浙江大学汪小知团队通过LC-MS/MS分析挥发性有机化合物，实现肺癌早筛

肺癌是世界上死亡率最高的癌症之一，但早期诊断有助于提高治愈率，降低死亡率。 低剂量CT筛查是针对高危人群的有效肺癌筛查计划，但其成本和电离辐射使其无法实现大范围普查；挥发性组学方法，特别是呼气挥发性有机化合物（VOCs）指纹分析，由于其方便、无创且耐受性好，在早期肺癌筛查中的应用受到强烈关注。然而，呼气成分中的痕量VOCs疾病标记物的精准定量筛查方法目前仍无法满足临床要求。

近日，浙江大学浙江大学信息与电子工程学院汪小知课题组与协和深圳医院张厚德主任医师合作，在 Cancers 期刊发表了题为：LC-MS/MS Based Volatile Organic Compound Biomarkers Analysis for Early Detection of Lung Cancer 的研究论文。

该研究首次系统完整地建立了基于LC-MS/MS（高效液相色谱-串联质谱）的从呼气采集、预处理到代谢分析的标准定量分析方法，并建立了可以应用于早期肺癌筛查的标记物组合和阈值。

标准的呼气采集方法，实现了对呼气成分不同食物和器官来源的区分；采用羰基衍生化方法的固相定量萃取过程，实现了气相样品到定量稳定可控的液相样品的转换；采用液相色谱串联三重四级杆质谱方法对液相衍生呼气样品进行检测，与目前的临床定量方法完全一致，且大幅提高定性结果的敏感性和可靠性。检测对象为人体呼气中25种具有稳定衍生化反应和LC-MS/MS分析方法的小分子羰基VOCs，4种羰基VOCs无法检测且未显示。除了寻找癌症患者呼出气的标记物差异外。还研究了癌症患者呼出气体中3-羟基-2-丁酮和2-戊酮（TG-4和TG-8）的可能代谢来源和代谢机制。

与现有方法相比，该工作的系统方法具有优异的痕量气相样品分子的定量性能，精确揭示了不同VOCs成分在人体呼气中ppbv级别的差异。通过对早期肺癌患者术前、术后1小时、术后3 至7 天、术后4 至6 周空腹及进食后呼气样品，与健康对照组进行比较， 结果显示，餐后仅1小时后，3-羟基-2-丁酮（TG-4）、乙醇醛（TG-7）、2-戊酮（TG-8）、丙烯醛（TG-11）、壬醛（TG-19）、癸醛（TG-20）和巴豆醛（TG-22），在肺癌患者和对照组之间存在显着差异，其中浸润性肺腺癌（IAC）的差异最为显着 ，其敏感性和特异性最高为70%和76%。

图1. 不同饮食后呼气中 VOC 浓度的变化。A-C. 食用一些常见食物后人体呼气中羰基VOCs浓度的变化；D. 饮用不同糖液后呼出气中TG-4浓度的变化；E-F. 值和误差条表示平均值±SE。

该研究调查了呼出气中羰基挥发性有机化合物（VOC）的来源。结果假设这些VOCs可能来自消化道/口腔，收集了受试者饮用5%葡萄糖溶液后口腔和鼻腔的呼气样本。结果表明，TG-4和TG-10这两种羰基VOCs在口腔呼出气中的浓度明显高于鼻腔。这表明口腔代谢中的羰基VOCs是呼出气中的主要成分。此外，饮用糖或口服糖后口腔呼气中TG-4浓度显着升高表明TG-4主要来自口腔。而TG-8可来源于人体内的脂质代谢。

图2：口腔和鼻腔呼气的区别。8名健康志愿者喝完5%的葡萄糖溶液后，立即分别在口鼻中分别向两个平行采样袋中吹气。值和误差条表示平均值±SE。* 鼻腔与口腔相比，p < 0.05，#与糖后空腹相比。

呼气检测作为一种新颖、无创的方法完全有望提高早期癌症的检出率，基于采集、定量衍生和LC-MS/MS检测的呼吸分析与目前的临床分析仪器和方法完全兼容。在这项研究中，除了寻找癌症患者呼气的差异外，研究团队还研究了多种标记物在癌症患者呼气中的可能代谢来源和代谢机制，口腔细菌的糖代谢和人体的脂质代谢均能带来早期肿瘤患者等不同组间的样品区别。其中TG-4的敏感性和特异性在受试者工作特性（ROC）曲线分析中差异最大，达到了70%和76%。这些结果表明，呼气分析作为一种无创、快速的诊断方法，可以应用于早期肺癌的诊断和筛查。