国际嗅癌犬的研究现状及应用前景 [复制链接]

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摘要：癌症是威胁人类生命健康最主要疾病之一,实现癌症早期诊断对于提高患者的存活率至关重要。然而目前癌症的早期诊断面临着临床诊断技术特异性和敏感性不高、诊断价格昂贵、群众参与度低等问题,因此发展新的无创、快速癌症早期诊断技术对降低癌症患者死亡率有着重要的意义。自上世纪九十年代报道犬可以诊断黑色素瘤以来,国际上对犬嗅诊癌症进行了大量的研究,结果显示癌症患者的人体代谢气味,如呼出气体、体液以及排泄物中含有健康人不具有的特异性挥发气味,犬可以通过嗅闻皮肤、呼出气味、尿液、体液、血液中的气味检测肺癌、乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、黑色素瘤等。本文全面的总结了犬用于诊断癌症的理论依据、研究现状、面临的问题和应用前景等,为下一步嗅癌犬的研究提供参考。

前言

据世界卫生组织发布的《全球癌症报告》研究报告预测,全球癌症病例呈现迅猛增长态势,新发癌症由年的万人,逐年递增至年的万人,到年将达到万人。我国癌症死亡率一直是位居十大死亡原因之首,据统计,年我国新发病例.2万,死亡病例.4万,癌症已经成为当今世界健康的最大威胁之一。癌症的死亡率节节攀升,其中一个重要原因就是大多数患者早期往往无明显的症状和体征,被诊断的可能性也非常小,大部分得知病情的患者已处于癌症晚期。临床研究表明,原位癌治愈率接近%,Ⅰ期肺癌患者的5年生存率达60%-90%,而Ⅲ期和Ⅳ期肺癌患者的5年生存率仅5%-20%。因此开展对癌症的早期筛查具有重要意义。

自从年,Williams等人首次提出犬能通过癌症患者携带的特殊气味检测恶性肿瘤的猜想之后,开始出现皮肤癌相关报道。年,基于膀胱癌和前列腺癌患者尿液中甲醛浓度高于健康人的研究结果,Willis[2]等人首次提供实验方案证明狗在训练后能够识别膀胱癌患者尿液气味,此后出现了更多关于狗检测乳腺癌、肺癌、大肠癌、前列腺癌、卵巢癌等相关的研究报告。本文全面的总结了犬用于诊断癌症的理论依据、研究现状、面临的问题和应用前景等,为下一步嗅癌犬的研究提供参考。

一、犬用于嗅诊癌症的理论依据

1.1不同的癌症有着独特的气味

气味用于诊断疾病的研究历史由来已久,早在两千多年前的希波格拉底和古代中国时期,内科医师就知道不同的人其呼出气中带有的不同的“味道”,在某种程度上能够为疾病诊断提供一些线索。比如患有囊性纤维化疾病的患者,其呼出气体当中的含有浓烈的硫化物气味,

肾衰竭病人的呼出气体中,由于含有一定浓度的二甲胺和三甲胺类物质,使得患者的呼出气体散发出一股浓烈的“小便味”,肺脓肿的病人,其呼出气体往往会出现一股“腐臭味”等。现代采用气相色谱-质谱(GC-MS)的分析显示,不同的疾病会挥发出特异性的气体。对肺癌和结核病的分析发现,萘、苯和烷烃类物质等存在于活动性肺癌患者的呼出气体中,结核分枝杆菌代谢可产生多种挥发性有机物(VOCs),并可存在于感染者的呼出气体中。结直肠癌、乳腺癌、前列腺癌等恶性肿瘤的患者,由于肿瘤的生长伴随着基因和蛋白质的改变,进而引起的细胞膜过氧化等一系列反应,可使人体呼出气体中产生多种特异性的VOCs。糖尿病患者的呼出气体中的“烂苹果”气味就是代谢产生的丙酮所致。

吴昊研究小组采用(GC-MS)技术,对胃癌组织代谢产物中的VOCs物质进行了分析研究,研究结果表明在癌变胃部组织与非癌变胃粘膜组织中存在18中不同的VOCs。PhilliP博士等人根据呼吸气体成分在色谱仪上峰值分布区域所占的比例不同,发现22种VOCs在肺癌和非肺癌之间存在差别,即使在I期肺癌也可有较高的敏感性和特异性,分别为66.7%和%,并认为通过检测V0Cs可用于诊断肺癌。类似的报道见于乳腺癌,头颈癌,胰腺癌,前列腺癌、结直肠癌、肝癌等。Horvath等人以不同部位的癌症样本(卵巢、子宫颈、子宫体及会阴部)和健康人群的样本为试验材料,采用双盲法用一只经过训练的犬对卵巢癌样本进行识别,结果显示,犬对卵巢癌气味产生稳定的特异性联系之后,不会对宫颈癌、宫体癌等其他癌症产生反应,该研究证实卵巢癌与宫颈癌、外阴部的癌症有着不同的气味。

1.2犬具有灵敏的嗅觉

犬凭借敏锐的嗅觉和出色的工作能力,已经在公安和部队得到了广泛的应用,相继发展出了追踪犬、搜毒搜爆犬、搜尸犬、血迹搜索犬等。有关的研究结果表明,人的嗅觉细胞只有万个,覆盖着鼻腔上部黏膜的一小部分,面积仅有5平方厘米左右,而犬的嗅觉细胞大约为12万~万个,这些嗅觉细胞在鼻腔上占的面积达平方厘米左右。人的大脑约是犬大脑的10倍,但是犬的嗅球要比人的大3倍,经过训练后的警犬其嗅觉浓度可达到10-11ppm,而人对醋酸酐的感受浓度是ppm，这充分说明了犬对痕量气味敏感的感知能力。

