新型血液检测有望在肿瘤形成前更早发现癌症

科学家正在开发可在症状出现很久之前就检测出癌症的血液检测方法，这标志着癌症防治思路从“治疗肿瘤”转向在疾病发展数十年前就进行拦截。该策略瞄准的是在癌症变得明显之前数年就会出现的生物学过程与分子层面的预警信号。

科学家设计出一种强大的光学传感器，能够在血液中检测到极其微量的癌症生物标志物。该创新最终或可让医生通过一次常规采血就识别癌症及其他疾病的早期预警信号。研究团队负责人、中国深圳大学的 Han Zhang 表示，该传感器将 DNA 构成的纳米结构与量子点以及 CRISPR 基因编辑技术相结合，并利用一种称为二次谐波产生（second harmonic generation，SHG）的光学方法来捕捉微弱的生物标志物信号。

研究团队在 Optica Publishing Group 旗下高影响力期刊《Optica》上报告称，该装置在患者样本中以亚阿托摩尔（sub-attomolar）水平检测到了肺癌生物标志物。即使样本中仅存在少量分子，系统也能产生清晰且可测量的信号。由于该平台具有可编程性，未来或可改造用于识别病毒、细菌、环境毒素，或与阿尔茨海默病等疾病相关的生物标志物。

该方法有望实现在肿瘤尚未能通过 CT 扫描可见之前，对肺癌进行简单的血液筛查。它还可能推动个体化治疗选择：医生可按每日或每周监测患者的生物标志物水平来评估药物疗效，而不必等待数月后影像学结果。

目前大多数生物标志物检测需要进行化学扩增以放大微弱的分子信号，这会增加时间、复杂度与成本。研究人员希望建立一种直接检测策略，去除这些额外步骤。该系统依赖 SHG——一种非线性光学现象，入射光会被转换为波长减半的光。在这一设计中，SHG 发生在一种名为二硫化钼（MoS₂）的二维半导体表面。

为精确定位传感组件，团队构建了 DNA 四面体——完全由 DNA 组成的小型金字塔状纳米结构。这些结构以严格可控的距离将量子点固定在 MoS₂ 表面附近。量子点可增强局部光场并提升 SHG 信号。随后，研究人员引入 CRISPR-Cas 基因编辑技术以识别特定生物标志物。当 Cas12a 蛋白检测到其靶标后，会切割用于锚定量子点的 DNA 链，从而引发 SHG 信号的可测下降。由于 SHG 的背景噪声极低，该系统能够以很高的灵敏度检测极低浓度的生物标志物。

为评估真实世界性能，研究人员聚焦于 miR-21，这是一种与肺癌相关的 microRNA 生物标志物。在确认装置可在受控缓冲液中检测 miR-21 后，他们使用来自肺癌患者的人血清进行测试，以模拟实际血液检测。该传感器表现极为出色，显示出将光学、纳米材料与生物学相结合是优化器件的有效策略。该传感器还具有很高的特异性，能够忽略其他相似 RNA 链，仅检测肺癌靶标。

科学家还在开发多癌种早期检测（multi-cancer early detection，MCED）检测，其通过在血液中寻找极微量的 DNA 片段来实现。MCED 的原理是检测循环肿瘤 DNA（circulating tumour DNA，ctDNA）——即癌细胞或癌前细胞释放到血流中的 DNA 片段。即便在非常早期的癌症阶段也会脱落这些 DNA，因此该类检测或可在影像学检查发现之前很久就检测到疾病。

MCED 可通过早期发现提高生存率，尤其是在结直肠癌方面。当医生在 I 期诊断出结直肠癌时，92% 的患者可生存 5 年；但若在 IV 期才发现，则只有 18% 能达到这一生存期。不过，这些检测并不完美：它们会完全漏掉一些癌症，而且阳性结果仍需进一步检查以确认。尽管如此，研究提示 MCED 或将成为捕捉那些通常到很晚才被发现的癌症的关键工具。

研究人员正在寻找在癌症变得明显之前很久就出现的微妙早期预警信号。其中包括在细胞内悄然累积的基因突变，使细胞在对抗免疫防御方面获得优势。他们也在关注癌前病变，如痣或息肉，以及组织中早期可见的变化。

大型遗传学研究显示，随着年龄增长，人体会累积一些静默生长的小群突变细胞，称为克隆（clones）。科学家在血液中对这一现象研究尤为深入。这些克隆可帮助预测哪些人可能发展为白血病等血液肿瘤，而其形成与扩增受到遗传因素、炎症以及环境因素的强烈影响。关键在于，医生能够随时间测量并追踪这些变化，从而为早期干预打开可能。

一项历时 16 年、随访约 7,000 名女性的研究揭示了这些突变如何发挥作用。部分突变会帮助克隆更快增殖，另一些则使其对炎症格外敏感。当出现炎症时，这些敏感克隆会扩增。解析这些模式有助于研究人员识别未来更可能发生癌症的人群。

这些研究揭示了关于癌症的一项基本事实：癌症并非突然发生、瞬间形成肿瘤的事件。相反，癌症通过缓慢的、多步骤的过程发展，在过程中存在可检测的预警信号。这些早期信号可能成为在癌症发生前阻断其进程的有力靶点。

癌症研究人员设想，将基因突变、环境因素与 MCED 结果结合起来，用于指导更早期的癌症预防。但癌症与心脏病在关键方面不同：癌症并不遵循可预测的路径，一些早期病灶会缩小或永不进展；同时还存在过度诊断的风险。在自觉完全健康的情况下被告知风险更高，会带来焦虑。

MCED 检测也带来其自身的伦理担忧。准确性并非唯一重要问题；检测有时会在并不存在癌症时提示阳性，导致患者接受并不需要的随访影像学检查和活检。这些过程引发的焦虑代价高昂，既影响患者，也增加医疗系统负担。若检测昂贵或仅能通过私人渠道获得，可能进一步加剧健康不平等，这一问题在低收入国家尤为突出。

在美国，药品监管机构正在研究 MCED 血液检测应如何开展。他们正在审视检测需要达到何种可靠性，以及医生应采取哪些随访措施以保障患者安全。英国也在跟进。2026 年 2 月 4 日发布的《英格兰国家癌症计划》承诺通过 NHS 额外提供 950 万次诊断检测。

CRISPR 传感器的下一目标是缩小光学系统。研究人员计划开发便携版本，可用于床旁、门诊诊所或医疗资源有限的偏远地区。