ABCB1基因多態(tài)性對(duì)阿片類藥物依賴和鎮(zhèn)痛耐受的影響及機(jī)制

甘陳靈，陳中國，何 玲，劉景根

(1.中國藥科大學(xué)藥理學(xué)教研室，江蘇南京 210009;2.中國科學(xué)院上海藥物研究所新藥研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201203)

藥物依賴是當(dāng)今人類面臨的主要挑戰(zhàn)之一，它不僅嚴(yán)重?fù)p害人類的身心健康，而且透支家庭經(jīng)濟(jì)，嚴(yán)重?cái)_亂了經(jīng)濟(jì)和社會(huì)秩序。藥物依賴是一種頑固、復(fù)發(fā)性腦病，遺傳、心理以及環(huán)境等多種因素可以影響其形成和發(fā)展［1］。最近的研究表明，ABCB1基因多態(tài)性與藥物依賴密切相關(guān)［2］。

1 ABCB1基因和P-糖蛋白

ATP結(jié)合盒B亞家族成員1轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ATP-binding cassette subfamily B member 1 transporter，ABCB1)基因位于人類7號(hào)染色體q21.1，包含28個(gè)外顯子，片段大小在49～209個(gè)堿基對(duì)之間，轉(zhuǎn)錄得到的mRNA大小為4.5kb［3］。P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)又稱多藥耐藥性蛋白1(multidrug resistance protein 1，MDR1)，是ABCB1/MDR1基因編碼的產(chǎn)物，分子質(zhì)量約為170 ku，由兩個(gè)同源單體組成，每個(gè)部分包含6個(gè)跨膜區(qū)(疏水區(qū))以及1個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)(親水區(qū))，其結(jié)構(gòu)類似于通道蛋白。P-gp在生物體內(nèi)最早發(fā)現(xiàn)于具有分泌功能的上皮細(xì)胞，包括結(jié)腸、小腸、胰腺、膽管、腎近端小管以及腎上腺等［4］，并且在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞高度表達(dá)［5］。

關(guān)于P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)藥物的確切分子機(jī)制至今尚未闡明，目前存在兩種比較流行的假說，即“翻轉(zhuǎn)酶模型”和“疏水性真空清除模型”［6］。在“翻轉(zhuǎn)酶模型”中，P-gp通過翻轉(zhuǎn)作用將底物從脂質(zhì)雙分子層的內(nèi)層轉(zhuǎn)移至胞外側(cè)磷脂分子層，底物再通過擴(kuò)散作用到達(dá)細(xì)胞外液;而“疏水性真空清除模型”認(rèn)為P-gp可以“抽吸”鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層內(nèi)層中的親脂性物質(zhì)，直接泵入漿膜外側(cè)的親水性介質(zhì)中。目前的實(shí)驗(yàn)尚不能區(qū)分這2種模式。

在正常的生理?xiàng)l件下，P-gp作為ATP供能的藥物外排泵，影響體內(nèi)多種藥物的吸收和分布，包括阿片類藥物以及抗腫瘤藥、免疫抑制劑、糖皮質(zhì)激素等。1993年，Callaghan等［7］利用放射性同位素示蹤法首次在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中證明嗎啡是P-gp的底物。隨后Schinkel等［8］利用相似的方法對(duì)比mdr1a(-/-)小鼠和mdr1a(+/+)小鼠腦內(nèi)嗎啡濃度，證明嗎啡在體內(nèi)是P-gp底物。Xie等［9］利用微透析技術(shù)，同樣證明嗎啡在血腦屏障上是通過P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)的。Reid等［10］的研究發(fā)現(xiàn)，腹腔先后注射大麻二酚(一種沒有精神活性的P-gp抑制劑)和四氫大麻酚(tetrahydrocannabinol，THC)的小鼠腦內(nèi)THC的含量比單純給予THC小鼠明顯增高，提示THC在腦內(nèi)可能是通過 P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)的。Bonhomme等［11］通過對(duì)比mdr1a(-/-)小鼠和mdr1a(+/+)小鼠THC口服生物利用度以及血漿濃度，證實(shí)THC的確為P-gp底物。Mercer等［12］總結(jié)到，不僅嗎啡是P-gp的底物，臨床上常用的阿片類鎮(zhèn)痛劑如美沙酮、派替啶、洛哌丁胺等也是P-gp的底物。

