卢煜明：用循环DNA进行癌症筛查

香港中文大学医学院副院长（研究）、2016年未来科学大奖-生命科学奖获奖者卢煜明教授于5月26日举办的未来论坛X深圳峰会上就“用循环DNA进行癌症筛查”为主题发表演讲，分享了他及研究团队的最新癌症检测技术成果。

以下内容由现场讲话实录整理而成，感谢卢煜明教授给予的大力支持！

今天很高兴有机会同大家分享一下我最近的研究。我是从血液内部做DNA诊断，我们的血液有两部分，其中一部分是血细胞，比如说红血球，图中上面那个黄色的液体是血浆，我是从血浆里找DNA。其中一个项目，是看可不可能用血浆DNA去诊断癌症，我研究的癌症是鼻咽癌，因为在中国南部尤其是广东这个地方鼻咽癌非常常见，比如说一个广东的男人，好像我一样，一生中得鼻咽癌的几率是1/39，我们就在想有什么方法可以在血液里诊断癌症？

▶ 用血液中的血浆DNA来诊断癌症

鼻咽癌是很特别的，因为癌细胞和EBV病毒是有密切的关系的，我就在想有没有癌细胞会把EBV病毒放到病人血液里？当我和同事讲这个想法的时候，很多同事告诉我你这个想法是做不出来的，因为大约99%的人其实身体里是有EBV病毒的，他们想如果我用EBV病毒DNA作为鼻咽癌的标记应该会产生假阳性的。

当时我想，我还年轻，可以试一试，看看行不行，结果发现是可行的。图中，左边红色的是鼻咽癌病人的数据，右边是正常人的，用这个方法可以把患有癌症的人和没有癌症的人区分出来。

▶ 鼻咽癌患者与健康人的数据对比

还有人问，是不是这些有癌症的病人的血液里有整个病毒在循环呢？

其实不是，我见到的是一片片EBV病毒的DNA碎片，几年前我做了一些研究，去找病毒DNA片段，发现其实这个病毒不是活的病毒，而是一个死掉的、分裂出去的病毒的DNA。

还有很多鼻咽癌病人在做了治疗后会问医生有没有效？我们想通过这个技术告诉病人他的治疗有没有效？

现在鼻咽癌最常用的方法就是电疗，电疗以后血浆内EBV DNA浓度会上升，因为电疗把癌细胞杀掉了，这个短暂的上升之后你会看到血浆内EBV DNA的浓度会开始减少，这说明治疗是有效的。如果我们不用电疗，比如说用手术来治疗局部性的鼻咽癌后发，在手术过程中，当医生把肿瘤拿出来之后，你可以看到血浆内EBV病毒DNA的DNA浓度会上升，不过在后来几个小时以后就没有了。因此通过这个技术，我可以告诉病人，每一个小时内，他的病情状况是怎么转变的。 比如说这个病人在治疗以前，病毒DNA水平在血浆内高，在电疗以后降了，然后因病情恶化而EBV DNA水平再升高，治疗之后再降，所以每一天你可以告诉病人，你的病情是什么样。

再比如说如果这个病人状态很好，治疗以前血浆EBV DNA浓度虽然很高，但治疗以后水平就降很低了，在很多年以后也是很低，那这些病人的病就被治愈了。

不过我们不知道，这个技术有没有可能告诉我们，一个表面上健康的人，比如说我现在有没有潜在癌症？因此我们很想去研究一下。因为这个病同其他癌症一样，如果我们很早期就知道，图中比如说第一期，蓝色的这条线，那病人的生存率非常高，超过90%。如果我们是第四期才发现，就是下面这个，每一次一个病人死亡之后，这个线就会下降，如果是第四期才发现出来的话，他的长期生存率是65%。问题是在香港来说，现在76%的鼻咽癌病人要到第三或四期才被发现。 

▶ 一期到四期癌症病人生存率对比

我想改变这个状况，比如有没有可能用血浆DNA技术早一点找出病人？于是我们计划做一个研究项目，要用三年的时间，在香港筛查2万名市民，我们要集中研究其中发病率最高的，就是男性，在40—60岁之间，我们想看看可不可能用DNA技术，早一点找出癌症来。

