周敏教授团队：探索呼出气VOC新型生物标志物，推动呼吸疾病早筛

摘要：上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科周敏团队在呼吸疾病知名期刊《Respiratory Research》发表题为《Exhaled volatile organic compounds as novel biomarkers for early d

上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科周敏团队在呼吸疾病知名期刊《Respiratory Research》发表题为《Exhaled volatile organic compounds as novel biomarkers for early detection of COPD, asthma, and PRISm: a cross-sectional study》的研究论文，第一作者田佳鑫；本研究得到了国家重点研发计划主动健康和老龄化科技应对重点专项的支持。

研究背景

在全球范围内，慢性呼吸系统疾病已成为第三大死亡原因，包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）和哮喘，并长期威胁着人类的生命。为了减轻疾病负担，开发快速便捷的COPD、保留比例肺功能受损（PRISm）和哮喘筛查方法至关重要。呼吸中的挥发性有机化合物（VOCs）可以反映疾病的病理生理过程，因此有可能作为诊断呼吸系统疾病的一种有前途的方法。

那么，我们能否在呼吸中识别出有潜力作为分类指标的VOC标记物，并进一步建立COPD、哮喘或PRISm患者早期检测的学习模型？

研究方法

本研究是一项横断面研究，从2023年8月到2024年6月，共采集了184名COPD患者，66名哮喘患者，72名PRISm个体和45名健康个体的呼出气样本，利用精智未来（ChromX）研发团队自主便携式微型气相色谱(Micro GC)装置(CXBA-Alpha)对呼气样本进行分析，通过单变量和多变量分析筛选潜在VOC标志物。接着，研究团队基于这些VOC标志物及基线特征，运用机器学习算法建立分类模型，并计算模型的敏感性、特异性和准确性，以评估其整体判别性能。

研究结果

本研究共纳入367名患者，其中COPD患者184名，PRISm患者72名，哮喘患者66名，健康对照45名。对患者的基线数据进行分析，结果显示年龄、吸烟状态等在四组之间有显著差异，这与不同疾病的真实世界状况相似。研究团队尤其记录了不同慢性呼吸系统疾病的合并症情况，结果显示，与其他两组相比，COPD和PRISm合并心血管疾病的比率最高，分别达到了33.7%和50%。

接着，研究团队利用便携式微型气相色共识别出了9种区分COPD和健康人的VOC分子，并鉴定出了部分VOC分子的分子式，包括丙酮、环戊烷、正十一烷等；并首次识别出了9种可以区分PRISm及健康人的VOC分子，包括对二甲苯、柠檬烯、正十一烷等；除此之外，我们还关注到区分哮喘和健康人的的特异性VOC分子，包括苯、柠檬烯等。值得指出的是研究团队首次鉴定出可以区分PRISm和健康人、PRISm和哮喘的特征VOC分子。

接着研究团队基于识别到的VOC分子，利用五种算法建立诊断模型并筛选出了最优模型。其中，区分健康对照和COPD患者的AUC达到0.92±0.01。区分PRISm与健康对照组的AUC也达到了0.78±0.01。区分哮喘和COPD的AUC达到0.92±0.01。

本研究识别出了可以区分COPD、PRISm、哮喘和健康人的特征性VOC分子，证明了基于VOC分子的分类模型有可能成为慢性呼吸道疾病鉴别的一种新策略，使用微型气相色谱可以快速检测慢性呼吸系统疾病，最重要的是，有助于快速识别人群中的PRISm个体。基于VOC的诊断模型使慢性呼吸疾病的快速筛查成为可能。

作者介绍

周敏

主任医师，教授，法国居里研究所博士后。上海交通大学医学院附属瑞金医院呼吸与危重症医学科副主任，博士生导师。中华医学会呼吸病分会工作秘书、呼吸治疗学组副组长，中国医师协会呼吸分会慢阻肺工作组成员，上海市预防医学会呼吸病防治专委会副主任委员等；主持科研项目16项，其中科技部重大专项4项，国自然3项，在国内外发表科研论文133篇，其中SCI论文80余篇，包括Lancet、American Journal Of Respiratory and Critical Care Medicine、PNAS等高影响力期刊，参编7部专著，牵头或参与制定专家共识和指南12部。入围2023年度全球前2%顶尖科学家榜单。