結直腸癌篩查與甲烷呼氣檢測

韓佰花，董秋菊，撒海花，唐彤宇

1.菏澤市立醫院消化內科，山東菏澤 274000；2.菏澤市立醫院消化內鏡室，山東菏澤 274000；3.吉林大學第一醫院胃腸內科，吉林長春 130000

世界衛生組織國際癌癥研究機構（International Agency for Research on Cancer, IARC）頒布的2020 年全球最新癌癥報告數據顯示中國新發癌癥人數和癌癥死亡人數居全球第一，分別占全球23.7%、30%，其中結直腸癌的新發病率排第3 位，病死率第2 位[1]。中國國家癌癥中心最新發布：2019 年全國癌癥報告指出，結直腸癌新發病率排第3 位，病死率排第5 位。在全球癌癥報告中預計2040 年相比2020 年，癌癥負擔將增加50%，對癌癥的預防，成為了全球性公共衛生難題，需納入國家層面的衛生計劃中去，這是減輕未來全球癌癥負擔的關鍵手段，也是減輕我國經濟負擔的一項重要舉措,結直腸癌的發生從腺瘤到腺癌，大約需要5～10 年的時間，所以結直腸癌發現越早，治愈概率越大，深入研究結直腸癌的早期篩查方法，是當前醫學發展所需要解決的問題。

1 結直腸癌的篩查

1.1 糞便檢測

糞便潛血試驗（fecal occult blood test ,FOBT）分為化學法糞便潛血試驗和免疫化學法糞便潛血試驗（fecal immunochemical test,FIT）。化學法糞便潛血試驗最常用的為愈創木脂糞便潛血試驗1.（guaiac-based fecal occult blood test, gFOBT），該試驗能降低結直腸癌的病死率[2]，無法顯著減低其發病率[3]；FIT 的檢測原理是利用人血紅蛋白抗原抗體反應進行檢測，不受食物和藥物的影響。糞便基因檢測是檢測糞便中結直腸脫落細胞的基因突變和/或甲基化，來篩查結直腸腫瘤。糞便蛋白質檢測如丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2），糞便微生物檢測如克氏擬桿菌、大腸桿菌、具核梭桿菌等處于研究階段。糞便基因檢測無創，不需要限制飲食，取樣方便，操作簡單[4]。

1.2 血液檢測

外周血蛋白質的檢測：主要有癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA）、糖 類 抗 原（CA199、CA242、CA72-4、CA50）、內皮細胞特異性分子（endothelial cell specific molecule-1,ESM-1）、腫瘤型M2丙酮酸激酶（tumor type M2 pyruvate kinase ,TuM2-PK）、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase ,MMPs）、基質金屬蛋白酶抑制物-1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1 ,TIMP-1）。外周血基因的檢測包括 Septin9、KRAS、NRAS、BRAF V600、磷脂酰肌醇-3-激酶催化亞單位α（phosphatidylinositol 3-kinase catalytic subunit alpha ,PIK3CA）、TP53、APC、c-myc、Runx3、miRNA 等。有研究發現septin9 基因甲基化診斷結直腸癌的敏感性和特異性達到74.8%和87.4%，比FIT 性能好[5]。

1.3 內鏡和影像檢查

腸鏡檢查：是結直腸癌診斷的金標準，分為結腸鏡和乙狀結腸鏡。有研究表明行結腸鏡篩查可以降低結直腸癌56%的發病風險和57%的死亡風險[6]。乙狀結腸鏡在我國應用較少。CT 結腸成像(computed tomography colongra-phy，CTC)又稱為CT仿真結腸鏡，該檢查需清潔腸道，有放射線危害，操作復雜，檢查費用高，不能有效地檢出≤5 mm 的病變等缺點，可用于無法完成結腸鏡檢查的人群。膠囊內鏡:無痛苦，仍需腸道準備，無法取活檢，有腸梗阻，膠囊嵌頓的風險。還有正電子發射計算機斷層顯像（PET-CT）、鋇劑灌腸雙重對比造影等。