图中列出的是我们的研究计划，这2万人在研究的时候，我们会通过血液做EBV DNA测试，如果检测血液是阳性的话，我们会等4个星期再做一次，如果两次DNA测试都是阳性的话，我们就会做内窥镜同核磁共振，然后看看谁有鼻咽癌，再治疗他们。

▶ 卢煜明团队的鼻咽癌筛查研究计划

每个星期我们的研究组会在香港的一个区，招募大约200个市民进行研究。这项研究在几个月前刚刚完成，我们现在总共已经研究了超过2万个香港的市民，其中在第一次EBV DNA测试中，有5.5%的人是阳性的，如果做两次DNA测试的话，只有1.5%的人是阳性的，在这1.5%的人里边，有34个有鼻咽癌，一个人有两次EBV DNA是阳性的话，有11%的几率他真的患有鼻咽癌。

在香港没有用这个技术前，如果发现鼻咽癌，你可以发现大部分人是第三期或第四期，很少人是第一期和第二期被发现有癌症。不过用了这个技术以后，你可以看到右边是大部分人，其实是第一期和第二期，就是70%的人是这两期，所以这个技术可以大大的改变鼻咽癌被发现时的期数。

▶ 通过卢煜明团队研究的筛查技术，鼻咽癌患者被发现的期数大大提前

通过这个技术找出来的鼻咽癌病人，如果跟进几年，很少有病人会死，只有在我们的研究内一个被筛查发现和接受治疗的鼻咽癌病人在几年后死去。如果没有用这个技术，可能有很多病人会死掉。总之，用这个技术的病人的生存机会增加了10倍，这个研究在去年8月在《The New England Journal of Medicine》发表了。

▶ 卢煜明团队在《The New England Journal of Medicine》上发表的研究

为什么DNA测试发挥这么好，是因为在鼻咽癌细胞里平均有50个EBV病毒基因组，每一个病毒里其实有10个我用的DNA标记，就是说我做这个检测方法就等于你做500个癌症的标记，因此它是一个非常高灵敏度的技术。

我们会想，我们的技术可以找得出鼻咽癌，但为什么还有一些假阳性出现？我就在想，有没有可能有部分人身体里边的病毒会特别活跃并且能繁殖呢？

其中一个可能因素是病人的年纪，看我们（研究的）2万人的年龄，从40岁到60岁。我们发现病人年龄越大，假阳性的机会就越高，因为年纪大的时候，我们的免疫系统没有年轻的时候那么好。

第二个可能因素，我们想会不会和气温有关系？因为我们中国人会说，如果是冬天的时候，可能要小心着凉，所以我们就去香港天文台找数据。结果发现，如果当天的气温越低的话，那么假阳性的机率越高。你可以想像如果这个技术在夏天来做的话，那假阳性的概率会比较低。

我们就想这个技术应该尽快在广东地区推出来，去改善鼻咽癌的生存率，但是问题是现在这个检测技术要做两次，如果第一次是阳性的话，我就要等4周再做一次。你可以想像，如果你的医生告诉你，你的检测是阳性的话，你可能当天回家以后会很担心，有部分人可能不会等这4周，在中途就去做其他的检查，比如内窥镜等等，因此我就在想，有没有可能把两次验血检测变成一次？

如果两次都是阳性，那病人有可能是患有鼻咽癌，也有部分病人没有鼻咽癌，只是假阳性。还有一些人是第一次阳性，第二次是阴性，说明他也没有鼻咽癌。如果在鼻咽癌病人的血液里EBV病毒的DNA同没有鼻咽癌的病人有分别，我就可以只做一次检测，不用做第二次。

我们实验室里已经有2万多个病人的血浆，所以我们可以把样品分为两部分，一部分做研究，看看假阳性同真阳性样本内的EBV DNA有没有分别，得到结果后，再用剩余的样品去证明我们的这个发现，是不是真的。

我们的技术是在血浆里做DNA排序，图中，我们要排序病毒的DNA是蓝色的，病人自己的DNA是黑色的。

▶ 通过血浆做DNA排序

第一步要找EBV DNA有没有分别。我们在样品里找了10个患有鼻咽癌的病人，还有40个没有鼻咽癌的，有20个是两次血液测试都是阳性的，有20个测出第一次阳性第二次是阴性。通过研究血浆EBV DNA的浓度，我们发现是有分别的，你看下面右图患有鼻咽癌的病人，他血液里的病毒DNA浓度比其他两种假阳性的高一点点，所以现在我们已经可以用这种方式区分并识别真正的患者了。

