VOCs采集與分析技術(shù)在肺癌診療中的研究進(jìn)展

郭玲 鄔紅 李強(qiáng) 許川 劉羽陽(yáng)

肺癌是全世界癌癥致死的主要原因，占癌癥死亡總數(shù)的18%，在中國(guó)，它是男性癌癥死亡的主要原因，也是女性癌癥死亡的第二大原因。GLOBOCAN2020數(shù)據(jù)[1]分析顯示，中國(guó)肺癌發(fā)病數(shù)和死亡數(shù)分別占全球的37.0%和39.8%。肺癌患者的5年生存率隨著診斷分期的增高而降低，由此可見(jiàn)高?；颊咴缙诤Y查的重要性[2]。目前在各類肺癌篩查指南或共識(shí)中，低劑量螺旋計(jì)算機(jī)斷層掃描（low-dose computed tomography, LDCT）為臨床上篩查肺癌的主要方式。在我國(guó)，LDCT目前用于50歲-74歲的人群的高危篩查。研究[3]發(fā)現(xiàn)，與未篩查人群相比，LDCT篩查的I期肺癌檢出率提高了4.7倍（OR=5.73, 95%CI: 3.37-9.76），而肺癌相關(guān)的死亡率降低了24.0%（OR=0.76, 95%CI:0.66-0.88）。LDCT存在的主要問(wèn)題有兩個(gè)方面。一方面是其假陽(yáng)性率高，美國(guó)國(guó)家肺癌篩查實(shí)驗(yàn)組公布的數(shù)據(jù)[4]顯示，使用LDCT進(jìn)行肺癌篩查的假陽(yáng)性率高達(dá)96.4%，其直接后果就是過(guò)度診斷以及隨后的過(guò)度治療，即意味著，如果不進(jìn)行LDCT篩查，一些患者終生都不會(huì)被診斷為肺癌；另一方面是檢查過(guò)程輻射的危害，研究[5]發(fā)現(xiàn)在10年的LDCT篩查中診斷出的每108例肺癌中就有1例患者是在篩查過(guò)程中由于輻射引起的。在上述因素的考量下，尋找一種更安全、更便捷的肺癌早期診斷方式成了當(dāng)務(wù)之急。

中醫(yī)講究“望聞問(wèn)切”，其中聞便是指醫(yī)生聽(tīng)患者說(shuō)話、咳嗽、呼吸，用鼻子嗅出患者口腔和各種分泌物的氣味。研究[6]發(fā)現(xiàn)臨床中苯丙酮尿癥患者尿液，汗液中會(huì)散發(fā)特殊的鼠尿味，有機(jī)磷農(nóng)藥中毒患者呼出氣和尿液中會(huì)伴有明顯的大蒜氣味，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的狗可以聞出惡性黑色素瘤患者，這說(shuō)明機(jī)體疾病狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生特殊的揮發(fā)性氣體。揮發(fā)性有機(jī)化合物（volatile organic compounds, VOCs）是起源于人體代謝過(guò)程的化合物，主要包括烷烴類、烯醇類、醛酮類等。作為一種新型的非侵入性腫瘤生物標(biāo)志物，被認(rèn)為可用于包括肺癌、乳腺癌、胃癌、胰腺癌以及結(jié)直腸癌等在內(nèi)的癌癥的早期篩查而進(jìn)入研究者視野[7-12]。VOCs在室溫下穩(wěn)定存在，沸點(diǎn)在50oC-260oC[13]，人體細(xì)胞通過(guò)代謝產(chǎn)生VOCs，實(shí)驗(yàn)[14]證實(shí)，肺癌患者與非肺癌個(gè)體的內(nèi)源性VOCs種類和含量存在差異。體內(nèi)組織發(fā)生癌變時(shí)，伴隨著癌細(xì)胞代謝重編程，線粒體會(huì)產(chǎn)生大量的氧自由基，這些氧自由基透過(guò)線粒體膜進(jìn)入胞漿后，可導(dǎo)致蛋白質(zhì)、脂肪酸以及核苷酸的氧化損傷，例如不飽和脂肪酸的過(guò)氧化反應(yīng)會(huì)生成烷烴類物質(zhì)而在各類體液中被檢測(cè)到。因此VOCs對(duì)肺癌早期診斷具有重大意義。

