如果回到40多年前的香港圣若瑟书院，你可能会在那里见到这样一个男孩：他的白衬衫总是全部收在裤子里，每天上学的书包一定会挽着两个胶袋。你若上前问他为什么书包上总是挽着两个胶袋，他的回答可能是：“因为太懒了，不爱收拾书包，所以每天都带着老师要求的所有课本。”
你好，科学家 - Hello Scientists
2023年，未来科学大奖以“Hello Scientists 你好科学家”为年度主题，陆续推出：未来科学大奖获奖者纪录片观影会、2023未来科学大奖新闻发布会、《‘未来’科学家——未来科学大奖获奖者访谈实录》第二册新书发布会、2023未来科学大奖周等系列活动。
在今年的未来科学大奖周期间，我们特邀国内外几十位知名科学家参与科学峰会，值此良机，我们梳理和整理了这些杰出科学家们的成长经历、生活感悟、工作成果与贡献，希望能为大家带来一丝启迪与触动。在这个专栏中，我们也将探寻科学的真谛，期待更多青年与科学家们一同追寻科学的奥秘，领略其无穷的魅力与奇妙。愿我们沐浴在科学的光芒中，让我们共同书写属于未来的壮丽篇章。
“对于研究，那是我生活的一部分，我不觉得那是工作，所以每一刹那都会有机会、有突破。”
——卢煜明
如果回到40多年前的香港圣若瑟书院，你可能会在那里见到这样一个男孩：他的白衬衫总是全部收在裤子里，每天上学的书包一定会挽着两个胶袋。你若上前问他为什么书包上总是挽着两个胶袋，他的回答可能是：“因为太懒了，不爱收拾书包，所以每天都带着老师要求的所有课本。”[1]或许你很难想象，就是这样一个在生活中连书包都懒得收拾的少年，未来竟会与科学结缘，成为“无创产前诊断之父”。而这一伟大的研究成果居然发端于“饭桌”，发展于“公仔面”。不如，让我们一起走进卢煜明教授的科学人生，探寻生活与科学之间千丝万缕的联系。
卢煜明出生于一个医学与艺术相交融的家庭，他的父亲是香港著名的精神科医生，母亲是一名音乐教师。卢煜明和弟弟从小就同时接受着医学与音乐的双重熏陶：卢爸爸在每次做会议演讲前，都会让儿子们当他的听众，有时还会让小卢煜明为他准备幻灯片；卢妈妈则培养孩子们学习钢琴和声乐。天生富有想象力和好奇心的卢煜明总是对科学研究更感兴趣，排列单调的音符和被设计好的演奏方式总是让他感到无趣，所以青少年的卢煜明总是会把更多的时间用在阅读《国家地理》、《科学美国人》、《Discovery》等科学杂志上。也正是在这个时期，孕育科学种子的温床开始逐渐形成。[2]
Waston和Crick在构建DNA双螺旋模型
而那粒种子又是在什么时候埋下的呢？大概起源于中学生物书（Biology: A Functional Approach）上那张照片：1953年James Watson 和 Francis Crick在剑桥大学的卡文迪许实验室构建出DNA双螺旋模型。在卢煜明眼中螺旋盘绕的DNA结构宛如通向科学圣殿的天梯，不仅是那完美的模型迷住了他，Watson和Crick的研究故事也深深吸引着他，尤其是当他知道那年的Watson才25岁，年仅16岁的卢煜明在心中暗暗较着劲：如果自己不在25岁的年纪做出什么成就，自己的人生就完了，剩下数年必须赶快努力了。四年后他同时获得了香港大学、斯坦福大学和剑桥大学的录取函，他毅然决然的选择了梦想开始的地方——剑桥大学，就此他踏上了漫长的求学之路，也正是此刻名为“科学”的种子开始发芽。[3]
