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慢性阻塞性肺病 (COPD)

慢性阻塞性肺病是指一组导致气流阻塞和呼吸相关问题的疾病。全球疾病负担研究（2016年）报告了2.51亿例慢性阻塞性肺病，造成约5%的死亡（2015年，317万）。预计到2020年底，慢性阻塞性肺病将成为全球第三大死亡原因。慢性阻塞性肺病通常是渐进式的，通常与病毒或细菌感染有关的恶化是肺功能下降的一个主要原因。吸烟是最常遇到的慢性阻塞性肺病的风险因素。

哮喘和慢性阻塞性肺病都是慢性炎症性肺部疾病，通过支气管收缩引起气流受限。因此，它们有许多相似之处，但也有重要区别。通常情况下，炎症的性质不同；哮喘的炎症通常是嗜酸性的，而COPD的炎症主要是嗜中性的。尽管如此，这两种情况之间有很大的重叠，而且每种情况都包括多个具有不同临床和病理生理特征的患者亚群。

与哮喘一样，慢性阻塞性肺病的症状可能来自多种机制，因此为每个病人找到最合适的治疗方法是具有挑战性的。因此，近年来越来越多的人呼吁探索慢性阻塞性肺病的精准医学方法，越来越多的研究正在为慢性阻塞性肺病开发定制的生物治疗方法。

VOCs and COPD

在一项针对28名COPD患者的研究中，用GC-MS和电子鼻装置测量了呼出气体中的VOCs：发现19种VOCs与嗜酸细胞阳离子蛋白（ECP）—一种已知的嗜酸细胞活动的生物标志物—高度相关，另外4种与髓过氧化物酶（MPO）—一种嗜中性细胞的活动标志物高度相关（图1）。分析显示，12名轻度COPD患者的敏感性和特异性很高（ECP的AUC为1.00，MPO为0.96），但16名中度COPD患者的敏感性和特异性不高：由于轻度COPD更常见于气道炎症的类型，而中度COPD与炎症的关系较小，与气道重塑关系较大，这表明这些VOCs可用于测量气道炎症的活性。

图1.识别呼吸中的VOCs和不同形式COPD的炎症生物标志物之间的联系。ECP是活化的嗜酸细胞的标志物，而MPO表示中性粒细胞的活性。

         

一项针对14名患者的小型概念验证研究表明，各种呼吸组学方法可用于监测COPD的治疗反应，从使用倍氯米松/福莫特罗与使用氟替卡松丙酸/沙美特罗的同一患者身上检测到不同的呼吸印记。需要更大规模的研究来探索使用呼吸测试监测COPD治疗的全部潜力。

2018年对将呼吸分析应用于呼吸系统疾病的现有研究进行了系统回顾，强调吲哚、芳香烃、乙酸、苯酚、己醛、壬醛和癸醛以及2-戊酮是拟与COPD相关的VOCs。这些VOCs已被用于创建预测模型，正确分类率在70%至92%之间。研究还表明，VOCs与痰液中的嗜酸粒细胞和病情加重的频率有关联。

图2.来自Owlstone Medical的呼吸活检平台的结果显示，利用呼出的VOC分析来区分肺癌和COPD的能力。敏感性0.91，特异性0.64，ROC 0.80。

         

利用呼吸活检来区分慢性阻塞性肺病和肺癌患者

有证据表明，使用呼吸活检平台收集和分析的呼吸VOCs可以区分COPD和其他肺部疾病。 图2显示了该平台在227名COPD患者和269名肺癌患者群体中的表现。呼吸活检可以区分肺癌患者和COPD患者，其灵敏度为0.91，特异性为0.64。接受者操作曲线下的面积等于0.80 ± 0.03。

总结

迄今为止，相对较少的研究试图将呼吸组学应用于慢性阻塞性肺病的检测和分层，而那些研究往往缺乏规模和统计的稳健性，无法提供特定VOCs和疾病之间的结论性联系。

尽管如此，使用呼吸活检的早期结果是有希望的。慢性阻塞性肺病的无创呼吸测试代表了一个关键的机会，全世界被诊断出的病人数量越来越多，对可用于肺功能严重受损的病人的诊断和监测方法的需求也越来越大。