盡管在肺癌早期診斷中VOCs分析是一種極具發(fā)展前景的技術(shù)手段，但樣品采集、富集等處理方式多樣，分析手段繁雜。下面即通過(guò)總結(jié)在肺癌篩查中患者體液（呼出氣、尿液、血液、胸膜腔積液）來(lái)源及腫瘤細(xì)胞系來(lái)源的VOCs采集分析的多種技術(shù)方式，就該方法當(dāng)前的局限性和應(yīng)用前景進(jìn)行綜合分析和討論（圖1）。

圖1 VOCs來(lái)源Fig 1 Sources of VOCs. VOCs: volatile organic compounds.

1 VOCs的采集

1.1 患者體液來(lái)源

1.1.1 患者體液來(lái)源氣體狀VOCs的采集 人體中VOCs一經(jīng)形成便可以進(jìn)入血液，在血液循環(huán)中到達(dá)肺部，通過(guò)肺泡進(jìn)行氣體交換從而排出體外[13]。近年來(lái)呼出時(shí)的若干種揮發(fā)性碳基化合物已被鑒定為癌癥特異性標(biāo)記物，收集及分析其中代表機(jī)體（包括腫瘤細(xì)胞、微生物）代謝狀態(tài)的內(nèi)源性氣體化合物的組成，對(duì)于肺癌患者早期診斷具有重要意義。呼出氣采集是無(wú)創(chuàng)的，采樣量、采樣時(shí)間、采樣頻率不受限制，具有良好的可重復(fù)性。目前使用的收集方法主要有氣袋收集法、Bio-VOC取樣器以及采氣儀耦合吸附管取樣器等。

由于使用便捷、經(jīng)濟(jì)，氣袋收集法是目前臨床上使用最多的一種方法。受試者需佩戴鼻夾，打開(kāi)進(jìn)氣閥門后通過(guò)一次嘴呼吸將1 L左右呼出氣采集入取樣袋，封閉取樣袋送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分離檢測(cè)。目前使用最多的是Tedlar氣袋采樣，該氣袋的聚氟乙烯材質(zhì)比其他化合物具有更大的化學(xué)結(jié)合力與穩(wěn)定性。研究[15]表明，與Kynar及Flexfifilm等其他類型取樣袋相比，Tedlar袋具有背景污染低、樣品穩(wěn)定性高（干燥樣品可保存7 d）和可重復(fù)性的優(yōu)勢(shì)。Bio-VOC取樣器主要用于采集肺泡內(nèi)氣體，可以排除呼出氣中與機(jī)體代謝無(wú)關(guān)的死腔氣體的影響，受試者緩慢呼出約450 mL氣體進(jìn)入聚氟乙烯取樣器，前半段呼氣被排出，后半段約150 mL氣體被保留用于后續(xù)檢測(cè)[16]。該方法操作簡(jiǎn)單，易于攜帶及保存，但存在樣品采集量低、分析難度大的問(wèn)題。同樣的，采氣儀耦合吸附管取樣器主要是利用采氣儀采集呼出氣后直接進(jìn)入到裝填有Tenax的吸附管內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)其中有機(jī)化合物的直接吸附，同時(shí)也可以排除死腔氣體的影響，但操作繁瑣，成本相對(duì)較高。

相對(duì)應(yīng)的，不同的采集方式收集的氣體有不同的富集方式，氣袋收集法與Bio-VOC取樣器收集的氣體采用固相微萃取，其中氣袋收集法也可直接進(jìn)樣分析。采氣儀富集的VOCs后續(xù)經(jīng)熱脫附儀（thermal desorption, TD）進(jìn)行濃縮提純，其中熱脫附儀是對(duì)吸附在Tenax管中的物質(zhì)通過(guò)高溫加熱進(jìn)行脫附處理，然后吹掃進(jìn)后續(xù)的分析系統(tǒng)中[17]。