2 ABCB1基因多態(tài)性和阿片類藥物鎮(zhèn)痛耐受及依賴

2.1 ABCB1基因多態(tài)性 多態(tài)性(polymorphism)是指在一個(gè)生物群體中，同時(shí)和經(jīng)常存在兩種或多種不連續(xù)的變異型或基因型(genotype)或等位基因(allele)，亦稱遺傳多態(tài)性(genetic polymorphism)或基因多態(tài)性［13］?；蚨鄳B(tài)性通常分為3大類:DNA片段長度多態(tài)性、DNA重復(fù)序列多態(tài)性以及單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)。對(duì)ABCB1基因多態(tài)性的研究最早開始于80年代［14-15］。2000年，Hoffmeyer等［16］采用DNA全測(cè)序技術(shù)分析了高加索人的ABCB1基因，發(fā)現(xiàn)了15個(gè)SNPs。到目前為止，總共發(fā)現(xiàn)近50個(gè)ABCB1基因的SNPs，其中以1236C＞T，2677G＞T/A和3435C＞T在人群中最為常見。3435C＞T和1236C＞T是同義突變，不會(huì)引起編碼氨基酸序列的改變;而2677G＞T/A是非同義突變，其多態(tài)性可導(dǎo)致Ala893Ser/Thr的氨基酸互換。在ABCB1基因所有 SNPs中，位于26號(hào)外顯子區(qū)的3435C＞T引起了研究人員的廣泛關(guān)注。在大陸人群中，3435C ＞T 突變頻率為 37.9%［17］。李艷紅等［18］采用PCR-RFLP方法確定了ABCB1基因中功能性 SNP位點(diǎn)3435C＞T的分布特征，其中基因型分布為:CC 32%(n=85)，CT 48%(n=127)，TT 20%(n=53)。近年來研究表明，3435C＞T與多種疾病密切相關(guān)，如難治性癲癇、肺癌、阿片鎮(zhèn)痛耐受以及依賴等。

2.2 ABCB1基因多態(tài)性與阿片類藥物鎮(zhèn)痛耐受 阿片類藥物主要用于中、重度疼痛治療，阿片耐受和依賴極大地制約了阿片類藥物的臨床應(yīng)用。阿片類藥物鎮(zhèn)痛耐受是常見的臨床現(xiàn)象，表現(xiàn)為長期給予阿片類藥物鎮(zhèn)痛后，鎮(zhèn)痛效果變差或者耐受的器官對(duì)藥物不敏感，必須加大劑量才能保持同等程度的鎮(zhèn)痛效果。最新的研究表明，ABCB1基因多態(tài)性與阿片類藥物鎮(zhèn)痛耐受密切相關(guān)。1999年，Aquilante等［19］發(fā)現(xiàn)，長期給予嗎啡后，大鼠腦內(nèi)P-gp表達(dá)增加，鎮(zhèn)痛效果降低，提示P-gp可能參與嗎啡鎮(zhèn)痛耐受。Liang等［20］通過比較小鼠嗎啡鎮(zhèn)痛作用的ED50值，發(fā)現(xiàn)FVB Abcb1a/1b WT小鼠和KO小鼠連續(xù)4 d給予嗎啡后，KO小鼠d4的ED50值與d1相比的變化幅度小于WT小鼠;同樣的，給予P-gp抑制劑環(huán)孢素A的C57BL/6小鼠的ED50值變化幅度也小于對(duì)照組小鼠，提示ABCB1基因缺失或P-gp功能受到抑制后，藥物的鎮(zhèn)痛作用不易產(chǎn)生耐受。Gong等［21］通過對(duì)112位漢族癌痛患者的阿片類藥物需求量調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)3435TT純合子個(gè)體相比表型為CC/CT的個(gè)體，24 h阿片類藥物用量(校正面積加權(quán)值)明顯降低，提示ABCB1基因多態(tài)性與阿片類藥物的鎮(zhèn)痛耐受密切相關(guān)。

