jain说,“我们不认为自己是一个液体活检公司。”液体活检这一术语是指替代组织活检的检测方法,但是Cirina计划在组织活检的需求出现之前就进行早期筛查检测。此外,Jain说,“液体活检与早期检测的方法非常不同,从一个领域转变到另一个领域并不容易。”

    Cirina的另一个竞争对手将可能是Illumina的Grail,Grail于今年早些时候成立,也正在开发分析循环肿瘤DNA(ctDNA)的早期癌症检测。Grail表示计划在2017年开始临床试验,并将于2019年推出一项价值1000美元或以下的检测。两者主要的区别是,Grail开发的是泛癌症NGS检测,而Cirina开发的是针对不同适应证的检测。

    卢煜明教授实验室的成果是Cirina产品的基础

    癌症无创早期检测的一个问题是,即使一项检测可以检测出循环肿瘤DNA,它可能无法确定肿瘤在体内的生长位置。Jain说,在这项挑战上,公司已经取得进展。例如,去年,卢煜明教授实验室的研究人员在PNAS杂志上发表了一项研究,表明通过甲基化标志物,可以追溯到游离DNA的起源组织。

    今年夏天,卢煜明教授和香港中文大学申请了美国专利(专利号9,371,566),该专利方法利用DNA甲基化在血浆、血液、血清、唾液或尿液中检测癌症。

    尽管卢煜明教授最著名的工作是开发了全基因组鸟枪法测序方法,最初由Sequenom公司商业化以无创地检测胎儿染色体异常,但他的实验室也在研究用于其他应用的cfDNA分析的新方法,包括分析cfDNA的甲基化及大小差异,作为癌症或移植的有用标志物。

    Jain说,癌症早期检测的设计最初将针对于高风险的个体。例如,根据吸烟史和年龄分类为肺癌高风险的患者,通过低剂量CT扫描筛查,具有较高的假阳性率。而Cirina的ctDNA筛查检测可以改善这些扫描结果。

  5. 野合菌说道:

    《柳叶刀》是一本偏技术的杂志。这一点需要让读者们心里有数。比如说做扁桃体割除的手术怎么做比较好,这种话题就适合发《柳叶刀》,基本上不需要知道为什么。Lo的工作非常好,不是好在他第一个发现了能从孕妇(注意措辞,不是母亲)的身体里找到胎儿(注意措辞,不是孩子)的遗传信息,而是好在他通过血液得到了这个遗传信息并加以PCR增殖的办法让其复制,然后再进行研究。文章一再强调的也是采集血液以后就不需要穿刺了。当然,那个时候手段没那么高明,四十三个孕妇中三十个怀着男孩子的只有七八成测到了Y-positive signal,这取决于是用血浆还是血清。以上就是为什么中期唐筛传统做法是穿刺,而现在则只需要孕妇的血液就能做的原因。我上面的图里面,高亮显示的部分,是Lo文章中样本的采集方式,专门说明了是孕妇,而不是孕妇的十个妇女是作为对照组数据的。请注意,这里没有指出这十个妇女是否有孕史。那么Lo他们的结论是什么呢?他们比较了哪种增殖的scale比较好,这算是一个技术问题。然后指出自己报导的方法靠谱,专门用ironically引导说,孕妇的血浆一直是被大家忽略的DNA采集源。文章从头到尾都没有说所谓先父遗传的问题。因为所研究的对象只有孕妇,怀孕结束后是什么状态没人知道。还是要强调一下,在这里作为对照的十个非孕妇,不知道是否有孕史,但无一例外没有检测到目标遗传物质。这就是对照组的意义。那么这些孕妇体内胎儿的遗传信息哪里来的呢?这就要说第二篇荷兰人的文章了。

