狗可以像搜毒排爆那樣，準確聞出患癌病人嗎？

能使葉莖黃化、葉片斑駁黃化，進而變成“紅鼻子”果的黃龍病，不僅讓柑橘品質低劣，喪失經濟價值，而且會迅速蔓延，危及整個果園。這個由細菌引發並通過木蝨傳播的病害，因爲其隱秘性和破壞性，在傳統監測手段面前總能“肆意妄爲”，一直以來是全球柑橘經濟的頭號大敵。然而，誰也沒想到，影響柑橘產業幾十年的起伏的“柑橘癌症”，竟然被狗靠鼻子診斷出來。

金色拉布拉多尋回犬

（圖片來源：veer圖庫）

最近，在江西贛南臍橙產業園中，由一位訓導員和一隻拉布拉多尋回犬組成的黃龍病新型監測手段，憑藉着狗出色的嗅覺“診斷”能力，大大提高了黃龍病的檢出率，園區黃龍病發病率一度從29%降至3%。既然狗可以靠鼻子聞出水果的病害，那麼它們是不是也能同樣識別癌症患者？答案是當然可以。

相比於只有500萬個氣味受體的人類，狗狗的氣味受體數量是人類的44倍，而且已超過2.2億個，還有遠超人類690倍的嗅覺接收器平展面積。動物行爲學研究博士史蒂夫·懷特曾在《警犬的作業基礎-氣味》研究報告中對此做過一個形象比喻：德國牧羊犬與人的嗅覺接收器的面積，是一平方碼（0.83平方米）與一張郵票（0.0012平方米）的對比。

鼻平面上的斑塊狀結構

（圖片來源：Unsplash）

狗的鼻平面是鼻子上無絨毛的部分，所覆蓋的斑塊狀的結構從鼻平面一直延伸到鼻孔和鼻腔內。這讓高達3.3m/s嗅吸動力的狗鼻子，一邊能快速地吸入更多體積的新鮮空氣，一邊又從鼻側面夾縫中排出更多體積的“舊”空氣。

空氣進入鼻腔後，氣味分子先經過位於下方的犁鼻器，再通往後方的嗅覺區。剩餘空氣則從尾部較低的通道順着咽流到肺部，參與呼吸。

犬和人類嗅覺系統的示意圖結構

（圖片來源：參考文獻7）

犁鼻器是人類所沒有的，位於鼻底和梨骨兩側組織中的特殊嗅覺器官，呈“成對的小盲管狀”。作爲感覺外激素的化學感受器，它不僅擁有雙極嗅細胞，還通過608根犁鼻神經束與嗅葉和大腦直接相連。它對小範圍內特異性的化學感應信號（即信息素）的識別更加靈敏，被認爲是主嗅覺系統的輔助結構。

嗅覺區是狗嗅覺系統最核心的區域，也是主嗅覺系統發揮作用的地方，含有鼻甲骨、鼻竇、篩骨、嗅粘膜和嗅球等大量嗅覺器官。在這裡，狗可以識別環境中的化學氣味，這也是它爲什麼能識別癌症的重要生理原因。

大多數動物對氣味的最低分辨濃度是 10^-6～-10^-9 摩爾，人類是10^-4.5摩爾，而狗狗可以聞到低至10^-17摩爾濃度的氣味，也就是說，在一個長120米寬90米的足球場上，狗可以輕而易舉地聞到一個蘋果的氣味，同樣，在這個足球場上，狗也能輕而易舉地聞到一位癌症患者。

先來看看“柑橘癌症”黃龍病是怎麼被聞出來的，美國佛羅里達州的植物保護專家蒂莫西·哥特瓦爾德發現，當細菌感染柑橘樹時，柑橘樹會釋放出一些極其微量且特殊的化學物質。正是通過捕捉這些化學物質，狗得以判斷一棵柑橘樹是否患上黃龍病。類似的，癌症也會釋放極其微量且特殊的化學物質——這就是狗能識別癌症患者的根本原因。

大家都知道，中醫講究“望聞問切”。這個“聞”，就是身體抱恙伴隨着氣味的具象表現——人生病時，口腔、唾液、尿液、汗液等會出現氣味異常。以人可以聞到的典型氣味來舉例，糖尿病患者出現糖尿病酮症酸中毒時，過量的丙酮會通過呼吸排出體外，聞起來和蘋果腐爛的味道類似；腎衰竭病人呼出氣體中，含有一定濃度的二甲胺和三甲胺類物質，聞起來和尿液的味道類似。

老中醫給病人診病

（圖片來源：veer圖庫）

當我們把結腸癌細胞、肺癌細胞等癌細胞進行體外培養就會發現，它們也產生了不同的“氣味”，只不過濃度特別低，人類聞不到。

癌細胞爲了滿足其持續生長的自身需求，會出現：①葡萄糖、脂肪和氨基酸代謝失調；②代謝物驅動基因調控的改變；③與微環境的代謝相互作用等代謝典型特徵。也就是說，相比健康細胞，癌細胞有截然不同的代謝水平，並生成特有的代謝產物。

癌細胞三維圖像

（圖片來源：veer圖庫）

這些代謝產物一部分以不可揮發的形式（如基因類、癌抗原、生長因子、白細胞介素等）存在體內，另外一部分以可揮發的形式（如烷烴、烯烴、醇類、醛酮、苯系物以及含氧化合物、含氮化合物及含硫化合物）經血液循環，通過呼吸、唾液、尿液、糞便、皮膚輻射和血液釋放排出體外，到周圍空氣中——可揮發的這部分代謝產物，我們稱之爲VOCs（可揮發化合物）。

癌症患者VOCs通過呼氣的釋放濃度爲微克至皮克級，而通過血液和尿液的釋放濃度爲微克至納克級。微克級、納克級和皮克級有多少？

如果說一個回形針重約1克，一粒芝麻重約1毫克，那麼芝麻的1000分之一就是微克，大概是一粒肉眼不可見的塵埃的重量。將這粒塵埃繼續切碎1000份，每一份是1納克。取其中1納克接着切碎1000份，這纔得到了每份1皮克。

可見微克級、納克級和皮克級的VOCs濃度有多麼低，不過好在狗鼻子足夠強大，強大到這些濃度恰好在它們的嗅覺範圍之內——這就是爲什麼幾乎沒有人能夠聞到癌症，而狗卻可以聞到的原因。

1989年，一隻從未被訓練過的狗總是衝着主人腿上的“黑痣”吠叫。因爲疑惑，主人前往醫院檢查，發現這顆“黑痣”真身爲惡性黑色素瘤。這件事發表在《柳葉刀》雜誌之後，國外對相關研究報道的數量急劇增長。狗狗們的訓練項目也從嗅聞黑色素瘤擴展到膀胱癌、卵巢癌、乳腺癌癌症、前列腺癌和肺癌等一系列常見人類癌症。

從國外相關文獻來看，狗狗對癌症的嗅探研究暫處於實驗室階段，它們對癌症的靈敏性和特異性普遍達到90%以上，該結果同樣得到國內趙勤濤團隊的驗證。

目前，該團隊的研究已踏出實驗室走進醫院。從醫院初步雙盲測試結果來看，狗狗對新發和不同階段骨髓瘤的檢出率達94%，對早期肺癌的檢出率達93%，對治療中、術後復發病例的檢出率達98%。

也許在不久的未來，喜歡狗的家庭，真能擁有一隻既能撒嬌又能互動的測癌小雷達！當然，在這裡還是要祝願大家身體一直健康！

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出品：科普中國

作者：寧珏垠（華中農業大學寵物健康研究院）

監製：中國科普博覽