格兰特·S·奥乔亚（Grant S. Ochoa）| 格雷厄姆·E·布罗ウ（Graham E. Browse）| 简·E·希尔（Jane E. Hill）
Shirley Diagnostics, Inc., 4000 Mason Rd, 西雅图, 华盛顿州, 98105, 美国
摘要
结核病（TB）仍然是一个重大的全球健康挑战，部分原因在于快速且经济可行的诊断方法存在局限性。现有的诊断方法耗时较长，在资源有限的环境中往往难以实施，这凸显了迫切需要开发快速、低成本的筛查方法。一种有前景的策略是分析与结核病感染相关的挥发性分子。在这项研究中（n=100），我们识别出14种来自痰液的挥发性物质，并利用它们构建了一个机器学习模型，该模型能够以90%的敏感性和86%的特异性对样本进行分类。这一研究结果为后续的大规模生物标志物验证研究以及非侵入性呼吸诊断方法的开发奠定了基础。
引言
导致结核病（TB）的细菌结核分枝杆菌是全球单一传染源导致死亡的主要原因，每年感染超过1000万人，并造成超过100万人死亡[1]，[2]。控制结核病的一个主要障碍是缺乏可负担、准确且快速的诊断手段，这导致疾病持续存在并在社区中传播。根据地理位置和资源获取情况，诊断方法可能包括痰液涂片检查、核酸扩增和/或金标准——痰液培养[3]。实际上，这些诊断方法需要几天甚至几周的时间才能得出结果，而且绝大多数接受检测的有症状患者最终被诊断为非结核病[2]，[3]。提高诊断效率的一种方法是预先筛查或有选择地处理有症状的患者。世界卫生组织（WHO）已经制定了关于开发廉价、快速筛查测试的指导方针[4]。
一种有前景的结核病筛查方法是监测与结核病感染相关的挥发性分子[5]，[6]，[7]，[8]。呼吸气和痰液是最容易获取的肺部样本。自2007年以来，多个研究团队探索了基于呼吸气的挥发性有机化合物（VOCs）作为结核病的潜在生物标志物[5]，[6]，[7]，[8]，[9]，[10]，[11]，[12]，[13]，[14]，[15]。这些研究显示了不同的呼吸气样本检测敏感性（62-91%）和特异性（65-93%）。痰液也被用作检测结核病的挥发性化合物来源。在过去16年中，Anti-Persoonsmijnen Ontmijnende Product Ontwikkeling (APOPO)团队明确证明，经过训练的非洲巨型袋鼠可以通过嗅觉检测出结核病阳性痰液样本，其样本敏感性为86.7%，特异性为88.4%，共分析了53,181个样本[16]，[17]，[18]。痰液是来自肺部的更直接且可能包含更多信息的样本。然而，目前仍存在一个关键的信息空白：尚未有分析研究来表征结核病阳性痰液中的挥发性成分，以确定哪些分子能够预测个体的结核病状态。
在这项初步研究中，我们分析了100份有结核病症状患者痰液的顶空成分。其中50名患者的结核病得到确诊。我们报告了这些样本的初步特征，并讨论了HIV感染状态和痰液涂片等级对这些特征敏感性的影响。
研究部分摘录
患者样本信息
痰液样本来自FIND（创新新诊断基金会，瑞士日内瓦）。所有样本均来自南非。100个样本中包括50例活动性肺结核患者和50例有结核病症状但微生物学检测结果为Mtb-阴性的对照组。结核病阳性（TB+）样本的涂片和培养检测结果均为阳性（S+C+）；结核病阴性（TB-）样本的涂片和培养检测结果均为阴性（S-C-）。
结果与讨论
我们从FIND收到了100个个体的痰液样本。其中50名患者被确诊为活动性结核病，他们的痰液涂片和培养结果均为阳性（S+C+）（表1）；50个样本中有48个的GeneXpert MTB/RIF®检测结果也为阳性。50名对照组患者有类似结核病的呼吸道症状，但他们的结核病诊断结果均为阴性（S-C-）。患者的人口统计信息见表1。两组患者的平均年龄相似，55%的患者...
CRediT作者贡献声明
简·E·希尔（Jane E. Hill）：撰写、审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。格雷厄姆·E·布罗ウ（Graham E. Browse）：方法学设计、实验实施。格兰特·奥乔亚（Grant Ochoa）：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、方法学设计、数据分析、概念构思
利益冲突声明
☒ 作者声明以下可能构成利益冲突的财务关系/个人关系：简·E·希尔表示获得了比尔及梅琳达·盖茨基金会（Bill and Melinda Gates Foundation）的财务支持。格兰特·S·奥乔亚与Shirley Diagnostics, Inc.存在雇佣关系。格雷厄姆·E·布罗ウ与Shirley Diagnostics, Inc.也存在雇佣关系。简·E·希尔还与Shirley Diagnostics, Inc.存在...