2.3 ABCB1基因多態(tài)性與藥物依賴 藥物依賴性是指藥物與機(jī)體長期相互作用，使機(jī)體在生理機(jī)能、生化過程和(或)形態(tài)學(xué)發(fā)生特異性、代償性和適應(yīng)性改變的特性，停止用藥可導(dǎo)致機(jī)體的不適和(或)心理上的渴求［22］。最近的研究表明，ABCB1基因多態(tài)性與藥物依賴密切相關(guān)。2006年，Liang等［20］通過納洛酮催促戒斷實(shí)驗(yàn)證明FVB Abcb1a/1b KO小鼠軀體依賴性相比FVB WT小鼠明顯降低，同時(shí)給予P-gp抑制劑環(huán)孢霉素A的C57BL/6小鼠的軀體依賴性相比對(duì)照組小鼠也明顯降低，提示ABCB1基因可能參與小鼠軀體依賴。Benyamina等［23］對(duì)40例健康志愿者以及40例大麻依賴患者進(jìn)行了開放性、雙中心相關(guān)性研究，采用多因素logistic回歸分析評(píng)估3435C＞T與大麻依賴的相關(guān)性。結(jié)果顯示，與健康志愿者相比，大麻依賴患者3435C等位基因的頻率更高，并且CC基因型的頻率更高，提示3435C＞T對(duì)于大麻依賴是一個(gè)重要并且獨(dú)立的遺傳標(biāo)記位點(diǎn)。Beer等［24］對(duì)142位健康的志愿者和142位阿片依賴患者進(jìn)行了候選基因關(guān)聯(lián)分析(14個(gè)候選基因，24個(gè)SNPs)，發(fā)現(xiàn)阿片依賴患者中3435CT基因型頻率更高，而CC基因型的頻率相對(duì)較低，提示3435C＞T可能是參與阿片依賴重要的遺傳因素。Isaza等［2］利用類似的方法對(duì)120位非依賴患者和120位依賴患者進(jìn)行調(diào)查分析，調(diào)查表明基因型3435CC與海洛因或者可卡因依賴行為密切相關(guān)。越來越多證據(jù)表明，ABCB1基因多態(tài)性可能參與藥物依賴，但其確切機(jī)制至今尚未闡明。

2.4 ABCB1基因多態(tài)性與美沙酮脫毒治療 截止目前，常見的脫毒療法主要有藥物脫毒法、物理脫毒法和自然脫毒法。美沙酮維持治療(methadone maintenance treatment，MMT)是經(jīng)典的藥物脫毒法。美沙酮是典型的μ受體激動(dòng)劑，能控制阿片類藥物的戒斷癥狀，而且其本身不易產(chǎn)生耐受性和依賴性，臨床上廣泛應(yīng)用于阿片類藥物依賴患者的脫毒治療。研究發(fā)現(xiàn)，美沙酮既是P-gp底物，同時(shí)也是P-gp的抑制劑［25-26］，ABCB1基因多態(tài)性可能會(huì)影響美沙酮的治療效果。Levran等［27］通過對(duì)98位美沙酮維持治療的海洛因依賴患者的研究發(fā)現(xiàn)，ABCB1基因多態(tài)性影響美沙酮的治療劑量，由3個(gè) SNP位點(diǎn)(1236C＞T，2677G＞T/A/C，以及3435C＞T)組成的特定基因型組合“TT-TT-TT”的個(gè)體對(duì)美沙酮有更高的劑量要求。然而，Crettol等［28］研究發(fā)現(xiàn)，3435C＞T、61A＞G以及2677G＞T對(duì)血漿中美沙酮的谷濃度有影響，但不影響峰濃度，即與美沙酮的療效無關(guān)。Fonseca等［29］隨后的調(diào)查直接指出，ABCB1基因多態(tài)性與美沙酮的血藥濃度以及日需求量并無相關(guān)性。目前，對(duì)ABCB1基因多態(tài)性與美沙酮治療效果相關(guān)性的研究結(jié)論存在分歧，需要進(jìn)一步研究，獲得確定的結(jié)果，以根據(jù)患者的基因型設(shè)計(jì)最優(yōu)的給藥方案，將不良反應(yīng)降至最低。

