基于LC-HRMS/MS的非靶向呼气组学研究：突破呼气气溶胶分析局限，发现内源性生物标志物新策略

本研究针对呼气气溶胶（EB）分析中样本采集缺乏标准化的关键问题，采用非靶向呼气组学（untargeted breathomics）结合液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS/MS）技术，在健康志愿者和患者队列中鉴定出稳定存在的内源性特征物M331T465（m/z 331.2972），为EB样本定量标准化提供了潜在解决方案，推动非侵入性生物监测的临床应用。

　　

论文解读

人类呼气气溶胶（Exhaled Breath, EB）中蕴含的挥发性与非挥发性化合物，正成为非侵入性生物监测的"黄金矿藏"。然而，这片矿区的开采面临核心挑战——如同缺乏精准秤量的淘金工具，EB样本采集过程始终缺乏标准化控制。尤其对于非挥发性化合物（如药物分子），其通过气道衬液形成气溶胶微粒的机制虽已被阐明，但采集时无法量化实际捕获的EB总量，导致数据可比性差。这一瓶颈严重制约了EB在治疗药物监测、毒理学筛查等领域的应用。

为解决这一难题，来自德国萨尔大学医院的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表创新性研究。他们采用非靶向呼气组学策略，结合反向相（RP）和亲水相互作用（HILIC）两种液相色谱模式与高分辨质谱（HRMS/MS），对36例健康志愿者EB样本进行深度挖掘。研究发现一个未明确结构但高度稳定的特征峰M331T465（m/z 331.2972），在全部志愿者样本和28例患者样本中均被检出，初步归类为长链脂肪酸类化合物。这一发现为EB采集标准化提供了首个潜在的内源性参照物，使"呼气诊断"向精准化迈出关键一步。

关键技术方法
研究采用Breath Explor撞击式采集装置获取EB气溶胶微粒，通过甲醇提取后，分别进行RP和HILIC色谱分离，Q Exactive Plus高分辨质谱全扫描（140,000分辨率）与数据依赖性质谱（dd-MS²）分析。数据经XCMS和CAMERA软件处理，利用SIRIUS 6.0.5进行结构预测。健康志愿者队列（6人）每小时采集6次，患者样本来自前期研究（28例，年龄27-87岁）。

研究结果

3.1 质量控制与内标验证
采用D-葡萄糖-d₇等6种同位素内标监控提取效率，通过主成分分析（PCA）证实EB样本与空白收集器信号显著分离（RP正离子模式），确保特征峰源自生物基质。

3.2 非靶向呼气组学特征筛选
从初始检测的583个特征中，经空白对照过滤后仅保留8个EB特异性峰。其中M331T465在35/36志愿者样本中稳定存在，且在患者队列检出率达100%，展现跨人群稳定性。

3.3 特征物鉴定挑战
尽管通过NIST MS Search和SIRIUS等数据库比对未能明确M331T465结构，但其质谱碎片模式与脂肪酸类相似，获得代谢组学标准倡议（MSI）Level 3级别分类。

3.4 生物标志物候选评估
总离子流（TIC）归一化分析显示，M331T465在志愿者间变异系数<50%（除因打喷嚏干扰的样本外），提示其可作为采集效率的内参指标。

3.5 概念验证
该特征在储存12个月的患者EB提取物中仍可检出，证实其分析稳定性，克服了其他候选物因降解导致的假阴性问题。

研究结论与展望
这项研究首次通过系统化呼气组学分析，发现具有跨人群稳定性的EB内源性特征物。尽管其确切结构尚未解析，但作为潜在的长链脂肪酸类化合物，M331T465为EB采集标准化提供了可量化的"分子标尺"。未来需扩大人群验证其与气溶胶载量的相关性，并开发同步检测药物与该标志物的分析方法。值得注意的是，EB作为完全非侵入性样本，其临床应用价值在个性化医疗时代将日益凸显——从药物浓度监测到疾病生物标志物筛查，这项研究为构建标准化呼气分析框架奠定了基石。正如研究者强调，当技术瓶颈被逐个突破，"呼一口气知健康"的愿景或将加速照进现实。