卢煜明在剑桥读了3年本科，获得学士学位。受医生父亲的影响，1986年他申请到牛津大学进行临床医学的修读。有一次，一位年轻学者John Bell（后成为牛津大学医学院教授）在讲座中介绍了当时世界最前沿的检测技术“PCR”，并说“这项技术会改变世界”。卢煜明被这场演讲深深吸引，且对这项技术充满好奇。在当时，通过扩增DNA序列来进行生物医学检测的PCR技术才刚诞生，仍是一项十分新奇的技术。现如今，PCR技术已因新冠病毒核酸检测被公众熟知。他恳请John Bell把这项技术教给他，John Bell邀请他去实验室学习。他从此牢牢抓住这只梦想的翅膀，立志要学会这一门改变世界的“PCR”技术。另外，在医学学习期间，卢煜明还需要修读一门妇产科，因而了解到产前诊断项目。在此之前的很长一段时间，孕妇如果想知道胎儿是否患有染色体疾病，最准确的方法就是做羊水穿刺，但这对孕妇的伤害很大，且有可能对胎儿造成伤害。因此，卢煜明便思考能否将PCR技术应用到产前检测。24岁的他提出了第一个科学假设“假设孕妇的血液含有胎儿的细胞，可以通过检测孕妇的血液来检验胎儿细胞的DNA。”这一假设挑战了当时的医学理论认为“胎儿与妈妈的血液循环系统是分开的”。1989年，卢煜明取得内外全科医学士学位。在此后8年研究中，卢煜明一直在孕妇母体循环中寻找到胎儿有核细胞的遗传信号，却无法形成可靠和一贯的信号。1997年临近，卢煜明心系香港，决定回港发展。卢煜明接受香港中文大学的邀请回到香港授课，并打算将此前的研究推翻重做。同时，他在《自然医学》杂志上看到两篇文章，发现癌细胞会把DNA释放到人的血浆和血清中。回想起八年的努力虽有突破，但未臻成功。卢煜明提出了第二个假设，“如果血细胞里没有足够的胎儿DNA信号，那会不会在血浆里?”之后，他开始在游离的母亲血浆里寻找胚胎DNA。
回到宿舍，走进厨房，烧上开水，放入面饼，雾气在卢煜明的眼镜上氤氲，朦胧间仿佛将他带回到8年前的那次同学聚会，他还记得大家当时在讨论将来要不要孩子，男孩还是女孩的话题。而那时卢煜明的脑海中却浮现了改变他一生科研之路的想法：“如果胎儿是男性的话，可以在孕妇的血液中找到男性细胞”。也正是这样一个当时不被认可想法，却让卢煜明在这一方向上苦熬八年。晃了晃神，看向锅中的面，在沸水的作用下蜷曲的面条逐渐分散开，一根根面条在水中呈现出螺旋状，就好像一个个泡在水中的DNA……泡在水中的DNA？“有没有可能胎儿的DNA并不在孕妇的细胞中，而在细胞外？如果我将血浆提炼出来，就像煮面一样会不会存在胎儿的DNA？”，如果你是一位科学研究者，听到了卢煜明此时脑海中的想法，定会嗤之以鼻：血液是由血细胞和血浆组成的，要想研究DNA一定是将二者分离后在血细胞中研究，怎么会想到用运输血细胞和代谢废物的血浆研究，真是不可理喻！如此不可理喻的想法，竟然真的被卢煜明记在心中，他以最快的速度完成了实验：将血浆先“煮”五分钟，因为血浆中含有大量的可破坏DNA的酶，通过加热可以摧毁掉蛋白质，然后再取几滴血浆做测试，果然检测到了胎儿的Y染色体。在以往实验中，用10毫升的血细胞才能检测出微弱讯号，而现在只用几滴血浆，就可以检测出如此明显的信号。经过计算卢煜明发现，在母亲的血浆中胎儿DNA的浓度是血细胞中的十万倍！这样的结果让卢煜明欣喜若狂，他将实验现象用相机记录下来，并致电太太，他说：“我真的不敢相信这就是答案，我不能相信前八年，我把最好的部分丢掉。”在母亲的血浆中找到游离的胎儿DNA后，卢煜明又不断地完善实验，将自己的研究与当时的实时定量荧光PCR（Real-time PCR）技术结合，解决了当时临床上有关DNA定性检测相关的问题，如：胎儿性别的检测，胎儿血型检测等。同年，他和同事将论文 《Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum（母体血浆和血清中存在胎儿DNA）》发表在了权威医学期刊《柳叶刀》（TheLancet）上，文章中写道：“女性在怀孕期间，体内胎儿会释放DNA至母亲的血浆之中，而且占母亲血浆中的DNA达5% 。” [4]