1.1.2 患者體液來(lái)源液體狀VOCs的采集 呼出氣冷凝物（exhaled breath condensate, EBC）是指將呼出氣進(jìn)行液化收集而來(lái)的液體，也是一種很有研究前景的肺部疾病標(biāo)記物來(lái)源。與傳統(tǒng)收集呼吸道液體（痰、支氣管肺泡灌洗液等）方法相比，具有無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)便、可重復(fù)、不會(huì)改變呼吸道的環(huán)境等特點(diǎn)。目前臨床上絕大多數(shù)EBC收集裝置為商業(yè)化收集器，包括R-Tube、EcoScreen、TURBODECCS和ANACON。使用冷凝器采集受試者呼吸15 min的樣品，在采集程序結(jié)束之前每5 min檢查一次呼吸頻率和平均呼吸量。收集到的EBC樣品立即在冰上運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室。然后將樣品轉(zhuǎn)移至2 mL管，儲(chǔ)存在-70oC用于后續(xù)分析。德國(guó)Eric Jaeger公司生產(chǎn)的EcoScreen冷凝器能夠維持樣品收集過(guò)程中-20oC恒低溫，有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[18]。

患者體內(nèi)尿液、血液、胸腔積液等也是VOCs的重要來(lái)源，與呼出氣相比，這類體液中VOCs的采集方式相對(duì)簡(jiǎn)單，但往往需要富集的過(guò)程。目前采用的富集裝置主要是微萃?。╩icroextraction），微萃取按萃取相分為液相微萃?。╨iquid phase microextraction, LPME）和固相微萃?。╯olid-phase microextraction, SPME）。1996年以來(lái)，LPME隨著環(huán)境分析技術(shù)的迅速發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，其基本原理是以有機(jī)液滴為萃取劑，在樣本和萃取劑兩者間使目標(biāo)分析物分配達(dá)到平衡，從而萃取出目標(biāo)溶質(zhì)。LPME具有快速、準(zhǔn)確、靈敏度高、環(huán)境友好的顯著優(yōu)勢(shì)。SPME技術(shù)是由Pawliszyn在20世紀(jì)90年代初提出，由液固萃取以及液相色譜相結(jié)合發(fā)展而來(lái)的新型樣品富集技術(shù)。SPME以吸附劑為核心，液體樣品通過(guò)吸附劑后，保留下了被測(cè)物質(zhì)。在去除雜質(zhì)后即用少量溶劑洗脫被測(cè)物質(zhì)以達(dá)到快速分離、純化和濃縮的目的。SPME中常用的固體吸附劑有Tendax管、活性炭管及混合吸附劑等。此外，研究者利用新型金屬有機(jī)框架材料MOF-5作為吸附劑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣富集甲醛，并與TD-氣相色譜/質(zhì)譜法（gas chromatography/mass spectrometry, GC/MS）聯(lián)用具有線性范圍寬、靈敏度高、再現(xiàn)性好、不需要化學(xué)衍生等優(yōu)點(diǎn)[19]。

尿液VOCs的富集主要采用Tenax管頂空固相萃取，Ramos等[20]采用如下方法，收集受試者尿液儲(chǔ)存于-20oC，常溫融化，然后移入15 mL帶螺帽玻璃離心管中5,000 rpm離心10 min。之后將每種尿液4.0 mL與2.0 g氯化鈉以及50 mL超純水轉(zhuǎn)移入10 mL的Teflon?/硅膠隔密封樣本瓶。血液樣本經(jīng)收集后，一般使用HS-SDME進(jìn)行VOCs富集，即有機(jī)溶劑液滴懸浮在進(jìn)樣針或毛細(xì)管端口上，在樣品上方懸空進(jìn)行萃取。例如使用衍化劑PFBHA的懸浮微滴溶劑提取、濃縮并衍生血液中的醛，這種萃取方式可以避免收到樣本基質(zhì)中高分子化合物以及難揮發(fā)物質(zhì)的污染。也有研究將超聲聯(lián)合HS-LDME萃取，大大提高了有機(jī)溶劑的穩(wěn)定性和方法的靈敏度，此類方法具有簡(jiǎn)便、靈敏、高效、溶劑消耗低、樣品基質(zhì)干擾小等優(yōu)點(diǎn)。它為研究復(fù)雜生物樣品中的揮發(fā)性疾病生物標(biāo)志物（醛類）提供了巨大的潛力[21]。胸腔積液作為與肺組織直接接觸的樣本，可能比血液、尿液樣本肺癌相關(guān)VOCs含量更高。采用胸腔穿刺術(shù)采集并儲(chǔ)存樣品在-80oC，Liu等[22]使用固相微萃取HS-SPME聯(lián)合氣相色譜質(zhì)譜法GC-MS研究肺癌患者胸腔積液中VOCs，研究結(jié)果表明，HS-SPME-GC/MS是一種簡(jiǎn)單、快速、敏感、無(wú)需溶劑的胸腔積液樣本測(cè)定方法，胸腔積液是區(qū)別肺癌患者和炎癥個(gè)體VOCs的有價(jià)值的樣本來(lái)源。

