湯秦，王利民(四川醫(yī)科大學臨床醫(yī)學院，四川瀘州646000；四川綿陽四○四醫(yī)院 川北醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院)

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人類呼出氣檢測在肺結核診斷及療效、預后判斷中的應用進展

湯秦1，王利民2(1四川醫(yī)科大學臨床醫(yī)學院，四川瀘州646000；2四川綿陽四○四醫(yī)院 川北醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院)

摘要：肺結核是威脅人類健康的主要傳染病之一，快速、準確的診斷對于肺結核的管理和控制尤為重要。正常人呼出氣中主要包括揮發(fā)性有機化合物(VOCs)和呼出氣冷凝液(EBC)，通過呼出氣檢測可檢出肺結核特異性VOCs，并作為診斷肺結核的生物標志物，實現(xiàn)對肺結核的快速診斷，而EBC檢測在肺結核診斷中的研究較少。通過檢測EBC中H2O2和NO含量可在一定程度上反映肺結核的療效及判斷預后，而目前關于呼出氣VOCs檢測與肺結核療效、預后判斷的關系仍處于空白階段，需進一步研究證實。呼出氣檢測具有快速、無創(chuàng)、靈敏度高等特點，其在肺結核的診斷及療效、預后判斷等方面具有較高的臨床價值。

關鍵詞：肺結核；呼出氣；揮發(fā)性有機化合物；呼出氣冷凝液

結核病是由結核分枝桿菌侵入人體后引起的一種慢性消耗性疾病，是致命的傳染病之一。2014年我國新發(fā)肺結核患者約93萬，位列全球第三位。快速、準確的診斷技術對于結核病的管理和控制尤為重要，而目前應用的涂片鏡檢和培養(yǎng)等傳統(tǒng)細菌學檢測方法分別存在靈敏度低和檢測周期過長等缺點[1]，可能導致結核病檢出率低甚至延誤病情等。呼出氣檢測具有快速、無創(chuàng)、靈敏度高等特點，已經(jīng)逐漸應用于臨床，有望成為診斷肺結核及評價病情的重要方法?，F(xiàn)對呼出氣檢測在肺結核診斷及療效、預后判斷中的應用進展綜述如下。

1人類呼出氣成分

1.1揮發(fā)性有機化合物(VOCs)正常人呼出氣中的VOCs成分非常復雜，目前已檢測到的VOCs共3 000多種，每個人呼出氣中的VOCs為150～200種，主要成分為烴類、氧烴類、含鹵烴類、氮烴類及硫烴類[2]。人體細胞代謝脂質氧化過程的最終產(chǎn)物是碳氫化合物，其在血液中的溶解度極低，但可通過血液循環(huán)進入呼吸系統(tǒng)，最終由呼吸系統(tǒng)排出體外[3]。因此，通過檢測人體呼出氣中特定的VOCs，可以對機體生理、病理狀態(tài)進行評估。人體呼出氣中VOCs水平很低，通常在nmol/L～pmol/L的數(shù)量級之間，所以其成分檢測所需要的方法和技術要求均很高。隨著科學技術的發(fā)展，目前已發(fā)現(xiàn)檢測VOCs的多種方法，如氣相色譜、選擇離子流動管質譜、質子轉移反應質譜等[3～6]。

1.2冷凝液呼出氣通過冷凝裝置可以收集到水和可溶于水的各種物質，即呼出氣冷凝液(EBC)。EBC中許多成分來源于下呼吸道液體，而氣道內襯液體是呼吸道的防御屏障，可以抵御吸入性氧化物、病原微生物以及過敏原等對呼吸道的侵襲。因此，檢測EBC的成分及其濃度變化可評價呼吸道疾病的治療效果。

2呼出氣檢測在肺結核診斷中的應用

2.1VOCs檢測結核分枝桿菌代謝產(chǎn)物及結核桿菌感染宿主氧化應激能產(chǎn)生VOCs，可通過被動擴散從血液穿過肺泡進入呼吸氣中。呼出氣檢測可檢出肺結核特異性VOCs，并作為診斷肺結核的生物標志物，實現(xiàn)對肺結核的快速診斷。

