结直肠癌筛查与甲烷呼气检测

韩佰花，董秋菊，撒海花，唐彤宇

1.菏泽市立医院消化内科，山东菏泽 274000；2.菏泽市立医院消化内镜室，山东菏泽 274000；3.吉林大学第一医院胃肠内科，吉林长春 130000

世界卫生组织国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer, IARC）颁布的2020 年全球最新癌症报告数据显示中国新发癌症人数和癌症死亡人数居全球第一，分别占全球23.7%、30%，其中结直肠癌的新发病率排第3 位，病死率第2 位[1]。中国国家癌症中心最新发布：2019 年全国癌症报告指出，结直肠癌新发病率排第3 位，病死率排第5 位。在全球癌症报告中预计2040 年相比2020 年，癌症负担将增加50%，对癌症的预防，成为了全球性公共卫生难题，需纳入国家层面的卫生计划中去，这是减轻未来全球癌症负担的关键手段，也是减轻我国经济负担的一项重要举措,结直肠癌的发生从腺瘤到腺癌，大约需要5～10 年的时间，所以结直肠癌发现越早，治愈概率越大，深入研究结直肠癌的早期筛查方法，是当前医学发展所需要解决的问题。

1 结直肠癌的筛查

1.1 粪便检测

粪便潜血试验（fecal occult blood test ,FOBT）分为化学法粪便潜血试验和免疫化学法粪便潜血试验（fecal immunochemical test,FIT）。化学法粪便潜血试验最常用的为愈创木脂粪便潜血试验1.（guaiac-based fecal occult blood test, gFOBT），该试验能降低结直肠癌的病死率[2]，无法显著减低其发病率[3]；FIT 的检测原理是利用人血红蛋白抗原抗体反应进行检测，不受食物和药物的影响。粪便基因检测是检测粪便中结直肠脱落细胞的基因突变和/或甲基化，来筛查结直肠肿瘤。粪便蛋白质检测如丙酮酸激酶（pyruvate kinase M2），粪便微生物检测如克氏拟杆菌、大肠杆菌、具核梭杆菌等处于研究阶段。粪便基因检测无创，不需要限制饮食，取样方便，操作简单[4]。

1.2 血液检测

外周血蛋白质的检测：主要有癌胚抗原（carcinoembryonic antigen, CEA）、糖 类 抗 原（CA199、CA242、CA72-4、CA50）、内皮细胞特异性分子（endothelial cell specific molecule-1,ESM-1）、肿瘤型M2丙酮酸激酶（tumor type M2 pyruvate kinase ,TuM2-PK）、基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase ,MMPs）、基质金属蛋白酶抑制物-1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1 ,TIMP-1）。外周血基因的检测包括 Septin9、KRAS、NRAS、BRAF V600、磷脂酰肌醇-3-激酶催化亚单位α（phosphatidylinositol 3-kinase catalytic subunit alpha ,PIK3CA）、TP53、APC、c-myc、Runx3、miRNA 等。有研究发现septin9 基因甲基化诊断结直肠癌的敏感性和特异性达到74.8%和87.4%，比FIT 性能好[5]。

1.3 内镜和影像检查

肠镜检查：是结直肠癌诊断的金标准，分为结肠镜和乙状结肠镜。有研究表明行结肠镜筛查可以降低结直肠癌56%的发病风险和57%的死亡风险[6]。乙状结肠镜在我国应用较少。CT 结肠成像(computed tomography colongra-phy，CTC)又称为CT仿真结肠镜，该检查需清洁肠道，有放射线危害，操作复杂，检查费用高，不能有效地检出≤5 mm 的病变等缺点，可用于无法完成结肠镜检查的人群。胶囊内镜:无痛苦，仍需肠道准备，无法取活检，有肠梗阻，胶囊嵌顿的风险。还有正电子发射计算机断层显像（PET-CT）、钡剂灌肠双重对比造影等。