    荷兰人研究的是孕妇的脐带血里面的免疫细胞。他们整篇文章的重点在于测试不同孕妇脐带血里面T细胞和B细胞的各种免疫蛋白,而所谓的携带Y染色体抗体的细胞,也恰恰是这些免疫细胞。免疫细胞带有Y染色体抗体,这个结果让题主震惊了,来了个“也就是说,balabala“污染””。哎呀,题主如果生过水痘,题主的免疫细胞也会有带状疱疹病毒的抗体啊,题主是不是很怕怕啊。别怕别怕,正是因为有了这些抗体,我们的免疫系统才会杀死病毒。说到这里插个话,有次跟一医学硕士毕业的发小聊怎么鉴定是否是处女,他给出的办法就是测试女性的Y染色体抗体。而且,还能根据不同种类的数量来给出曾经有过的男人的下限数量。继续说题主念念不忘的Y染色体抗体,这个测试在整个文章中有多么不重要呢?十二页篇幅里面只出现了三次。第一次出现是说他们用的检测目标之一是Y染色体,第二次是说positive的信号响应他们是怎么检测出,这两次都是说明实验是怎么做的。最后一次,在result部分,提到如果有亲哥的话,Y染色体一定是positive的。注意这里面的充分必要关系,倒过来说可就不一定了。为什么呢?因为在一组检测出Y染色体是positive的样本中,女性胎儿并没有亲哥。至于是不是早先应该是男孩但是流产了,文章中没有说。文章只是说这个positive的检测出,恰好在临界值。这是由于技术的原因造成的。继续探讨技术原因,在最后一个Y染色体出现的同一个自然段里面,作者说"Microchimeric cells of other male sources, such as the brother(s) of the mother, might be present but may be below our detection limit. " 什么!!??有没有搞错??!!妈妈的兄弟也会造成“污染”??!!怪不得题主长得这么像自己的舅舅。完了完了,合着这世界上就没有纯的种了是吧。题主恐怕又要怕怕了。哈哈哈哈。在文章接下来的两部分,最后的discussion和conclusion里面压根儿再没提过Y染色体的事儿。

    上面是题主提到的两篇文章。合起来看,这两项研究,之所以关注Y染色体的问题,无非是因为在胎儿和母体这个系统中,Y的响应检测出来之后更容易说明文章结论。如果是用X染色体做响应,研究者就要花更多的工夫去分辨这个X染色体是妈妈的还是女性胎儿的。这也是为何在第一篇Lo的文章中,四十三个孕妇,其中三十个是男性胎儿的原因。请注意,女性胎儿的孕妇只有十三个,而非孕妇作为对照组也有十个。这个样本的选取比例本身就很说明了问题。而到了第二篇文章,因为检测对象换成了免疫细胞的抗体蛋白,在这类检测中,Y染色体抗体的检测技术本身非常受限制,而且在实验结果中也确实出现了逼近临界值的异常结果。所以荷兰人干脆在讨论和结论部分不提这项Y染色体抗体的检测结果了。

    如果先父遗传成立,那么献血就是在繁育后代了……

    这个文章先大段提了卢煜明教授的研究,好像很有科学根据,但是……实际上前后毫无关系,拉虎皮扯大旗的民科惯用手法罢了。

    提问者的论证过程就好像说“看到一个小姑娘吃冰淇淋”然后论证“白色食品会带来暴力倾向”,不仅仅是逻辑不通,结论荒谬,而且前后是一点相关性都不存在的。还有那个结论,必须是脑洞大开的产物……

    让后当你说这不成立的时候,他们会跳过来问:哪儿不成立了,你说出来……

    怎么说出来?难道要我论证冰淇淋的颜色和暴力行为没有关系?我做不到……

    而且提问者的态度也暴露出浓厚的民科味儿:扮演一个要告知民众真理却被打压的受害者角色。
    我刚才回头找zydrate的答案的时候,看到了画船的答案,很好很好。

    再说说zydrate求的那篇“论文”,其实不是论文了,算是带点普及性质的小说明文。文章我也粘贴出来了,文章的态度很明显,反对所谓的先父遗传。zydrate说得对啊,《柳叶刀》不是民科。

    那么那篇来自河南的文章怎么回事儿呢?无非就是扯得更多一点,提出一些可能能够支持先父遗传的结果,提出一些可能的先父遗传的机理。注意abstract里面的措辞,might。然后看看作者就知道了,只有一个人,只有一个人,一个人。

    还有Akira的答案说到澳大利亚的Dr Crean的研究,我也找来看了。因为Akira没有说具体是哪篇文章。所以我找到了她的主页,里面有文章列表,她的研究主要是精子的行为,包括寿命啊活动方式什么的。我从题目的信息中找到了最有可能的那一篇。就如Akira答案中的图片那样,人家研究的主要是无脊椎动物精子的一些行为。小蜜蜂有这种功能不奇怪啊。我记得在读《诺贝尔的囚徒》的时候,注意到其中这么一个细节。说有一种蜜蜂有处女情结,雄性只选择处女的雌性交配。为什么呢?因为他们的精子太厉害了,一旦ejaculate(跟Crean新学的词儿)之后,雌性体内所有的卵细胞都会被刺破。所以进化让雄性蜜蜂选择处女雌性交配。