Wilson等[7]使用14個導電聚合物傳感器電子鼻檢測了35份體外培養(yǎng)細菌的VOCs，結果顯示能夠100%從其他細菌中識別出結核桿菌，且能區(qū)分痰液標本中是否含有結核分枝桿菌、鳥結核分枝桿菌、綠膿桿菌或混合感染。2007年，Phillips等[8]發(fā)現(xiàn)，肺結核患者呼出氣中VOCs與體外培養(yǎng)結核桿菌檢測到的VOCs有相似的成分；該研究采用12種VOCs診斷肺結核，其敏感性和特異性均為100%，并且可以通過特異性VOCs標志物區(qū)分痰培養(yǎng)陽性和陰性患者。2010年，Phillips等[9]又對226例有癥狀的高風險肺結核患者進行呼出氣VOCs檢測，以4-甲基十二烷、2-己基環(huán)己烷、十三烷等10種VOCs作為活動性肺結核標記物，發(fā)現(xiàn)其診斷高風險活動性肺結核的陽性準確率達85%，敏感性為84%、特異性為64.7%。2012年，Phillips等[10]以萘的衍生物、苯和烷烴作為肺結核和結核分枝桿菌代謝產(chǎn)物的VOCs標記物，使用6分鐘床旁呼出氣檢測VOCs，發(fā)現(xiàn)該方法能準確識別活動性肺結核，其準確率可達80%，敏感性為71.2%、特異性為72%。以上研究均證實，呼出氣VOCs檢測可快速、準確地診斷肺結核。

通過對肺結核患者呼出氣VOCs成分的檢測，發(fā)現(xiàn)許多診斷肺結核的呼出氣VOCs標志物[11～13]，其中具有較高診斷價值的有煙酸甲酯、對甲氧基苯甲酸甲酯和鄰苯基苯甲醚等。Syhre等[14]通過固相微萃取和氣相色譜/質譜法確認了4個化合物(煙酸甲酯、甲氧基苯甲酸甲酯、甲基苯乙酸和鄰苯基苯甲醚)是結核分枝桿菌和體外培養(yǎng)結核分枝桿菌的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物，并發(fā)現(xiàn)痰菌陽性的肺結核患者煙酸甲酯水平明顯高于不吸煙的健康對照人群。為了明確這些生物標記物的來源，Syhre等[15]分別檢測了食品、化妝品、肺結核治療藥物等中的VOCs，認為煙酸甲酯和鄰苯基苯甲醚更適合作為診斷結核桿菌感染的揮發(fā)性標志物。研究發(fā)現(xiàn)，煙酸在結核分枝桿菌代謝的氧化還原過程中起重要作用，對甲氧基苯甲酸的前體是水楊酸，而水楊酸已被證實是對結核分枝桿菌的鐵攝取有重要意義[16,17]。因此，煙酸甲酯和對甲氧基苯甲酸甲酯可能成為肺結核患者呼出氣VOCs的診斷標記物。鄰苯基苯甲醚是結核分枝桿菌通過甲氧基-2-羥基苯基生物脫硫的產(chǎn)物[18]，可能是肺結核診斷的另一個呼出氣VOCs標記物。

呼出氣VOCs檢測可快速分辨痰菌陽性患者，是診斷活動性肺結核的一個快速、準確、無創(chuàng)的新方法。但在目前研究中存在以下幾個問題：①以上研究僅以健康人群作為對照，結核合并細菌或其他病菌感染也可以引起氧化應激，不能排除其導致的呼出氣VOCs升高；②結核分枝桿菌代謝及肺結核患者氧化應激產(chǎn)生VOCs的機制尚不明確；③缺乏標準化的VOCs收集及檢測方法，導致其檢測結果差異較大；④研究結果多來自較小的試點研究，需要擴大樣本量進一步研究，以確認VOCs在肺結核中的診斷價值。

2.2EBC檢測EBC檢測具有操作簡單、無創(chuàng)、患者易接受等優(yōu)點，在肺癌、支氣管哮喘、肺炎等疾病中的研究較多，但在肺結核病診斷中的相關性研究較少。Adams等[19]采用單顆粒氣溶膠質譜法對EBC進行檢測，結果顯示可以從其他分枝桿菌中區(qū)分結核分枝桿菌，提示單顆粒氣溶膠質譜法有望成為快速篩查肺結核病EBC的新技術。Jain等[20]在初診活動性肺結核患者EBC中未檢測到結核分枝桿菌的IS6110 DNA重復元件，認為結核分枝桿菌不能在EBC中生長。

