出品：科普中国

作者：宁珏垠（华中农业大学宠物健康研究院）

监制：中国科普博览

编者按：为揭开科技工作的神秘面纱，科普中国前沿科技项目推出“我和我的研究”系列文章，邀请科学家亲自执笔，分享科研历程，打造科学世界。让我们跟随站在科技最前沿的探索者们，开启一段段充满热情、挑战与惊喜的旅程。

能使叶茎黄化、叶片斑驳黄化，进而变成“红鼻子”果的黄龙病，不仅让柑橘品质低劣，丧失经济价值，而且会迅速蔓延，危及整个果园。这个由细菌引发并通过木虱传播的病害，因为其隐秘性和破坏性，在传统监测手段面前总能“肆意妄为”，一直以来是全球柑橘经济的头号大敌。然而，谁也没想到，影响柑橘产业几十年的起伏的“柑橘癌症”，竟然被狗靠鼻子诊断出来。

金色拉布拉多寻回犬

（图片来源：veer图库）

最近，在江西赣南脐橙产业园中，由一位训导员和一只拉布拉多寻回犬组成的黄龙病新型监测手段，凭借着狗出色的嗅觉“诊断”能力，大大提高了黄龙病的检出率，园区黄龙病发病率一度从29%降至3%。既然狗可以靠鼻子闻出水果的病害，那么它们是不是也能同样识别癌症患者？答案是当然可以。

狗为什么可以通过嗅闻发现癌症？

相比于只有500万个气味受体的人类，狗狗的气味受体数量是人类的44倍，而且已超过2.2亿个，还有远超人类690倍的嗅觉接收器平展面积。动物行为学研究博士史蒂夫·怀特曾在《警犬的作业基础-气味》研究报告中对此做过一个形象比喻：德国牧羊犬与人的嗅觉接收器的面积，是一平方码（0.83平方米）与一张邮票（0.0012平方米）的对比。

鼻平面上的斑块状结构

（图片来源：Unsplash）

狗的鼻平面是鼻子上无绒毛的部分，所覆盖的斑块状的结构从鼻平面一直延伸到鼻孔和鼻腔内。这让高达3.3m/s嗅吸动力的狗鼻子，一边能快速地吸入更多体积的新鲜空气，一边又从鼻侧面夹缝中排出更多体积的“旧”空气。

空气进入鼻腔后，气味分子先经过位于下方的犁鼻器，再通往后方的嗅觉区。剩余空气则从尾部较低的通道顺着咽流到肺部，参与呼吸。

犬和人类嗅觉系统的示意图结构

（图片来源：参考文献7）

犁鼻器是人类所没有的，位于鼻底和梨骨两侧组织中的特殊嗅觉器官，呈“成对的小盲管状”。作为感觉外激素的化学感受器，它不仅拥有双极嗅细胞，还通过608根犁鼻神经束与嗅叶和大脑直接相连。它对小范围内特异性的化学感应信号（即信息素）的识别更加灵敏，被认为是主嗅觉系统的辅助结构。

嗅觉区是狗嗅觉系统最核心的区域，也是主嗅觉系统发挥作用的地方，含有鼻甲骨、鼻窦、筛骨、嗅粘膜和嗅球等大量嗅觉器官。在这里，狗可以识别环境中的化学气味，这也是它为什么能识别癌症的重要生理原因。

大多数动物对气味的最低分辨浓度是 10^-6～-10^-9 摩尔，人类是10^-4.5摩尔，而狗狗可以闻到低至10^-17摩尔浓度的气味，也就是说，在一个长120米宽90米的足球场上，狗可以轻而易举地闻到一个苹果的气味，同样，在这个足球场上，狗也能轻而易举地闻到一位癌症患者。