1.4 其他

直腸指診：有效檢查低位直腸腫瘤。

調查問卷評估：主要有亞太結直腸癌篩查評分系統（Asia-Pacific colorectal screening scoring system, APCS）和結直腸腫瘤高危因素問卷調查（high risk factors questionnaire, HRFQ）。APCS 評分系統在無癥狀的亞洲人群中能有效預測患結直腸腫瘤的風險[7]。

2 呼氣檢測

隨著醫學科學技術的發展，研究發現，人體呼出的氣體中的甲烷與結直腸癌有關，通過甲烷氫氣呼氣試驗可以檢測甲烷。呼氣氫試驗檢測在1984年在我國開展應用，于2000 年10 月在我國進行了首次呼氣試驗的學術交流大會。呼氣氫試驗在國外從1962 年開始在美國研發應用,70 年代被廣泛應用[8]。下面就甲烷呼氣檢測，甲烷與結直腸癌的關系分別介紹如下。

2.1 甲烷呼氣檢測的定義

甲烷呼氣檢測是一種攝入一定量的碳水化合物后，來測量呼氣中的甲烷的含量，了解腸道菌群的情況，進一步了解胃腸生理和病理狀態的一種無創、簡單易行的檢測方法，是呼氣試驗的其中一種。可以用來檢查乳糖不耐受、小腸細菌過度生長、腸易激綜合征、消化酶缺乏，以及胃酸分泌量等。

2.2 甲烷呼氣檢測的原理

人體的組織細胞新陳代謝不產生分子狀態的甲烷氣體，呼出氣體中的甲烷全部來自腸道產生。甲烷是腸道內產甲烷菌利用腸道內產氫氣的細菌酵解碳水化合物后產生的氫氣和二氧化碳為底物產生的代謝產物。所以甲烷呼氣檢測與氫呼氣檢測密不可分。腸道內產生的甲烷大部分通過腸道排出體外，大約有14%～21%進入血液循環，在肺泡進行氣體交換，呼出體外[9]。呼出的甲烷含量很少，只能用百萬分之幾表示。在有關疾病狀態下，腸內菌群發生變化，產甲烷菌增多或腸道生理功能改變，使甲烷通過率增加，呼出氣中甲烷含量增加。通過測量呼出氣中甲烷出現的時間和產生的量，進一步了解腸道的菌群分布，了解腸道對碳水化合物的吸收相關疾病。

2.3 甲烷氫呼氣檢測的方法

依照采用底物不同，甲烷氫呼氣試驗檢測方法在臨床上比較常用的有以下幾種：乳糖呼氣試驗、乳果糖呼氣試驗、葡萄糖呼氣試驗、果糖呼氣試驗、支鏈淀粉呼氣試驗。蔗糖呼氣試驗、山梨醇呼氣試驗、甘露醇呼氣試驗、木糖呼氣試驗等。

2.4 甲烷氫呼氣檢測試驗常用的使用技術

依照檢測設備的技術原理不同，檢測呼出氣體中甲烷、氫氣的技術主要有氣相色譜技術、電化學技術和固態傳感器技術。氣相色譜儀由于設備復雜、價格昂貴，檢查效率低，不能大面積臨床推廣使用。電化學技術使用方便，檢測簡單快速，但其結果的穩定性和敏感性不穩定會逐漸降低。固態傳感器技術又叫半導體傳感器技術，快速方便、數據準確和性能穩定、可重復性等優點，在國際臨床和科研使用的主要技術。基于激光光譜的甲烷檢測技術尚處于臨床前研究階段。

2.5 甲烷氫呼氣試驗檢查前準備

檢查前2～4 周需停用抗菌藥物和調節腸道菌群藥物，避免洗腸和腸鏡檢查；檢查前一周停用瀉藥、大便軟化劑、疏松劑；檢查前1～2 d 停腸道促動力藥、阿片類止痛藥；檢查前24 h 禁食易產氣、高纖維素、高碳水化合物和不宜排空的食物；檢查前12 h開始禁食至檢查結束后，可服用常用處方藥，但不能影響胃腸蠕動，針對降糖藥物的量需咨詢醫生。在檢查當天需清潔口腔，排除口腔細菌的干擾；避免吸煙包括二手煙，避免劇烈運動，保持清晰安靜[10-11]。