1.4 其他

直肠指诊：有效检查低位直肠肿瘤。

调查问卷评估：主要有亚太结直肠癌筛查评分系统（Asia-Pacific colorectal screening scoring system, APCS）和结直肠肿瘤高危因素问卷调查（high risk factors questionnaire, HRFQ）。APCS 评分系统在无症状的亚洲人群中能有效预测患结直肠肿瘤的风险[7]。

2 呼气检测

随着医学科学技术的发展，研究发现，人体呼出的气体中的甲烷与结直肠癌有关，通过甲烷氢气呼气试验可以检测甲烷。呼气氢试验检测在1984年在我国开展应用，于2000 年10 月在我国进行了首次呼气试验的学术交流大会。呼气氢试验在国外从1962 年开始在美国研发应用,70 年代被广泛应用[8]。下面就甲烷呼气检测，甲烷与结直肠癌的关系分别介绍如下。

2.1 甲烷呼气检测的定义

甲烷呼气检测是一种摄入一定量的碳水化合物后，来测量呼气中的甲烷的含量，了解肠道菌群的情况，进一步了解胃肠生理和病理状态的一种无创、简单易行的检测方法，是呼气试验的其中一种。可以用来检查乳糖不耐受、小肠细菌过度生长、肠易激综合征、消化酶缺乏，以及胃酸分泌量等。

2.2 甲烷呼气检测的原理

人体的组织细胞新陈代谢不产生分子状态的甲烷气体，呼出气体中的甲烷全部来自肠道产生。甲烷是肠道内产甲烷菌利用肠道内产氢气的细菌酵解碳水化合物后产生的氢气和二氧化碳为底物产生的代谢产物。所以甲烷呼气检测与氢呼气检测密不可分。肠道内产生的甲烷大部分通过肠道排出体外，大约有14%～21%进入血液循环，在肺泡进行气体交换，呼出体外[9]。呼出的甲烷含量很少，只能用百万分之几表示。在有关疾病状态下，肠内菌群发生变化，产甲烷菌增多或肠道生理功能改变，使甲烷通过率增加，呼出气中甲烷含量增加。通过测量呼出气中甲烷出现的时间和产生的量，进一步了解肠道的菌群分布，了解肠道对碳水化合物的吸收相关疾病。

2.3 甲烷氢呼气检测的方法

依照采用底物不同，甲烷氢呼气试验检测方法在临床上比较常用的有以下几种：乳糖呼气试验、乳果糖呼气试验、葡萄糖呼气试验、果糖呼气试验、支链淀粉呼气试验。蔗糖呼气试验、山梨醇呼气试验、甘露醇呼气试验、木糖呼气试验等。

2.4 甲烷氢呼气检测试验常用的使用技术

依照检测设备的技术原理不同，检测呼出气体中甲烷、氢气的技术主要有气相色谱技术、电化学技术和固态传感器技术。气相色谱仪由于设备复杂、价格昂贵，检查效率低，不能大面积临床推广使用。电化学技术使用方便，检测简单快速，但其结果的稳定性和敏感性不稳定会逐渐降低。固态传感器技术又叫半导体传感器技术，快速方便、数据准确和性能稳定、可重复性等优点，在国际临床和科研使用的主要技术。基于激光光谱的甲烷检测技术尚处于临床前研究阶段。

2.5 甲烷氢呼气试验检查前准备

检查前2～4 周需停用抗菌药物和调节肠道菌群药物，避免洗肠和肠镜检查；检查前一周停用泻药、大便软化剂、疏松剂；检查前1～2 d 停肠道促动力药、阿片类止痛药；检查前24 h 禁食易产气、高纤维素、高碳水化合物和不宜排空的食物；检查前12 h开始禁食至检查结束后，可服用常用处方药，但不能影响胃肠蠕动，针对降糖药物的量需咨询医生。在检查当天需清洁口腔，排除口腔细菌的干扰；避免吸烟包括二手烟，避免剧烈运动，保持清晰安静[10-11]。

