中大醫學院副院長盧煜明：從生活中獲取科學靈感

編按：無創性產前診斷之技術，除了有助孕婦產前透過基因了解胎兒狀況，還能及早發現癌症病發。公開大學7月15日特邀請香港中文大學醫學院副院長盧煜明教授主講《無創性產前診斷：從理想到現實》，分享他和團隊多年研究成果，以及自己的人生歷程，主要內容如下：

40多年前我在香港讀書，對科學很有興趣，尤其是生物學和DNA分子，因為那時候的我覺得DNA好像冥冥中主宰了健康各方面。讀生物學的時候，還記得有本書叫Biology: a Functional Approach，裏面有很多著名科學家的照片，其中一張就是Watson和Crick，他們發現了DNA雙螺旋的結構，他們身處的地方──劍橋大學英皇書院有濃厚歷史氣氛，令我嚮往到劍橋讀書，這所大學數百年來栽培很多著名的科學家。之後我考進了有400多年歷史的Emmanuel College，裏面有一個滿是鴨子的池塘，曾經有位教授見到鴨子嬉水時，留意漣漪互相干擾，便想到光波也許有像漣漪的現象。這個故事告訴我們，作為科學家，要經常在日常生活取得靈感，待會在我的故事裏也有這個部分。

求學之路從不可能中找到可能

劍橋讀醫之路沒有在香港讀醫般平坦，因為在劍橋牛津只會取錄學生三年，三年之後需要視乎成績再自行報名。三年後我決定到牛津大學最大的書院──Christ Church（基督堂）繼續讀書。醫學生要學習不同科目，其中一個是婦產科，孕婦會想知道胎兒是否正常，尤其有否患上唐氏綜合症等。但在那個時代，測試便要插針至子宮裏面抽血，過程也被稱為抽羊胎水，因為有0.5%機會孕婦或會因此流產，人們都很擔心這個測試。那時候作為醫學生的我便想，可否抽母親的血便知道胎兒是否正常。傳統想法認為血循環系統中，母親和胎兒的血是分開的，所以理論上應該沒辦法測試母親的血而知道胎兒DNA。但我想傳統想法有機會出錯，一些胎兒細胞或會流入到母親的身體內，所以難度在於發現、並確認是屬於胎兒的。

想了六個月，終於想到胎兒是男性的話，男性細胞或會在母親的血裏出現。我嘗試說服牛津大學的教授讓我做，但他們不太相信，覺得可行的話應該很早便沿用了。最後有一個教授給我一些時間到實驗室測試。以一種會黏在男性物質並出現一點黑色的染料，發現了孕婦的血裏確實有幾顆男性的細胞，DNA男性染色體的訊號擴增，證明我的想法是正確的，研究成果於英國有名醫學雜誌Lancet發表，因可測試嬰兒性別而引發社會迴響。

做實習醫生不久，因為覺得有責任繼續研發這項技術，縱然作為醫生的父親不太認同，但我還是打算重返牛津唸博士、全職解決這個問題。當時在血裏找到四粒胎兒的細胞已經困難，又不能用於女性胎兒身上，獎學金快用完之時，還無法發展一項準確的技術，1994年畢業便繼續當醫生，又因父母年紀老邁，1997年決定返回香港。

反省過去從生活獲得靈感

等待回港之時，反省八年經驗。剛好見到一篇雜誌文章指，癌症病人的癌細胞DNA會在血漿裏出現。我突發奇想，癌細胞在病人身體生長，胎兒在母親身體生長，其實兩者有點相似。如果我們抽一些血放進試管，剛開始整支試管都會是紅色，兩個小時後，紅血球會沉澱，白血球便在中間，最上的液體就是血漿。原來八年來做錯的事是在母親的血中找胎兒的血細胞，但所需的其實是細胞中間浮游的物質。這個想法在當時又是難而想像，因為DNA在細胞裏面，應該不會在細胞外面浮游，回到香港便重新實驗。

沒有做血漿的經驗，又因為辭職而沒有資源，那時候我想到大學時期在房間煮公仔麵的經歷。沒有錢、沒有資源，就什麼方法都要嘗試。拿些血漿去煮五分鐘，取出幾滴測試，竟然發現有訊號。有訊號代表孕婦懷上的胎兒全是男性，沒有訊號的胎兒性別則全是女性，所以這是全世界第一次證明血漿裏面是有胎兒DNA。我們發現孕婦的血漿在第七周開始已經有胎兒的DNA，到第十周DNA的濃度更高達15%，而在胎兒出生後兩個小時內，DNA會完全消失，這也證明血漿裏的胎兒DNA並不會殘留。