狗为什么能闻到癌症？

先来看看“柑橘癌症”黄龙病是怎么被闻出来的，美国佛罗里达州的植物保护专家蒂莫西·哥特瓦尔德发现，当细菌感染柑橘树时，柑橘树会释放出一些极其微量且特殊的化学物质。正是通过捕捉这些化学物质，狗得以判断一棵柑橘树是否患上黄龙病。类似的，癌症也会释放极其微量且特殊的化学物质——这就是狗能识别癌症患者的根本原因。

大家都知道，中医讲究“望闻问切”。这个“闻”，就是身体抱恙伴随着气味的具象表现——人生病时，口腔、唾液、尿液、汗液等会出现气味异常。以人可以闻到的典型气味来举例，糖尿病患者出现糖尿病酮症酸中毒时，过量的丙酮会通过呼吸排出体外，闻起来和苹果腐烂的味道类似；肾衰竭病人呼出气体中，含有一定浓度的二甲胺和三甲胺类物质，闻起来和尿液的味道类似。

老中医给病人诊病

（图片来源：veer图库）

当我们把结肠癌细胞、肺癌细胞等癌细胞进行体外培养就会发现，它们也产生了不同的“气味”，只不过浓度特别低，人类闻不到。

癌症气味从哪里来的？

癌细胞为了满足其持续生长的自身需求，会出现：①葡萄糖、脂肪和氨基酸代谢失调；②代谢物驱动基因调控的改变；③与微环境的代谢相互作用等代谢典型特征。也就是说，相比健康细胞，癌细胞有截然不同的代谢水平，并生成特有的代谢产物。

癌细胞三维图像

（图片来源：veer图库）

这些代谢产物一部分以不可挥发的形式（如基因类、癌抗原、生长因子、白细胞介素等）存在体内，另外一部分以可挥发的形式（如烷烃、烯烃、醇类、醛酮、苯系物以及含氧化合物、含氮化合物及含硫化合物）经血液循环，通过呼吸、唾液、尿液、粪便、皮肤辐射和血液释放排出体外，到周围空气中——可挥发的这部分代谢产物，我们称之为VOCs（可挥发化合物）。

癌症患者VOCs通过呼气的释放浓度为微克至皮克级，而通过血液和尿液的释放浓度为微克至纳克级。微克级、纳克级和皮克级有多少？

如果说一个回形针重约1克，一粒芝麻重约1毫克，那么芝麻的1000分之一就是微克，大概是一粒肉眼不可见的尘埃的重量。将这粒尘埃继续切碎1000份，每一份是1纳克。取其中1纳克接着切碎1000份，这才得到了每份1皮克。

可见微克级、纳克级和皮克级的VOCs浓度有多么低，不过好在狗鼻子足够强大，强大到这些浓度恰好在它们的嗅觉范围之内——这就是为什么几乎没有人能够闻到癌症，而狗却可以闻到的原因。

狗在癌症嗅闻上的真实表现如何？

1989年，一只从未被训练过的狗总是冲着主人腿上的“黑痣”吠叫。因为疑惑，主人前往医院检查，发现这颗“黑痣”真身为恶性黑色素瘤。这件事发表在《柳叶刀》杂志之后，国外对相关研究报道的数量急剧增长。狗狗们的训练项目也从嗅闻黑色素瘤扩展到膀胱癌、卵巢癌、乳腺癌癌症、前列腺癌和肺癌等一系列常见人类癌症。

从国外相关文献来看，狗狗对癌症的嗅探研究暂处于实验室阶段，它们对癌症的灵敏性和特异性普遍达到90%以上，该结果同样得到国内赵勤涛团队的验证。

目前，该团队的研究已踏出实验室走进医院。从医院初步双盲测试结果来看，狗狗对新发和不同阶段骨髓瘤的检出率达94%，对早期肺癌的检出率达93%，对治疗中、术后复发病例的检出率达98%。

也许在不久的未来，喜欢狗的家庭，真能拥有一只既能撒娇又能互动的测癌小雷达！当然，在这里还是要祝愿大家身体一直健康！

参考文献：

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来源: 中国科普博览

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