1.2 腫瘤細(xì)胞系來(lái)源氣體狀VOCs的收集 人體VOCs的產(chǎn)生不僅僅依賴于腫瘤細(xì)胞，其他正常細(xì)胞、免疫細(xì)胞和感染性病原體也會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)化合物，而且在采集分析過(guò)程中容易受到患者年齡、性別、飲食、吸煙等影響很難統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。因此，分析來(lái)自腫瘤細(xì)胞系的頂空化合物可以識(shí)別腫瘤特異性的揮發(fā)性有機(jī)物，并有助于闡釋其生物起源，而且作為體外研究，比體內(nèi)研究更容易控制實(shí)驗(yàn)變量，排除如性別、年齡和個(gè)體間變異的影響（原代細(xì)胞除外）。實(shí)驗(yàn)中一般用細(xì)胞培養(yǎng)瓶培養(yǎng)細(xì)胞，檢查前24 h更換培養(yǎng)液，并隔絕與外界氣體交換，為排除細(xì)胞培養(yǎng)液揮發(fā)氣體的影響，將空白培養(yǎng)基設(shè)置為陰性對(duì)照。隨后采用SPME收集培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)混合氣體并予以濃縮隨后分析。Schmidt等[23]采用吹掃捕集法（purge technique, PT）收集體外細(xì)胞培養(yǎng)VOCs，該方法又稱為動(dòng)態(tài)頂空萃取法。兩種方法集吸附、富集、解吸、進(jìn)樣于一體，通常與GC/MS等儀器聯(lián)用。

在進(jìn)入分析儀之前的進(jìn)樣方式上，目前研究中使用較多的為程序升溫氣化進(jìn)樣（programmable temperature vaporizing, PTV）。顧名思義，程序升溫氣化進(jìn)樣一般是在低溫條件（例如35oC）下將樣品注射進(jìn)樣口稱管內(nèi)，繼而按照設(shè)定的程序逐步升高進(jìn)樣口溫度（例如250oC），使樣品迅速氣化[20]，PTV可以把分流進(jìn)樣、不分流進(jìn)樣和冷柱進(jìn)樣結(jié)合為一體，適用范圍廣，靈活性高。PTV通常與GC、MS等聯(lián)合用于VOCs的成分分析（表1）。

表1 富集方式及特點(diǎn)Tab 1 Collection methods and characteristics

2 VOCs的分析

在大多數(shù)情況下，生物體來(lái)源的VOCs組成復(fù)雜，傳統(tǒng)分析方式效果不佳。因此，實(shí)現(xiàn)生物體揮發(fā)性有機(jī)物成分的定性和定量分析主要依賴于高通量分析技術(shù)。生物揮發(fā)性有機(jī)物分析技術(shù)主要分為包括色譜法（chromatography）、質(zhì)譜法（mass spectrometry, MS）以及電子鼻（electronic nose, E-nose）和傳感器技術(shù)相互間的組合與衍生。