2.6 甲烷氫呼氣檢測的步驟

首先空腹采集一個呼氣樣本，獲得甲烷的空腹基礎值，然后喝一杯含有底物的溫水，有共識建議在1 杯水中加入75 g 葡萄或10 g 乳果糖，每間隔20 min 采集氣體1 次[12]。根據我國國情，采取每間隔30 min 采集氣體1 次，共采集7 次。根據特殊的研究目的，采集時間也可自行劃分。把氣體采集袋編號，讓患者按編號順序采集呼出氣體，檢測結束。

3 甲烷與結直腸癌的關系

在結直腸癌患者中，甲烷呼氣檢測陽性率較高，有研究發現，結直腸癌患者中30 例有24 例甲烷呼氣試驗陽性[13]，與他人報道一致,并且指出該試驗與大腸癌病期有顯著相關性，可以作為一種篩查大腸癌的方法[14]。有研究表示也可以作為評估大腸癌手術后復發的標記物[15]。甲烷與結直腸癌之間相互作用機制尚不清楚。有報道認為結直腸癌常伴腸梗阻,碳水化合物在結腸內存留時間延長，進行充分的無氧酵解后，產生更多的甲烷。結直腸癌伴腸梗阻時還可使腸道菌群發生改變，導致甲烷生成增多[16]。結直腸癌患者飲食習慣的不同，可導致腸道微生態的改變，使厭氧菌大量繁殖，可能產生更多的甲烷[17]。增多的甲烷一方面可以刺激大腸細胞發生炎癥反應，誘導腫瘤發生；另一方面可以抑制腸道蠕動，導致便秘。

針對甲烷與便秘相關疾病的關系，研究發現便秘患者和便秘型腸易激綜合征患者的甲烷產生量較高[18-20]。甲烷與便秘的機理尚不明確，有研究顯示甲烷的作用類似于神經肌肉遞質，導致腸蠕動運動的傳播減少，導致便秘[21]。甲烷可引起孤立、節段性、非推進的收縮，通過放射回路，抑制近端腸道蠕動，產生便秘。甲烷有可能成為便秘相關腸道疾病的生物標志物。但健康人中甲烷呼氣檢測陽性存在一定比例，慢性便秘和以便秘為主的腸易激綜合征患者也有甲烷呼氣檢測陰性的。甲烷不能解釋所有便秘的原因，因此不能將甲烷視為便秘的唯一原因。最近也有研究發現，便秘的嚴重程度與呼氣中的甲烷含量無關。

另外，腸道內的細菌產生的毒素與腸壁接觸時間延長，導致腸道炎癥，進而發展成癌癥。結直腸癌患者腸黏膜通透性發生改變，使甲烷更易通過腸黏膜吸收入血液，呼出體產甲烷基質。結腸癌患者的結腸黏蛋白抗原的蛋白質與糖類的比值增高，為產甲烷菌的生長提供了較好的生存環境。呼氣中甲烷的監測對結直腸癌、癌前病變及結腸癌術后病情復發的監測有一定意義，甲烷的產生與腫瘤發生的部位和性質也與一定關系。但也有學者認為結直腸癌患者呼氣氣體中的甲烷含量與正常人無意義，與結直腸癌發生的部位和癌前病變無關聯。

4 結論與展望

甲烷呼氣試驗在過去幾十年前研究較多，近幾年不被學者們重視。甲烷呼氣試驗研究的內。容主要是與一些消化疾病的關系，可以用來明確檢查疾病如乳糖不耐受，但臨床應用較少，可能原因為該檢測試驗要求較高，檢查前2～4 周開始準備，檢查前12 h 禁食，檢查時間長約3.5 h。有些疾病發病率較低，限制了該檢測的廣泛應用。有些疾病發病率雖高，但檢測出來，對患者來說收益不大，檢測的價值較低，也限制了該檢測的應用。甲烷呼氣檢測與結直腸癌的關系研究一直沒有停止，但仍然缺乏大數據，因為結直腸癌對人的健康威脅極大，影響人的生存壽命。希望寫本文能使更多學者重視，能研發出敏感性、特異性更高的甲烷檢測工具，進一步優化甲烷呼氣檢測，廣泛應用于結直腸癌的篩查，降低結直腸癌的發病率和病死率。