二、犬用于嗅诊癌症的研究状况

2.1犬嗅诊癌症的特异性和灵敏度

犬用于诊断癌症的研究起源于年《柳叶刀》发表的一个案例:一位女训导员的犬经常会对其腿上的一个黑痣吠叫,又抓又挠,甚至想将黑痣咬掉,这让这名女训导员对黑痣产生了怀疑,后来经检测确定为黑色素瘤---皮肤癌中致死率最高的一种类型。自此以后,犬用于嗅诊癌症的研究相继被报道,包括肺癌、乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌等。McCulloch等人的研究显示,经过训练,犬区分肺癌患者和健康人呼出气体的灵敏度和特异性均可达到99%,区分乳腺癌患者和健康人呼出气体的灵敏度和特异性均可达到99%,区分乳腺癌患者和健康人呼出气体的灵敏度和特异性分别达到88%和98%。Horvath等人以不同部位的癌症样本(卵巢、子宫颈、子宫体及会阴部)和健康人群的样本为试验材料,采用双盲法用一只经过训练的犬对卵巢癌样本进行识别,结果显示,犬对卵巢癌样本的敏感度和特异性分别达到了%和97.5%。本文根据相关研究报道将犬对不同癌症和样本类型的诊断效果进行了总结。

2.2犬嗅诊癌症与其他方法的比较

目前国际上气味诊断研究比较多的是动物诊断和电子鼻诊断,本文总结了电子鼻和犬对几种癌症诊断的效果,结果见表2。从表2可以看出,犬对各种癌症诊断的灵敏度和特异性均要高于电子鼻,相比于肠癌人类haemoccult试验25-44%的成功率,犬检测的灵敏度和特异性均达到了90%以上。这充分说明,目前犬对癌症诊断的效率具有不可替代的优势。

三、犬用于嗅诊癌症面临的问题

3.1不同癌症嗅源样本的选择

通过表1可以发现,目前犬对于不同癌症诊断的特异性和灵敏度差异很大,其中肺癌、卵巢癌、肠癌、乳腺癌的诊断效率比较高,其灵敏度和特异性均达到了90%以上,而对其他癌症的诊断效率还不高。研究表明,嗅源(癌症样本)的选择对诊断效果有着显著影响。癌细胞产生的一些挥发性的化学物质随着代谢进入到皮肤、血液、尿液、呼吸气体中,然而不同的癌症代谢物在体内不同部位的富集是不同的,因此其采集的样本也各不相同,比如表1中乳腺癌的研究显示,采用尿液作为嗅源,其灵敏度和特异性显著低于用呼出气体作为嗅源,这可能是因为乳腺癌代谢的特殊气味物质在尿液中富集程度不高的缘故,也可能是因为尿液作为犬进行信息交换和气味标记的主要媒介,对犬具有特殊的生理性意义,采用尿液作为嗅源可能会干扰犬的正常作业,因此前列腺癌、膀胱癌、乳腺癌的采用烘干或湿尿液作为嗅源,普遍表现为诊断的特异性和灵敏度比较低。因此,未来要深入研究犬对癌症不同的样本诊断的特异性和灵敏度进行研究,以确定不同癌症所使用的最佳样本材料作为犬嗅诊的嗅源。

3.2嗅癌犬的选择和训练方法犬只的选择和训练可能对检测结果也有显著影响。对前列腺癌的研究显示,采用宠物犬作为嗅癌犬的检测效果没有用比利时马犬的效果好,Pickel和Cornu等人均采用尿液作为嗅源,用宠物犬的检测特异性只有17%,而使用比利时马犬检测的特异性和灵敏度均达到了90%以上。犬的训练方法可能也是影响检测结果的因素之一,有些犬训练三周即可对标的物产生示警,而有些犬可能需要训练1年左右的时间。因此,对嗅癌犬犬种的选择和训练方法还需要进一步的研究。

3.3嗅源的采集和保存

目前国际还没有统一的嗅源采集和保存方法,有些研究采用的是类似于采血管的玻璃管进行呼出气体的采集和保存,但是玻璃管对气味的吸附性较差,采集的呼出气体容易散发。由于尿液和粪便中含有多种微生物,微生物的分解作用是否会对癌症的特殊气味产生干扰,微生物是否会对癌细胞代谢产生的废物进行再分解,进而产生有别于“癌症气味”的挥发性有机物,尿液和粪便常温下的保存时间是否会对犬的检测灵敏度产生影响,目前仍不清楚。对于嗅源的采集和保存方式方法还有待进一步研究。

四、犬用于诊断癌症的应用前景

癌症的治疗效果在近十年中一直较低,总的治愈率为10%左右,除了癌症在早期没有明显的临床症状,临床检出率不高外,还有一个重要原因是癌症的诊断程序比较复杂,价格昂贵,甚至还会对人体造成创伤,比如胃癌要做胃镜检查,肺癌要做影像学检查和穿刺等,大多数人在没有明显的症状前不愿意做此类体检,导致错过了最佳的治疗时期。如何降低诊断费用、提高诊断效率、提高群众参与诊断的积极性成了癌症早发现早治疗的关键因素。而用犬来“嗅诊”癌症,只需要采集被检者的呼出气体或者尿液、体液、粪便等,几分钟即可检查出是否患有癌症,不仅不会对被检者造成身体损伤,而且方便快捷,价格低廉。采用提取的人体气味对癌症进行诊断,避免了犬和被检测者的直接接触,不存在医疗卫生安全问题,因此采用犬进行癌症诊断有着无可比拟的优势。国内外已经开始着手建立嗅癌犬实验室,比如意大利米兰人类研究中心、美国宾西！法尼亚大学、中国公安部南昌警犬基地等均已建立了专门的机构对嗅癌犬进行研究,相信不久的未来犬也可以为人类癌症早期诊断的利器