全球超千億美元的IVD體外診斷市場，未來新增長點在哪里？呼氣診斷將是其中之一。近十年來，全球呼氣檢測技術(shù)迎來極大飛躍，呼氣診斷新藍(lán)海隱隱浮現(xiàn)。

我們的呼氣看似是無形的，但其實每一口呼出的氣都包含著反映身體各器官生理／病理狀態(tài)的生物標(biāo)志物（Biomarker），這些Biomarker可以作為疾病診斷和健康監(jiān)測的依據(jù)。

來自身體各個部位器官代謝產(chǎn)生的Biomarker會隨著血液循環(huán)到達(dá)肺泡，并通過呼氣排出體外。這個過程讓我們呼出的氣體中不僅包含氧氣、氮氣、二氧化碳和水蒸氣這些廣為人知的成分，還含有多達(dá)100～200種微量存在、反映身體各器官生理狀態(tài)的生物信號分子——揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compound，VOC）。

VOC代謝物的來源與路徑

2017年，以色列、美國、法國、中國和拉脫維亞等5國科學(xué)家聯(lián)合研究，通過對來自9個臨床中心的813名患者和591名健康對照進(jìn)行呼氣VOC分析，該項呼氣VOC檢測可以一次性快速準(zhǔn)確地診斷與分型17種疾病，其中包括肺癌、胃癌、結(jié)直腸癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、頭頸癌、腎癌等在內(nèi)的8種癌癥。［1］

5國科學(xué)家通過分析呼氣VOC診斷17種疾病

僅僅通過呼氣，就可以同時進(jìn)行多種癌癥檢測？這或許聽起來不可思議，但其實并非不可能。隨著技術(shù)突破和臨床應(yīng)用推廣，呼氣檢測在癌癥、感染性疾病、重癥醫(yī)學(xué)疾病、慢病等領(lǐng)域，有望成為如同影像診斷、血檢診斷常見應(yīng)用的新型IVD輔助診斷方式。

現(xiàn)有的IVD診斷方法很難在精準(zhǔn)性、可及性和低成本實現(xiàn)三角平衡。而呼氣檢測以其無創(chuàng)性、使用便捷性使患者依從度較高。若通過技術(shù)創(chuàng)新使檢測儀器在保證精確度的前提下，實現(xiàn)小型化和成本的有效控制，便能平衡呼氣檢測在大范圍臨床應(yīng)用上所需的精準(zhǔn)性、可及性和低成本。這不僅能改變現(xiàn)有的診斷產(chǎn)業(yè)，也將改變整個醫(yī)療和健康體系的診斷治療生態(tài)。

在過去的幾年，呼氣這一全新的疾病診斷載體得到了迅猛發(fā)展。動脈網(wǎng)從呼氣疾病診斷的歷史、發(fā)展和全球產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀對這一新藍(lán)海進(jìn)行了行業(yè)梳理。

諾貝爾獎得主發(fā)現(xiàn)呼氣VOC

諾貝爾獎得主美國化學(xué)家萊納斯·鮑林（Linus Pauling）與檢測呼氣VOC的氣相色譜儀

早在1970年代，兩次諾貝爾獎得主美國化學(xué)家Linus Pauling（1954年獲得諾貝爾化學(xué)獎；1962年獲得諾貝爾和平獎）就用氣相色譜儀（Gas Chromatography，GC）檢測到人類呼氣中的200多種揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）。這些VOC來自于全身各個器官的新陳代謝，可作為評估身體健康和疾病的生物標(biāo)志物。呼氣檢測的相關(guān)研究經(jīng)過50年的發(fā)展，呼氣VOC與疾病的的相關(guān)性變得越來越清晰且明確，Oxford Academic 的 《Human Breathomics Database》收錄了來自至少2000篇研究文獻(xiàn)，確定了近60種疾病和呼氣中VOC疾病信號分子的關(guān)聯(lián)，這些相關(guān)性涉及數(shù)十萬臨床樣本的支持。［2］

呼氣VOC研究論文發(fā)表與呼氣檢測臨床試驗統(tǒng)計（來源：Breath Biopsy： The Complete Guide）

在病理過程中，細(xì)胞代謝的改變會導(dǎo)致生化反應(yīng)產(chǎn)物VOC的變化。與癌癥相關(guān)的病理機(jī)制包括缺氧、細(xì)胞過度增殖、過度炎癥和活性氧活躍等，都會導(dǎo)致局部和系統(tǒng)性的VOC種類和濃度發(fā)生明顯變化。生物學(xué)家已提出了幾種潛在的生化途徑機(jī)制。例如，在缺氧和／或炎性疾病中，癌癥微環(huán)境中的氧化應(yīng)激促使烷烴和甲基化烷烴形成。癌癥患者中細(xì)胞色素P450酶的過度活化可能會提高酒精水平。局部缺氧引起的過度細(xì)胞增殖導(dǎo)致無氧呼吸，其中產(chǎn)生能量的糖酵解途徑釋放出酮和醇。

這里需要明確的是呼氣VOC檢測和常見的呼氣檢測有所不同。