2.1 色譜法 色譜法又稱色層法，主要由固體相以及流動(dòng)相兩部分組成。按流動(dòng)相分為液相色譜法、氣相色譜法等?；驹硎且砸?氣體為流動(dòng)相，將不同極性的單一溶劑或不同比例的混合溶劑、緩沖液或汽化的試樣被載氣等流動(dòng)相泵入裝有固定相的色譜柱，各成分在色譜柱內(nèi)被分離后進(jìn)入檢測(cè)器，采用適當(dāng)?shù)蔫b別和記錄系統(tǒng)生成色譜圖，標(biāo)明各組份流出色譜柱的時(shí)間和濃度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣本的分析。目前應(yīng)用較多的色譜法主要為高效液相色譜法（high performance liquid chromatography, HPLC），因其采用高壓輸液系統(tǒng)故又稱高壓液相色譜。此外超高效液相色譜法（ultra performance liquid chromatography, UPLC）采用小顆粒，高性能微粒固定相，改善了色譜的分離度、靈敏度和樣品通量。多維氣相色譜的發(fā)展大大提高了復(fù)雜生物揮發(fā)性有機(jī)物的分離能力，相比單維氣相色譜更容易得到VOCs潛在的生物信息。色譜作為一種分離技術(shù)必須聯(lián)合其他的檢測(cè)系統(tǒng)才能對(duì)各組分進(jìn)行定量檢測(cè)，其偶聯(lián)的檢測(cè)系統(tǒng)主要包括氫火焰離子化檢測(cè)器（flame ionization detector, FID）以及MS[24]。相比GC-FID，GC-MS優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)注釋功能佳、靈敏度高和速度快，是檢測(cè)呼出氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物最常用的儀器[25,26]。

2.2 MS MS是依據(jù)離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比，m/z）來(lái)檢測(cè)樣品的技術(shù)，即運(yùn)動(dòng)的離子通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)根據(jù)不同的質(zhì)荷比分離開(kāi)來(lái)，通過(guò)測(cè)出離子準(zhǔn)確質(zhì)量即可確定離子的化合物組成。

2.2.1 選擇性離子流管質(zhì)譜（selected ion flow tube MS, SIFTMS） SIFT-MS檢測(cè)空氣或者呼出氣中痕量化合物的實(shí)時(shí)量化分析技術(shù)，基本原理是流動(dòng)管技術(shù)，化學(xué)離子反應(yīng)和直接質(zhì)譜法，將初始離子（比如 H3O+、NO+、O2+等）和由載氣導(dǎo)入的痕量氣體在一定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行化學(xué)電離。SIFTMS通過(guò)快速實(shí)時(shí)在線分析，可快速定量分析濃度低至pptv級(jí)別的VOCs和一些無(wú)機(jī)氣體，且無(wú)須對(duì)樣品進(jìn)行吸附解吸[27]。

2.2.2 質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜（proton transfer reaction MS, PTRMS） PTR-MS是基于離子流動(dòng)管質(zhì)譜，結(jié)合化學(xué)電離和流動(dòng)漂移管模型技術(shù)的新型VOCs在線檢測(cè)技術(shù)[17]，其本質(zhì)是一種化學(xué)電離質(zhì)譜法?？招年帢O對(duì)水蒸氣進(jìn)行放電，產(chǎn)生高純度的H3O+離子進(jìn)入反應(yīng)室，在其中引入要分析的空氣樣品。初始離子H3O+通過(guò)質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)將質(zhì)子轉(zhuǎn)移給待測(cè)分子使其離子化，隨即利用質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)測(cè)定有機(jī)物的絕對(duì)濃度。PTR-MS優(yōu)勢(shì)在于可以在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)上千種揮發(fā)性有機(jī)物，無(wú)需樣品預(yù)處理，不僅可以通過(guò)直接進(jìn)樣檢測(cè)氣態(tài)樣品，結(jié)合頂空進(jìn)樣可分析液態(tài)或固態(tài)形式中所含的揮發(fā)性有機(jī)物[28]。