ScienceDirect 可查找的发表记录
正如著名诗人陆游曾经吟咏出的那句流传千古的诗句那样：“山重水复疑无路，柳暗花明又一村。”经过8年研究无果的“至暗时刻”，卢煜明终于迎来了久别重逢的“春天”。2011年后，无创性产前诊断技术正式进入临床应用，主要用于检测唐氏综合征和其他染色体异常。
在卢煜明正式发明NIPT技术前，羊膜穿刺术是主要的产前诊断方法。然而这种侵入性的技术，虽然可以在婴儿出生前确定可能存在的遗传病，但是每次穿刺就会有千分之五的机会令胎儿流产。现在，通过非侵入性检测技术，产前检测将变得更加安全、准确。这一技术可以为全世界的孕妇带来极大帮助。如今，“无创产前诊断技术”已经在全球 90个国家或地区得到广泛应用，使数百万妇女及其胎儿的产前检查更加安全，且准确率超99%。而“无创产前诊断”技术就像是一块巨大的拼图，泡面带来的灵感使得卢煜明完成了拼图的一半，即通过对DNA的定性检测可以判别胎儿性别和血型，而这种判别只是简单的进行“有”或“无”的判断。而真正具有难度的研究是DNA的定量检测，即对“多”或“少”的判断，这涉及到的临床问题主要是以唐氏综合征为代表的染色体疾病。2007年，卢煜明与志同道合的周代星博士合作，开始了基于NGS（高通量测序技术）进行NIPT（无创产前检测）的实验，于第二年完成了实验的初步验证，并发表文章《Noninvasiveprenatal diagnosis of fetal chromosomal aneuploidy by massively parallelgenomic sequencing of DNA in maternal plasma 》于PANS上，文章中采用NGS技术对非正常样本（21-三体综合征样本）和正常样本测序，将测得的生物信息进行对比，实现了使得对唐氏综合征的筛选准确率接近100%。这一“前无古人”的实验使得卢煜明成功地开辟了“无创产前诊断”的新领域，这种检测技术已用于90多个国家。仅在中国，每年就有超过一百万孕妇接受这项测试，而他也被称为“NIPT之父”[5][6]。在实现NIPT技术的飞跃后，卢煜明并未停止科研脚步，他继续思考NIPT技术可能带来的终极发展——“或许可以制成整个胎儿的基因图谱”。人类基因组序列共包含28.5亿个核苷酸，从最初的计划整理到完成基因组测序这一过程中，共有六个国家参与，进行了10多年，花费了超30亿美元，并于2003年正式完成整个计划。虽然在卢煜明提出绘制胎儿基因图谱时，已经完成人类基因组图谱三四年，但是仅凭一个团队完成这样一项艰巨任务仍为天方夜谭。果然，花费了整整两年，卢煜明的研究仿佛进入了“死胡同”，无论怎样苦思冥想，总是解不开那个隐藏着基因组“密钥”的方程式，而这一切直到2009年的夏天迎来了转折。夏日，香港的暑气总是在人的心头煽风点火，电影院变成了人们躲避炎热、娱乐放松的好去处。或许是抱着与太太一同散心的心态，又或许是真的想把那困扰在脑海中的难题暂时抛在脑后，卢煜明先生和他的太太黄小玲共同走进了电影院，观看起了那部火遍全球的《哈利波特》，带上3D眼镜，静静地等待电影的开始。黑暗中，哈利波特的标志逐渐飞出银幕，大大的“H”越来越近，仿佛飞入卢煜明的脑中，在他的脑海中“H”的两条竖就像两条染色体般。他突然想到，胎儿的每对染色体一条来自爸爸，一条来自妈妈，一个方程式解决不了的问题或许两条方程式就能解决呢？电影放映的两个小时里，卢煜明不断地在脑海中验证自己的猜想，终于为胎儿基因图谱的绘制开辟了一条新道路。