技術的第一個用途就是知道胎兒的性別，男性有一個X染色體和一個Y染色體，而女性就是兩條X染色體。如果男性X染色體壞掉，因為沒有後備，所以會立即有病；但女性而言，一條壞掉，還有另一條撐着，所以知道胎兒性別，便可測試一些跟性有關的疾病，如血病或肌肉萎縮症。研究發現這技術幾乎百分之百準確。另外可以知道的是胎兒的血型。有時母親和胎兒的血型不合，母親就會當胎兒是侵入者，製造抗體對付胎兒，這個技術讓我們百分百知道胎兒的血型。

接下來我們想做一些更重要的事。孕婦做產前診斷是因為擔心胎兒患有唐氏綜合症，亦即有三條是第21號染色體（不止一對）。利用這項技術測試此病其實挺難的，因為需要測試在一個細胞裏數算染色體數目，但技術並不涉及觀察細胞。另一個難度在於血漿裏面大部分DNA屬於母親自身的。

我想到將DNA分到很多個不同的試管裏，而每個試管裏面只是有一個分子或沒有。如此，胎兒的DNA便獨立在一個試管裏面，不受其他影響。這是digital的方法，因為就好像數碼那樣分成有訊號或沒有訊號，如同電腦的「1」和「0」。發表文章後留意到有競爭對手，所以要提高速度做研究。

只從第21號染色體做測試，而其他部分的染色體全被拋棄，其實浪費了很多資料，於是我想發展一項把所有資料都用完的技術。把血漿裏面的DNA排序，便可準確知道人類基因圖譜、可以看不同染色體的比例。若胎兒患上唐氏綜合症，第21號染色體那邊的綠色和紅色訊號很高，而沒患上此病的樣本訊號很低。

流入市面產前檢測變得普遍

奇怪的是又有同類型文章刊登，查看研究者Stephen Quake，原來是牛津同年畢業的同學。

為了在現實中推行，我花了三年的時間去做大型的研究。我在中文大學工作，透過大學推出產品很難，所以我與外面公司合作。為了確保他們的投資是有保障的，我便開始學寫專利權，然後授權給一所英國公司。但他們不了解這項技術的利處，三年後把它當成廢物退回。在一次的會議上，我遇上任職於Sequenom（美國科研公司）的Dr. Charles Cantor，討論後將技術授權給Sequenom；研發類似技術的Stephen Quake也將其專利賣給其他公司。一輪競爭過後，兩間公司決定庭外和解，將所有專利聚集一起。技術在2011年10月推出，這項技術命名為「無創性產前診斷」（Non-Invasive Prenatal Test），可在90個國家使用。比如每年在國內有1800萬嬰兒出生，其中有四分之一便用了這項技術。

一次前創新科技署署長王榮珍女士提議下，我開設一所醫學公司，名為“XCELOM”（來自“Extracellular genome”一詞；意指細胞外面的基因組），而中文名為「雅士能」，代表我們是學者、文人雅士，也能開辦公司之意。若只把技術留給私營醫療市場，對一般市民或會造成負擔，所以最近我們免費提供給醫管局使用。醫管局將在本年底於兒童醫院做測試，讓香港孕婦免費做檢查。

繼續深入鑽研編成完整基因圖譜

醫學生時所想做的已經完成，接下來若要把整個基因圖譜做出來將會很困難的，因為基因圖譜是60億個DNA組成，一半從父親那兒來，一半從母親那兒來，加上胎兒的DNA跟母親的混在一起，所以不知如何入手。直至一日與太太在iSQUARE的IMAX看3D版本的Harry Potter and the Half-Blood Prince，見到Harry Potter的標誌像染色體的樣子突然彈出來，讓我明白該如何繼續做。

我將父親和母親的基因圖譜分為兩個比較。先找一些特徵是父親那邊有，而母親那邊沒有，又容易找到的。比如這些圖片中的花，我在母親的基因圖譜裏找。你每次找到一朵花，就是在胎兒身上少少由父親那邊傳來的，找到很多朵花串在一起，就是父親所傳給胎兒的物質。母親那邊相對困難，因為胎兒的DNA在母親的血中浮游，所有給胎兒的花，母親自身也會有，所以這個方法並不可行，要用另外一些方法。母親的圖譜分成左面和右面，一般情況下他們的比例是一比一，但若母親把右面的物質傳給胎兒，而胎兒又流出少許DNA到母親的血裏面，母親的血裏右面的物質會有更多，所以要做的事就是從母親的血比較兩邊多少，便知道胎兒被遺傳什麼物質。