2.3NO檢測呼出氣NO(eNO)檢測在哮喘中的應用已被美國胸科學會和歐洲呼吸協(xié)會認同[21]，而在結核病中是否具有同樣的診斷價值尚不明確。Van Beek等[22]發(fā)現(xiàn)，eNO檢測對于肺結核的直接診斷價值比較有限，但是其篩查潛在肺結核的敏感性(84%)和特異性(67%)均較高。因此，eNO檢測有望成為潛在肺結核的篩查方法。

3呼出氣檢測在肺結核療效、預后判斷中的應用

3.1EBC檢測結核分枝桿菌對呼吸道具有強烈的刺激作用，促使單核巨噬細胞破裂，產(chǎn)生大量活性氧和氮中間體。其中H2O2和NO可以從肺泡襯液中蒸發(fā)，EBC中H2O2和NO含量可反映呼吸道炎癥反應和局部氧化應激情況，由此判斷肺結核的療效和預后。Kwiatkowska等[23]檢測了16例活動性肺結核患者抗結核治療前及治療后2個月EBC中H2O2含量及血清IL-18水平，發(fā)現(xiàn)患者氣道氧化應激反應在成功抗結核治療2個月后降低。Ralph等[24]研究發(fā)現(xiàn)，EBC中NO的降低不利于肺結核的治療，其含量與肺結核患者的病情嚴重程度相關。因此，通過檢測EBC中H2O2和NO的含量可在一定程度上反映療效及判斷預后，但這方面的研究較少，需進一步研究。

3.2同位素標記檢測穩(wěn)定的同位素標記檢測是肺結核患者呼出氣檢測中的另一個研究方向。Mirbagheri等[25]研究發(fā)現(xiàn)，尿素14C呼氣試驗可以作為評估肺結核治療效果一種手段。Jassal等[26]使用結核桿菌動物模型，在異煙肼治療后2個月直接用13C標記的尿素氮進行肺內灌注，13C尿素氮通過結核菌脲酶活性在體內轉化為13CO2，能夠通過呼吸測試檢測出來。結核分枝桿菌中存在一定數(shù)量的CO脫氫酶，CO可被其轉化為CO2排出。Maiga等[27]通過檢測感染結核分枝桿菌動物模型中被標記的CO2，可快速識別出感染動物模型。異煙肼是通過結核分枝桿菌katG基因酶活化為乙酰異煙肼自由基，進而發(fā)揮抗結核作用。Choi等[28]使用15N標記異煙肼，并通過質譜儀檢測被感染動物呼出氣體中是否有標記過的氮氣，證實該方法可以快速檢測出對異煙肼敏感的結核病。呼出氣中同位素檢測可能會成為肺結核診斷和評估療效的一個快速檢測手段，但目前研究仍停留于小樣本的細胞試驗和動物試驗階段，要實現(xiàn)真正的臨床應用還需擴大樣本，進一步驗證肺結核呼出氣同位素檢測的可重復性、準確性和特異性。

3.3VOCs檢測目前，關于呼出氣VOCs檢測與肺結核病治療療效、預后判斷的關系尚無相關研究[29]，可作為未來重點研究的方向之一。

綜上所述，呼出氣檢測具有快速、無創(chuàng)、特異性高、取樣方便等特點，有很好的發(fā)展前景。雖然呼出氣檢測在疾病診斷中已有20多年發(fā)展歷史，但在肺結核方面的研究還處于初步階段，國內尚無相關文獻報道，而國際上關于肺結核呼出氣檢測缺乏統(tǒng)一標準的采集方法、分析方法以及參考值。因此，臨床上仍需對肺結核患者的呼出氣檢測進行深入研究。

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(收稿日期：2015-07-25)

中圖分類號：R473.5

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2016)12-0099-03

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2016.12.038

通信作者：王利民(E-mail: wlm404@aliyun.cn)

基金項目：四川省衛(wèi)生和計劃生育委員會科研基金資助項目(150170)；綿陽市科學技術局科研基金資助項目(13S001-11)。