    感谢每一个有耐心读到这里的人,我糟糕的文笔让各位受累了。最后,我还是要回忆一下我曾经跟一个民科——其实也不是民科,他一点也不爱科学,反正我一概称之为神汉——讨论水变油时候他的论调。“你们在学术圈里都呆傻了,没有创造性思维了!前人说的就一定对么?前人的理论就一定对么?忘了伽里略了么?忘了哥白尼了么?科学从来都仅仅是比较正确而已。”彼时我年少无知,自觉读书人应该做点什么防止谬种流传,于是跟他争辩好久。现在,我对人民群众的科学文化素养有了更加务实的理解,所以,我只能对题主这种人说“呵呵”了。这看上去似乎与我花费好几个小时调查资料写答案的行为相悖。其实不然。我只是希望能够让每一个在初读到题主问题时候心里哪怕存有一点点赞同认同的人,可以在读完我的答案之后,也跟我一起对题主“呵呵”罢了。

  6. 不解不休说道:

    第一项研究发现了这样的现象:
    ……在孕妇血液中发现了男性DNA。

    ……母亲体内的细胞能够穿越屏障进入胎儿体内,而胎儿体内的细胞同样可以进入母体。有90%的怀孕妇女体内都存有从胎儿体内获得的细胞,其中一半以上的母亲在分娩后数十年内一直携带这些细胞。
    先说说这是怎么回事:
    这种现象被称为“微嵌合体”(Microchimerism)。
    胎儿的某些细胞可以进入母体,在妈妈的体内“寄生”;而母体的细胞也可以进入胎儿体内。上面的“某些细胞”,指的是仅有的几种已被发现的免疫细胞和间充质干细胞。间充质干细胞存在于骨髓、脐带、胎盘、脂肪等组织中,主要用于免疫调节、辅助造血、分化修复损伤器官。新生儿脐带血保存主要就是为了保存间充质干细胞和造血干细胞,以供不时之需。

    母亲与胎儿确实发生了细胞的交换,并且这种现象是普遍存在的。但是这并不意味着这对母子的遗传物质发生了改变。这种细胞在母子体内交换,不会对母亲和胎儿任意一方的遗传物质产生影响,仅仅相当于一个外源细胞通过血液循环进入了自己体内,最多就是出现一些免疫系统的问题,和“遗传”没有任何关系。这种现象可以形象地理解为,怀孕期间,胎儿和母亲相互向对方进行骨髓移植。

    至于第二项研究,说的也是相同的东西。

    接下来再来说说为什么微嵌合体和所谓的“先父遗传”没有关系:

    第一,胎儿可以把自己的细胞寄生在母亲体内,但精子可没有这么大的本事。如果一次性行为没能使女方妊娠,胚胎没能着床,这种微嵌合体就不可能形成,胎儿的细胞与母亲的细胞就不可能相互交换。另外目前好像没有证据表明精子有类似的能力。

    第二,即使成功妊娠,胎儿和母亲的免疫细胞与间充质干细胞互相进入对方体内,也不会影响对方的任何细胞的遗传物质。哪怕是怀过一胎的母亲又怀第二胎,留在母亲体内的头一胎孩子的细胞进入了第二胎孩子体内,这第二胎孩子的遗传物质没被影响,该随谁还是随谁。

    作为一个外源细胞,它确实有可能使人体产生免疫反应,但别忘了,免疫反应的最终结果就是把这个细胞消灭掉。

    要是有人非要钻牛角尖,说什么“之前孩子的细胞有可能表达出什么蛋白来影响第二胎”的话,要知道,无偿献血的血里面、骨髓捐献的骨髓里面也都有这种细胞。举个例子,老王家媳妇受了伤,输了隔壁张大爷献的血,结果过了一年老王媳妇生了宝宝,眼睛长得像张大爷。如果有人声称是这因为张大爷的某些细胞跑到了老王家媳妇身体里的话,请拿出证据,不然老王可能会揍你一顿。

    另外,病毒也能让人产生抗体,让人的身体永远记住这种病毒,这也算是永久的“影响”吧?是不是就是说我得了感冒,以后我就会长得和那个病毒越来越像了?我怀的孩子长大了也会长得像感冒病毒?不太可能吧……

    这两天突然被轮了,一下子好多人关注这个问题……上面的是对题主那些东西的分析解释。下面说一些我自己的看法。

    前面已经说过了,那些东西不会改变孩子或母亲的遗传物质。所以我认为所谓“先父遗传”只是一个观念问题,而不是一个科学问题。

    如果我的女友有怀孕史、流产史或者生过孩子的话,我也不愿意娶,理由是一方面(流产史)流产对健康危害大,另一方面(生过孩子)我不愿意当别人孩子后爸。
    而如果她只是有过性经验而已,那我不会有任何顾虑。因为性经验并不会影响身体健康,我也不用担心前任的孩子引发的家庭问题。

