本文首发于公众号「呼气试验」，此处为归档版本。

导读

本文系统介绍了EVOC（内源性挥发性有机化合物）探针技术的基本原理、开发逻辑及其在临床与药物研究中的核心应用。EVOC探针通过口服安全化合物（多为食品添加剂），利用呼气分析检测体内特异性代谢标志物，从而无创、快速地评估个体的药物代谢表型。文章阐述了该技术如何弥补常规VOC检测的不足，并通过酶学途径设计探针，以支持更小规模、更聚焦的临床试验。

重点应用方向包括：①监测肝功能——通过底物与代谢物的呼气浓度比值，反映肝酶活性，辅助肝病早期诊断与分型；②评估药物代谢——针对CYP450酶系（代谢约70%小分子药物），通过呼气中药物处理速率建立表型档案，为个体化用药提供比基因型更直接的预测依据。全文旨在展示EVOC探针在精准医疗和呼吸活检领域的广阔前景。

1.EVOC探针概述

EVOC（Endogenous Volatile Organic Compounds）探针是一种基于内源性挥发性有机化合物检测的先进技术，用于评估个体的药物代谢表型。该技术通过分析患者呼出气体中的特异性代谢标志物，能够快速、无创地判断药物在体内的代谢速率，从而预测药物的疗效和安全性。

药物在体内的代谢过程受多种因素影响，其中个体代谢表型的差异是导致药物治疗失败或不良反应的重要原因之一。EVOC探针技术的核心应用价值在于：通过预先评估患者的代谢能力，为临床个体化用药提供科学依据，有效避免因代谢异常导致的药物毒性或治疗无效。

外源性挥发性有机化合物（EVOC）探针是通常不在呼吸中发现的显著水平的化合物。当引入体内时（单独或作为鸡尾酒），EVOC探针可用于探索身体如何吸收、代谢或排泄特定化合物。

EVOC探针是安全的化合物，主要是食品添加剂，口服后在体内经过代谢，通过呼吸排出体外。

 

EVOC探针能够为那些仅靠自然发生的VOC可能不够的应用开发研究试验，并使科研人员有可能进行更小的、有重点的、可能更快的临床试验。

 

 

上图展示了EVOC探针用于评估代谢表型时，不同代谢速率下的血药浓度-时间曲线示意图。该图以时间为横轴、药物浓度为纵轴，通过三条不同颜色的曲线直观呈现了正常代谢、快速代谢前药以及快速代谢活性药物三种情况下的药代动力学特征。

各曲线具有明确的药理学含义：

曲线颜色

代谢类型

临床结果

橙色

前药快速代谢

前药迅速转化为活性形式，血药浓度超过MTC，导致毒性

蓝色

活性药物快速代谢

活性药物被迅速清除，浓度低于MEC，导致治疗无效

灰色

正常代谢

药物浓度在治疗范围内维持，疗效与安全性平衡

灰色曲线代表正常代谢情况下的血药浓度变化，是临床期望的理想状态。药物浓度从给药后逐渐升高，在治疗范围内维持足够长的时间后缓慢清除，既能保证疗效又不会产生毒性反应。

开发EVOC探针的方法是基于基础生物学，了解疾病的病理，并密切关注其背后的酶学途径。然后，我们努力将潜在的化合物与之配对，确定与这些途径相互作用的潜在探针，并通过确认给药途径、体内分布动力学、个体内和个体间的差异性、在呼吸中分泌的可能性以及最后确定剂量来进行验证。

2.EVOC探针的研究应用实例

Owlstone Medical专注于开发基于EVOC探针的呼吸活检应用，以支持在学术、临床和制药环境中进行的研究。

最初的重点是肝脏功能和健康，以及药物代谢测试，我们能够针对肝脏中的特定酶（如CYP450家族），然而它们也具有广泛的其他应用潜力。

早期的一些重点领域是以下方面的研究：

2.1监测肝功能

肝脏对身体的健康运行至关重要。它负责一系列生物功能，包括从血液中吸收有毒物质以使其无害，将药物代谢为活性形式，并将药物分解排出体外。

肝功能不佳可能是由于感染、酗酒、遗传性疾病、移植排斥和其他因素。肝病仍然是一个主要的死亡原因，全球有844万人患有慢性肝病（CLDs），每年导致200万人死亡。肝脏损害往往是无症状的，直到发生不可挽回的损害之后。

临床医生需要可靠地测量肝功能，以检测和监测疾病的进展，或作为治疗和疾病治疗影响的预测工具。目前有一系列的肝功能诊断测试，包括对血液中天门冬氨酸氨基转移酶、碱性磷酸酶、白蛋白和胆红素水平的测试，但没有一个是专门由肝功能驱动的。

 

将呼吸活检与EVOC探针相结合，有可能产生一个清晰明确的肝功能测量，并有可能通过测量关键肝酶的活性来区分不同类型的肝脏疾病。这是通过测量EVOC探针中的底物及其代谢物的水平来实现的。呼吸中底物的水平高于预期，下游代谢物的水平较低，这表明肝功能受损。

2.2药物代谢

约有40%的药物没有发挥预期的作用，导致不良事件或治疗效果降低。

这主要是由于药物的新陈代谢，即药物从原药到其活性形式的生物处理，以及药物的分解排泄。 当这一过程出现问题时，药物在体内可能积累到有毒的水平，或者活性形式从未达到足够的水平以产生预期的治疗效果。

大量的小分子药物由一类称为细胞色素P450s的酶代谢，其中有四种酶负责代谢大约70%的小分子药物，包括所有适应症中处方量最大的大多数药物，包括立普妥（心血管）、左洛复（心理健康）和曲马多（疼痛）。

 

对病人药物代谢状况的了解使临床医生能够对开什么药和用什么剂量做出更明智的决定。 带呼吸活检的Pharmacobreathomics能够通过呼吸活检按表型调查药物代谢状况。

Owlstone医疗公司正在探索开发一种检测方法，该方法使用与处理药物的P450酶相同的EVOC探针进行代谢，因此通过测量VOC水平及其处理和分解速度，可以建立一个可靠的表型档案，比单纯的基因型更具预测性。