▶ 患有鼻咽癌的病人，他血液里的病毒DNA浓度比其他两种假阳性的高一点

除此之外，我们还要看血浆内部的DNA长短有没有分别。我为什么会想到DNA的长度可作为诊断依据？因为我也做无创产前诊断，我在1997年发现在孕妇怀孕的时候，胎儿的DNA会进入孕妇的血液内，奇怪的是孕妇的血液内胎儿的DNA一般比妈妈的DNA短一点，于是我就想有没有可能癌细胞的DNA也是这样的？

图中是一些数据，胎儿的DNA是蓝色的，妈妈的DNA是红色的，你可以看到胎儿的DNA在母亲的DNA左边，短一点。

▶ 胎儿的DNA与妈妈的DNA对比图

你可以想象胎儿生长在母亲身体里，如同癌细胞寄生在癌症病人身体里一样，所以如果胎儿的DNA相对短一点，那会不会癌症的DNA也短一点？我们通过对肝癌DNA的观察后发现是真的，你可以想像在癌症的基因组里，有一部分DNA的癌细胞多了，有部分是不正常的少。多的部分你可以想像，如果这个癌细胞把DNA释放进血浆里，绿色的就是比较多癌细胞的DNA。红色的因为在癌细胞DNA里少了，因此在血浆里癌细胞DNA浓度也低一点。

我们做出来以后发现，癌细胞的DNA其实同胎儿一样，它比正常人的DNA短一点点，这个（图）是肝癌的。

▶ 肝癌

那鼻咽癌是不是一样？EBV病毒我假设是鼻咽癌细胞释放出来的，因此我们做了研究，结果发现EBV DNA的长度，同肝癌DNA一样是比正常DNA短一点点。

所以如果是假阳性，他的血浆DNA长度和患有鼻咽癌的人长度不同。我们用电脑区分这两种类型，结果我们发展出一个长短比例（Size Ratio），就是血浆中DNA的长短比例，我们可以把鼻咽癌患者与假阳性的人区分出来。所以有两个方法，可以告诉我癌症的是真阳性或假阳性，第一个是测血浆DNA浓度，第二个是测血液DNA的长短。

此前我们只做了比较少量的样本，那我们做其他样本行不行？结果发现是可以做出来的，左边这个是鼻咽癌病人，右边是假阳性，这个是DNA浓度，右边是长短比例，可以看到有鼻咽癌的人和没有鼻咽癌的人可以被分出来。下面就是把两个方法一起做，你看到鼻咽癌病人是红色的，可以跟其他分出来。

▶ 鼻咽癌患者与假阳性患者的DNA对比

下面这个ROC（Receiver Operating Characteristic）曲线可以告诉我们这个诊断方法好不好？如果我同时用浓度和长短比例检测技术，这个技术的灵敏度是97%，假阳性是0.7%，如果我发现一个人是阳性的话，这个人患有鼻咽癌的机率大概是20%。

▶ ROC（Receiver Operating Characteristic）曲线

还有最重要，这个技术只要做一次血浆检测，不需要做两次。如果我们在广东省推出这项检测技术，广东共有2000万名男性在40—60岁，如果用新一代癌症检测技术，每做一次，有假阳性的就会降低14万人，这是非常大的数字。如果这技术被大量用作鼻咽癌筛查的话，未来几年死于鼻咽癌的患病人数有可能减半，不过鼻咽癌筛查只是我们的第一步，我们现在已经有技术可以把这个筛查理念应用到其他很多的癌症检测上去，如果都能完成，我想我们在癌症的死亡率会大大的降低。

▶ 卢煜明研究团队

最后感谢我的研究队伍同我一起做这个研究，谢谢各位！

卢煜明

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，美国科学院外籍院士，英国皇家学会院士，基于在孕妇外周血中存在胎儿DNA的发现，在无创产前胎儿基因检查方面做出的开拓性贡献获得2016年未来科学大奖-生命科学奖。

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