2.2.3 飛行時(shí)間質(zhì)譜（time of flight MS, TOF-MS） 離子在一定距離真空無(wú)場(chǎng)區(qū)內(nèi)到達(dá)檢測(cè)器的時(shí)間會(huì)因?yàn)殡x子質(zhì)荷差異而不同，TOF-MS技術(shù)正是通過(guò)這個(gè)不同時(shí)間而建立質(zhì)譜圖。經(jīng)典TOF-MS由三個(gè)主要結(jié)構(gòu)即離子源、飛行管、檢測(cè)器及兩個(gè)系統(tǒng)即記錄系統(tǒng)和真空系統(tǒng)組成。相較傳統(tǒng)質(zhì)譜儀，它的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、離子流通率高且質(zhì)量范圍不受限制。Rudnicka等[29]將TOF-MS與GS聯(lián)合用于生物樣品的預(yù)濃縮、分離和分析，可以用于快速測(cè)定呼出氣中ppb級(jí)別的化合物。

2.2.4 傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（fourier transform ion cyclotron resonance, FT-ICR） FT-ICR-MS將傅立葉變換應(yīng)用于離子回旋共振質(zhì)譜分析，離子源產(chǎn)生離子束并引入ICR中，離子在寬頻域射頻信號(hào)（包涵所有離子回旋頻率）作用下進(jìn)行回旋運(yùn)動(dòng)，類似電流的信號(hào)在記錄在接收板上。FT-ICR-MS集超高分辨率，高靈敏度和超高質(zhì)量精度（<200 ppb）等優(yōu)良性能為一體。研究[30]證明使用FT-ICRMS進(jìn)行VOCs分析在區(qū)分肺癌患者與吸煙者以及非吸煙者均有較高的敏感度與特異度，在區(qū)分肺癌患者以及肺良性結(jié)節(jié)患者亦有一定預(yù)測(cè)價(jià)值。

2.3 電子鼻和傳感器技術(shù) 電子鼻技術(shù)是目前檢測(cè)呼出氣最有發(fā)展前景的檢測(cè)方法，它是一種通過(guò)模擬動(dòng)物嗅覺(jué)器官開(kāi)發(fā)出的精密人工嗅覺(jué)儀器，主要使用氣味指紋圖譜對(duì)VOCs進(jìn)行定性或定量分析。自1982年，英國(guó)沃里克大學(xué)的Persaud等[31]提出了具有氣體識(shí)別、檢測(cè)、分析功能的仿生“電子鼻”，到近年來(lái)Chen等[32]利用金屬離子誘導(dǎo)氧化石墨烯組裝電子鼻診斷肺癌，可以達(dá)到95.8%的靈敏度。Chen等[33]使用自主研發(fā)的電子鼻系統(tǒng)對(duì)肺癌的檢測(cè)和分期進(jìn)行了研究，對(duì)肺癌的識(shí)別準(zhǔn)確率可達(dá)93.59%，肺癌分期的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到80%以上。這些研究結(jié)果提示了電子鼻檢測(cè)肺癌VOCs的可行性。電子鼻主要由氣味取樣器、傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)組成，分別模擬的是哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)嗅上皮、嗅球、嗅皮層三級(jí)神經(jīng)元。當(dāng)某種VOCs混合物與特定傳感器接觸并發(fā)生反應(yīng)，輸入的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由多個(gè)傳感器對(duì)一種VOCs混合物的整體響應(yīng)便構(gòu)成了傳感器陣列對(duì)該混合物的整體響應(yīng)譜，而整個(gè)傳感器陣列對(duì)不同VOCs混合物的響應(yīng)圖譜不同，正是這種區(qū)別，使得電子鼻系統(tǒng)可以根據(jù)傳感器陣列的響應(yīng)圖譜進(jìn)行不同VOCs混合物的精準(zhǔn)識(shí)別[34]。與傳統(tǒng)的GC-MS檢測(cè)相比，基于傳感器檢測(cè)技術(shù)的電子鼻是一種新型檢測(cè)設(shè)備，雖然檢測(cè)物的范圍受限于傳感器類型，但是檢測(cè)效率方面有較大提升（表2）。