    我只是希望那些人承认自己不愿意娶非处姑娘(只有性经验、没有怀孕史)的原因他们自己的观念,而不是把原因归结到姑娘本身有问题。至于怀孕史,无论是其引发的健康问题还是家庭问题,都对未来家庭生活有极大的现实影响,以至于足以让我们忽略那几个细胞带来的微不足道的影响。

  7. 画船听雨眠说道:

    “医学界的重大突破性成果,是由牛津大学的Yuk-Ming Dennis Lo(卢煜明教授)在1997年发现的。并以牛津大学的名义发表在英国顶级医学学术期刊《柳叶刀》上(DOI:10.1016/S0140-6736(97)02174-0)。简洁地说就是,卢煜明教授在孕妇血液中发现了男性DNA。由于母亲作为女性本身不可能有男性DNA,因此孕妇血液中的男性DNA只能是来自胎儿。卢煜明率先发现孕妇血液内存有胎儿DNA,成为无创性产前检查先驱,他也因此成为了2011年当选的英国皇家学会院士。”

    这个报道没什么问题,和论文Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum的结果没有出入。
    但是这个和所谓的“先父遗传”有半毛钱关系?
    1.这是在母体的血液中发现了胎儿的DNA。
    研究检测的是母体血浆、血清和血细胞中Y-specific fetal sequence,也就是胎儿Y染色体上的基因序列。结果在80%的血浆样品、70%的血清样品和17%的血细胞样品发现了胎儿来源的Y 染色体上的基因序列。
    2.这项发现和遗传没有关系。
    在血液中检测到其他来源的DNA很正常,而且血液中的这些DNA对自身的性状没有影响,更不会遗传给后代。最简单的例子就是输血了,输血之后在血液中肯定会检测到供血者的DNA,但是它对接受输血者并没有影响,也不可能遗传给后代。

    “跟进的研究发现事实远比想象中的严重,科学家发现,在怀孕期间,母亲与子宫内的那个“小客人”之间有着超乎人们想象的互动关系。尽管母亲与胎儿的血液循环遵循的是两条线路,但是在这一过程中,母亲体内的细胞能够穿越屏障进入胎儿体内,而胎儿体内的细胞同样可以进入母体。有90%的怀孕妇女体内都存有从胎儿体内获得的细胞,其中一半以上的母亲在分娩后数十年内一直携带这些细胞。(所以怀过孕的母体就会有先父的DNA,保存期是"Decades",即几十年)”

    这个报道没有给出文献来源,我也不好作出评论。但是这个问题还是和遗传并没有关系。
    因为第一个胎儿来源的DNA对母体的生殖细胞没有任何影响,第二个胎儿本身的遗传物质还是完全来自自己的父母。哪怕在胎儿期间有第一个胎儿的DNA通过母婴之间的交流进入后来的胎儿体内,那些DNA也只是少量存在于第二个胎儿的的血液中,对其性状没有影响。

    “而2012年5月荷兰最古老的大学,莱顿大学发表在权威医学期刊《血液》的研究更是直接证实了,母体里面之前存储的先父DNA会重新进入新的母子循环(DOI: 10.1182/blood-2012-02-410571),对下一胎可能产生数种疾病上的影响。荷兰莱顿大学医学中心的Miranda Dierselhuis和她的同事对12名新生女婴进行了脐带血检测时发现其中11名带有Y染色体抗体。这12名婴儿都有一个共同特征,即她们都有哥哥。也就是说,女人前次怀孕身体会被胎儿的细胞“污染”,这些细胞存活在母亲的身体里,并在母亲再次怀孕时侵入此时胎儿的身体。特殊情况下,女人会发生自发流产而不自觉,这些流产胎儿的细胞一样会侵入母体并可能影响下一个胎儿。”

    这个报道后面的内容和原文献Transmaternal cell flow leads to antigen-experienced cord blood也没有差距。
    但开始的结论“直接证实了,母体里面之前存储的先父DNA会重新进入新的母子循环”是个什么意思?这句话应该是某人自以为是的误读,然后题主又拿来咀嚼了一遍。
    这项研究同样是和“先父遗传”没有半毛钱关系!
    1.这项研究和先父没有关系。
    在文中没有找到任何先父有关的内容,这个现象发生在母亲和子女之间。第二个孩子受到母亲体内的第一个孩子(不管父亲是谁)残留的细胞的影响,产生了对抗该细胞相关的抗体。
    2.这不是一个遗传层面的问题。
    这项研究说明的问题主要一个是兄弟姐妹之间可能会通过母亲有细胞的流通,另一个是脐带血中会因此含有一些特异性的免疫细胞。他们的遗传性状没有受到任何影响,可能的造成的后果只是兄弟姐妹间造血干细胞移植过程中会产生免疫排斥。

    这三段文字提到的研究结果都是和先父遗传没有任何关系的。

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