2.6 甲烷氢呼气检测的步骤

首先空腹采集一个呼气样本，获得甲烷的空腹基础值，然后喝一杯含有底物的温水，有共识建议在1 杯水中加入75 g 葡萄或10 g 乳果糖，每间隔20 min 采集气体1 次[12]。根据我国国情，采取每间隔30 min 采集气体1 次，共采集7 次。根据特殊的研究目的，采集时间也可自行划分。把气体采集袋编号，让患者按编号顺序采集呼出气体，检测结束。

3 甲烷与结直肠癌的关系

在结直肠癌患者中，甲烷呼气检测阳性率较高，有研究发现，结直肠癌患者中30 例有24 例甲烷呼气试验阳性[13]，与他人报道一致,并且指出该试验与大肠癌病期有显著相关性，可以作为一种筛查大肠癌的方法[14]。有研究表示也可以作为评估大肠癌手术后复发的标记物[15]。甲烷与结直肠癌之间相互作用机制尚不清楚。有报道认为结直肠癌常伴肠梗阻,碳水化合物在结肠内存留时间延长，进行充分的无氧酵解后，产生更多的甲烷。结直肠癌伴肠梗阻时还可使肠道菌群发生改变，导致甲烷生成增多[16]。结直肠癌患者饮食习惯的不同，可导致肠道微生态的改变，使厌氧菌大量繁殖，可能产生更多的甲烷[17]。增多的甲烷一方面可以刺激大肠细胞发生炎症反应，诱导肿瘤发生；另一方面可以抑制肠道蠕动，导致便秘。

针对甲烷与便秘相关疾病的关系，研究发现便秘患者和便秘型肠易激综合征患者的甲烷产生量较高[18-20]。甲烷与便秘的机理尚不明确，有研究显示甲烷的作用类似于神经肌肉递质，导致肠蠕动运动的传播减少，导致便秘[21]。甲烷可引起孤立、节段性、非推进的收缩，通过放射回路，抑制近端肠道蠕动，产生便秘。甲烷有可能成为便秘相关肠道疾病的生物标志物。但健康人中甲烷呼气检测阳性存在一定比例，慢性便秘和以便秘为主的肠易激综合征患者也有甲烷呼气检测阴性的。甲烷不能解释所有便秘的原因，因此不能将甲烷视为便秘的唯一原因。最近也有研究发现，便秘的严重程度与呼气中的甲烷含量无关。

另外，肠道内的细菌产生的毒素与肠壁接触时间延长，导致肠道炎症，进而发展成癌症。结直肠癌患者肠黏膜通透性发生改变，使甲烷更易通过肠黏膜吸收入血液，呼出体产甲烷基质。结肠癌患者的结肠黏蛋白抗原的蛋白质与糖类的比值增高，为产甲烷菌的生长提供了较好的生存环境。呼气中甲烷的监测对结直肠癌、癌前病变及结肠癌术后病情复发的监测有一定意义，甲烷的产生与肿瘤发生的部位和性质也与一定关系。但也有学者认为结直肠癌患者呼气气体中的甲烷含量与正常人无意义，与结直肠癌发生的部位和癌前病变无关联。

4 结论与展望

甲烷呼气试验在过去几十年前研究较多，近几年不被学者们重视。甲烷呼气试验研究的内。容主要是与一些消化疾病的关系，可以用来明确检查疾病如乳糖不耐受，但临床应用较少，可能原因为该检测试验要求较高，检查前2～4 周开始准备，检查前12 h 禁食，检查时间长约3.5 h。有些疾病发病率较低，限制了该检测的广泛应用。有些疾病发病率虽高，但检测出来，对患者来说收益不大，检测的价值较低，也限制了该检测的应用。甲烷呼气检测与结直肠癌的关系研究一直没有停止，但仍然缺乏大数据，因为结直肠癌对人的健康威胁极大，影响人的生存寿命。希望写本文能使更多学者重视，能研发出敏感性、特异性更高的甲烷检测工具，进一步优化甲烷呼气检测，广泛应用于结直肠癌的筛查，降低结直肠癌的发病率和病死率。