表2 VOCs分析方法Tab 2 VOCs analysis methods

3 討論與展望

肺癌的早期診斷可以顯著提高患者的5年生存率。傳統(tǒng)的檢查方法，如血清腫瘤標(biāo)志物、痰細(xì)胞學(xué)以及X線檢查，假陽(yáng)性率較高且檢查結(jié)果多為中晚期，無(wú)法做到腫瘤的早期篩查，CT掃描不能精準(zhǔn)分析腫塊的性質(zhì)，造成大量假陽(yáng)性結(jié)果和不必要的組織活檢[35-37]。人體揮發(fā)性有機(jī)化合物VOCs可實(shí)時(shí)反映人體代謝狀態(tài)，對(duì)機(jī)體各種來(lái)源VOCs（尤其是呼出氣VOCs）進(jìn)行分析，在肺癌早期診斷和治療監(jiān)測(cè)乃至預(yù)后評(píng)估中具有重要價(jià)值。CT聯(lián)合VOCs對(duì)肺癌進(jìn)行早期非侵入性診斷，可以達(dá)到100%的特異度與97.3%的靈敏度[38]。VOCs因其無(wú)創(chuàng)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，將使其成為患者及醫(yī)生的首要選擇。

現(xiàn)有的VOCs采集、富集、成分分析、統(tǒng)計(jì)評(píng)估技術(shù)都相對(duì)成熟，但也不可避免的存在一些問(wèn)題。①胸腔積液、血液采集過(guò)程的相對(duì)有創(chuàng)，因此我們更多的選用呼出氣VOCs進(jìn)行肺癌早期診斷。但不可否認(rèn)的是即使相對(duì)有創(chuàng)，胸腔積液、血液VOCs的分析也會(huì)是低劑量螺旋CT檢查的有利補(bǔ)充；②VOCs采集與分析過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)化，不同研究者之間因?yàn)閷?shí)驗(yàn)客觀條件的制約，尚未形成統(tǒng)一檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)從而導(dǎo)致難以進(jìn)行橫向比較。采用傳感器為基礎(chǔ)的檢測(cè)設(shè)備來(lái)檢測(cè)具體的標(biāo)志物是一種選擇趨勢(shì)，不僅速度快，而且費(fèi)用低，同時(shí)也能保證一定的準(zhǔn)確率；③已提出的可能作為肺癌的生物標(biāo)記物起源不明，不同體液之間差別較大。比較肺癌的不同個(gè)體、同一個(gè)體的不同體液，找到其中的尤其是體外肺癌細(xì)胞系與體內(nèi)肺癌細(xì)胞代謝產(chǎn)生的VOCs之間的共同點(diǎn)，并嘗試從肺癌起源代謝通路找到證實(shí)依據(jù)，排除人體非腫瘤源性揮發(fā)性有機(jī)化合物的影響，從而發(fā)現(xiàn)肺癌的特異性生物標(biāo)記物。

VOCs作為近年新興的肺癌檢測(cè)方式，發(fā)展?jié)摿薮?。VOCs研究起步相較傳統(tǒng)方法晚，發(fā)展時(shí)間有限，除在胰腺癌檢測(cè)中進(jìn)行了前瞻性實(shí)驗(yàn)研究[9]，近5年在肺癌檢測(cè)中尚未有前瞻性實(shí)驗(yàn)報(bào)道，因此該項(xiàng)研究需要多學(xué)科多領(lǐng)域通力合作，產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展，促進(jìn)科研成果向臨床快速轉(zhuǎn)化。VOCs聯(lián)合傳統(tǒng)肺癌早期檢測(cè)方式，有望提高早期檢測(cè)肺癌患者的能力，改善肺結(jié)節(jié)的管理模式，降低篩查和診斷風(fēng)險(xiǎn)和成本，優(yōu)化預(yù)后監(jiān)測(cè)方法，同時(shí)會(huì)成為臨床上疾病診斷（表3），包括其他癌癥、糖尿病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等的主要檢測(cè)方式之一，惠及更多患者。

表3 患者體液及肺癌細(xì)胞系的VOCs研究總結(jié)Tab 3 Studies on the VOCs analysis of patient-derived body fluids and lung cancer cell lines