以上先從理論出發。實際上，我們在威爾斯醫院找到一位孕婦和其丈夫，他們其中一位是地中海貧血症的患者。地中海貧血症是具遺傳性的常見疾病，我們抽取母親的血研究胎兒會否被遺傳。這件事其實很難做，唐氏綜合症的排序包括500萬DNA分子，但若做整個圖譜的話，可能包括40億DNA分子。雖然花費160萬港元，但這個案讓我們知道以前不知道的事。

結果這篇文章刊登了在這本雜誌的封面，18個月之後，又有兩篇相關文章，包括Stephen Quake的，所以這個世界其實永遠都很大競爭的。

基因秘密引發道德倫理爭議

這個技術當中也有一些道德、倫理或法律上的爭議。雖然發明技術的目的是保護胎兒、免受不必要的危險，但有公司或因技術容易，不通過醫生便直接賣技術予消費者；有公司用這項技術來測試父親的身分；有公司以科學包裝、用這個技術來做性別檢測用途。傳統中國還有部分人重男輕女、國內不容許產前知道胎兒性別，當香港沒有如此強硬的法律，有些國內孕婦將她的血液樣本偷運香港，這方面我們要更小心執行法例。然而我們不確定人們會否期許這些技術應用層面，故此科技、法律、道德各方面討論需要並肩進行。愈多資料流出便有更多議題需要處理。

及時跟進鼻咽癌患者狀況進行社區篩查

這個技術發展源頭是因為我留意到癌症DNA在血漿裏面出現，既然胎兒那方面又如此發展，應該可以運用回癌症層面。我對鼻咽癌特別有興趣，鼻咽癌發生的地方接近腦部，南中國人患上機會特別高，比如廣東男性患上的機會約有2.6%。做產前診斷時，男性染色體是判斷的標記，而鼻咽癌也有這樣的標記，跟EB病毒有關。

我猜想鼻咽癌細胞如同胎兒細胞，兩者DNA會在血漿裏發現。我向威爾斯醫院同事提起，他們都覺得並不會成功，因為大部分人也有EB病毒，應回呈現很多假陽性現象。後來我做研究，但結果我也決定試試看，發現鼻咽癌患者的血漿裏有EB病毒的DNA，其他則在正常範圍裏。胎兒出生後兩小時內在母親體內流轉的DNA會消失，而觀察病人癌症有否復發，以往也需長時間，但若同樣技術可行，我可以立即告訴病人治療成效。

平日做電療需時六至八個星期，但利用這項技術，一、兩個星期後已經見到指數在跌，每四天就會跌一半，跌得愈快就代表電療對這個癌症愈有成效。用手術的方式更快，1.5小時後便見到跌幅。所以這項技術讓我知道病人每分每秒的治療情況。另外我希望能用這技術篩查早期鼻咽癌。第一期發現生存率可高於90%，但第四期發現的話死亡率便增高許多。香港有70%的鼻咽癌患者是第三或四期才被發現，所以我們想測試這項技術，在三年之內分析二萬個香港高危人士情況（40-60歲男士）。我們測量血有否有毒的DNA，若結果為陽性反應，會再等待四個星期再測試。有兩個理由導致我們的血呈陽性反應：第一，那是鼻咽癌患者；第二，病毒會引起感冒症狀。故此，等待四星期應會讓假陽性情況降低。如果兩次結果均是陽性反應，需要再做內窺鏡和核磁共振檢查。

每個星期我們都派出隊伍到香港不同的地方檢測約200個市民。結果研究顯示超過二萬個市民裏面的5.5%第一次呈陽性反應，兩次均是陽性反應則佔1.5%，亦即是300多個。在這300多個裡面，34位果真是患上癌症，所以這個技術的預測性是有11%。比大腸篩查都只是3%的更高。

篩查能有效降低死亡率十倍。若可以於南中國推出，鼻咽癌死亡率可能就跌至一半，所以這篇文章登在全世界最有名的醫學雜誌，並成為當年這雜誌最重要的十篇文章之一。

鼻咽癌只是第一步。利用相同技術，我們可以把整個癌症基因排序做出來，用於任何一個癌症患者。我們希望可以盡早推出，所以這次開設公司營運，公司名為“Cirina”。Cirina來自Circulating Nucleic Acids這種物質，亦即是血漿裏面循環的核酸，公司旨在在最早期發現癌症並做出一些處理。但這次加州有另外一間名為GRAIL的公司開辦，兩間公司願景一樣。因為不想花幾年的時間打官司，2017初兩間公司進行協商，並在年中決定合併

今日與大家分享血漿是診斷的寶庫，有很多訊息可以取出來，可以用來做產前檢測。其實無創性產前診斷已經常規化，相信幾年之內癌症方面也能如此，也希望可以證明，香港的技術也可以改變世界上的醫學發展。另一件事情是研究不是一人之作，我為過往20多年有十個研究隊伍在中大與我合作感到幸運。