《铿锵说》节目中，卢煜明和主持人石永泰边煮面边讲述科研历程
2010年，卢煜明的团队与美国科学家Charles Cantor合作，通过母亲的血浆样本获得了胎儿的全基因组图谱，这项研究不仅可以用于单基因遗传疾病检测，还可用于复杂性遗传疾病的产前检测。终于在这一年，卢煜明拼上了“无创产前诊断”技术的最后一块拼图。2016年9月19日，首届“未来科学大奖”新闻发布会正式在北京举办，这是一项由科学家和企业家群体共同发起，旨在奖励为中国内地（大陆）、香港、澳门、台湾科学发展做出杰出贡献的科学家的奖项。卢煜明教授基于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，荣获2016未来科学大奖-生命科学奖。2022年，卢煜明也因其在产前诊断技术上的突出贡献获得了被誉为“诺奖风向标”的拉斯克医学奖。[7]
卢煜明在2016年未来科学大奖颁奖典礼上发表获奖感言
“Safari威猛的狮子”、“佩特拉神秘的古城”、“宛若孤岛的圣米歇尔城堡”……这些都是卢煜明十分得意地摄影作品。摄影这项爱好从卢煜明中学一直陪伴他到现在，在2019《铿锵说》中的采访中，他说：“他怀疑即使做科学研究，最终就是把脑中的意念，变成实质的东西，摄影也是一样。你看到一道风景、一个影像，仿佛虚无缥缈，但摄影把它固定下来，变成自己历史的一部分。”对于卢煜明来说，生活仿佛是自己的“灵感制造机”，他总会在最放松的时刻，如看电影，做饭，摄影，旅行的过程中“灵光一现”，不断的为自己脑海中的“科学之城”添砖加瓦，他不仅仅是一个善于做研究的科学家，更是一个用心体验生活点滴的生活家。
回望漫长的科研历史，我们或许总能发觉那些改变人类社会的重大发现，往往总是来自我们看似重复又无聊的日常生活：那是从阿基米德浴缸中溢出的洗澡水，那是砸向牛顿的一个红苹果，也是宛如泡面的DNA和大写“H”的染色体……生活处处是科学，科学处处是生活。只要我们“心有猛虎，细嗅蔷薇”，或许终有一日也会成为一颗灿烂的“科研之星”。
部分参考来源：
【RTHK】時代的記錄 - 鏗鏘說：盧煜明-無涯與界限_哔哩哔哩_bilibili
卢煜明院士科学梦的激情与灵感 (zijing.com.cn) https://zijing.com.cn/article/2022-09/26/content_1023903151086477312.html
香江学人侧影 | 港中大卢煜明院士科学梦的激情与灵感
https://tech.sina.cn/d/qy/2018-09-06/detail-ihitesuz1380404.d.html?from=wap
https://www.cn-healthcare.com/article/20170123/content-489100.html
http://www.futureprize.org/cn/laureates/detail/1.html
祝贺！卢煜明教授荣获2022年拉斯克奖
“诺奖风向标”拉斯克医学奖揭晓，港中大教授卢煜明凭产前无创DNA技术获临床医学奖https://baijiahao.baidu.com/s?id=1745298991063043507&wfr=spider&for=pc