3 ABCB1基因多態(tài)性與藥物依賴及鎮(zhèn)痛耐受的相關(guān)機(jī)制

已有研究證實(shí)，多種依賴藥物在腦內(nèi)是通過P-gp轉(zhuǎn)運(yùn)的［9-10，12］。P-gp的表達(dá)變化將直接影響成癮藥物在腦內(nèi)的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)，參與藥物依賴及鎮(zhèn)痛耐受過程。一方面，Benyaminaren等［23］研究認(rèn)為，這種藥動(dòng)學(xué)的改變促使大麻迅速從腦內(nèi)外排至血液中，模擬短半衰期濫用藥物如尼古丁以及海洛因在腦內(nèi)的消除過程，相同劑量的藥物不能產(chǎn)生欣快感或者引起的欣快感程度較低，導(dǎo)致戒斷癥狀提前出現(xiàn)，因此，大麻依賴患者必須加大濫用藥物的劑量才能避免戒斷癥狀帶來的負(fù)性情緒體驗(yàn)。另一方面，Aquilante等［19］認(rèn)為P-gp表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致腦內(nèi)底物加速外排，使作用于中樞阿片受體的藥物減少，藥效降低，是鎮(zhèn)痛耐受的原因之一。Liang等［20］研究表明，P-gp在嗎啡鎮(zhèn)痛耐受及軀體依賴等過程發(fā)揮重要作用?？傊?，阿片類藥物依賴及鎮(zhèn)痛耐受都與P-gp的表達(dá)增加密切相關(guān)。

依賴藥物的誘導(dǎo)作用以及ABCB1基因多態(tài)性都可以導(dǎo)致P-gp表達(dá)增加。研究發(fā)現(xiàn)，嗎啡耐受大鼠血腦屏障上P-gp表達(dá)與正常對(duì)照組相比增加兩倍以上［30］。蘇健等［31］研究發(fā)現(xiàn)，臨床濃度的嗎啡即可誘導(dǎo)小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞P-gp表達(dá)上調(diào)。Hoffimeyer等［16］首次報(bào)道了ABCB1基因多態(tài)性影響P-gp的蛋白表達(dá)水平，其研究表明3435C＞T和人十二指腸P-gp的低表達(dá)密切相關(guān)，3435CC基因型個(gè)體十二指腸中P-gp的表達(dá)水平較3435TT基因型個(gè)體增高兩倍以上。ABCB1基因多態(tài)性對(duì)P-gp表達(dá)的影響可能存在多種機(jī)制，目前尚且存在爭議。Mosyagin等［32］報(bào)道了3435C＞T對(duì)難治性癲癇病人的腦組織的mRNA及P-gp表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)基因型為3435CC的個(gè)體腦組織的mRNA明顯高于3435CT雜合子個(gè)體，而在蛋白質(zhì)水平上二者沒有差異。Wang等［33］研究認(rèn)為，3435C＞T可以影響mRNA的穩(wěn)定性，但該研究并未涉及P-gp蛋白表達(dá)變化。Kim等［34］認(rèn)為，雖然3435C＞T不能改變編碼氨基酸的序列，但其可以通過改變密碼子的選擇和使用，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)折疊過程，最終導(dǎo)致P-gp局部結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)而影響其對(duì)各底物的親和力。Tang等［35］認(rèn)為，臨近位點(diǎn)SNP間的連鎖作用可能影響 P-gp的功能和表達(dá)，3435C＞T可能與其他的SNPs，如位于21號(hào)外顯子的G2677T＞A和12號(hào)外顯子的1236C＞T在一定人群中存在連鎖不平衡有關(guān)。但Mai等［36］認(rèn)為，非同義突變G2677T＞A對(duì)P-gp表達(dá)和功能沒有影響;而1236C＞T本身也是一個(gè)同義突變，并不改變編碼氨基酸的序列，因而，連鎖不平衡假說不能完全解釋3435C＞T對(duì)P-gp表型的影響，可能還有其他因素共同作用。最近的研究表明，ABCB1基因的表觀遺傳學(xué)變化可能與P-gp表達(dá)變化有關(guān)。徐萍［37］的研究表明，3435C＞T位點(diǎn)不同基因型中ABCB1啟動(dòng)子區(qū)域甲基化程度有明顯差異:3435TT型個(gè)體甲基化水平最高，而3435CC型個(gè)體最低。ABCB1基因啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化程度升高，會(huì)與甲基CpG結(jié)合蛋白2(methyl-CpG-binding-protein-2，MeCP2)結(jié)合［38］，抑制 P-gp mRNA 的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致 P-gp表達(dá)降低［39］。

4 結(jié)語

ABCB1基因多態(tài)性與藥物依賴的相關(guān)性研究表明，ABCB1基因多態(tài)性可能影響了阿片類藥物的依賴性及鎮(zhèn)痛耐受，為探尋藥物依賴相關(guān)的遺傳因素提供了重要的證據(jù)，為藥物依賴的基因治療提供了理論依據(jù)。隨著對(duì)藥物依賴發(fā)病機(jī)制的深入研究，未來將在基因水平對(duì)藥物依賴的發(fā)病機(jī)制和治療有更為深入的認(rèn)識(shí)，為藥物依賴治療開辟新的道路。

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