OPRM1基因甲基化在疼痛及阿片類鎮(zhèn)痛藥物應(yīng)用中的研究進(jìn)展*

余智操 張 瓊 王筱雯 張紅梅

（空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院腫瘤科，西安710032）

疼痛是晚期腫瘤病人最常見的癥狀之一，會(huì)顯著降低腫瘤病人生活質(zhì)量。因此，獲得滿意的鎮(zhèn)痛治療是癌痛病人的迫切需求。目前阿片類制劑是癌痛治療中，應(yīng)用最廣泛、最重要的一線藥物。但是，大量臨床實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，不同病人對(duì)阿片類藥物的療效反應(yīng)差異很大。因此，研究影響阿片類藥物療效的機(jī)制，具有非常重要的臨床意義。已有大量研究證實(shí)，遺傳因素對(duì)阿片類藥物療效有重要影響，而OPRM1基因正是其中最重要的影響因素之一[1～3]。

OPRM1基因是μ阿片受體的編碼基因，μ阿片受體在機(jī)體的痛覺(jué)敏感性和內(nèi)源性鎮(zhèn)痛等功能中發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，亦是阿片類藥物的重要作用靶點(diǎn)?，F(xiàn)有研究表明，OPRM1基因甲基化與痛覺(jué)敏感、阿片類藥物耐受及藥物成癮密切相關(guān)[4～6]。本文就OPRM1基因甲基化與疼痛及阿片類藥物效應(yīng)之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行綜述，以期探討影響阿片類藥物鎮(zhèn)痛效應(yīng)、阿片類藥物耐受及成癮的表觀遺傳學(xué)機(jī)制。

一、OPRM1基因

OPRM1基因位于人類6號(hào)染色體6q24-q25位置，長(zhǎng)度為96.31kb，包括4個(gè)外顯子和3個(gè)內(nèi)含子，編碼μ阿片受體。阿片類受體是一類有7個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)的G蛋白偶聯(lián)受體[7]，廣泛分布在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織中，參與機(jī)體的疼痛、心血管、呼吸、內(nèi)分泌及應(yīng)激等功能[4～6]，尤其在調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生鎮(zhèn)痛效應(yīng)方面有非常重要的作用。經(jīng)典的阿片類受體包括μ、κ和δ阿片受體。由OPRM1基因編碼的μ阿片受體(mu-opioid receptor，MOR)是大多數(shù)阿片類藥物的主要作用靶點(diǎn)，也是發(fā)揮鎮(zhèn)痛、耐受和依賴等效應(yīng)的重要因素[1]，與阿片類藥物的個(gè)體差異性、藥物耐受、成癮及疼痛敏感性密切相關(guān)[2,3]。

OPRM1基因已被證實(shí)有多個(gè)位點(diǎn)發(fā)生突變，其中A118G是常見的突變位點(diǎn)。這種突變是1號(hào)外顯子的118bp位置，A突變?yōu)镚。這個(gè)突變導(dǎo)致μ-阿片受體細(xì)胞外的N-末端第40位氨基酸由天冬酰胺變?yōu)樘於彼?，使阿片受體丟失了一個(gè)糖基化位點(diǎn)，臨床研究顯示這一突變降低了阿片類藥物的臨床療效[8,9]。多項(xiàng)研究證實(shí)了OPRM1 A118G與阿片類藥物的鎮(zhèn)痛效應(yīng)相關(guān)[10～13]。除了OPRM1基因點(diǎn)突變，OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化狀態(tài)也是調(diào)節(jié)OPRM1基因功能的重要表觀遺傳學(xué)機(jī)制。目前已有研究表明，OPRM1基因的甲基化水平與阿片類藥物成癮[14,15]、海洛因成癮[16]、酒精依賴癥[17]以及認(rèn)知功能損害[18]有關(guān)。最新的研究還發(fā)現(xiàn)[19]，OPRM1啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化狀態(tài)可能與阿片類藥物的耐受有關(guān)。

二、DNA甲基化

DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的重要調(diào)控機(jī)制之一，它能發(fā)生在機(jī)體的各個(gè)組織器官。DNA甲基化是指在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)上的甲基基團(tuán)轉(zhuǎn)移到CpG位點(diǎn)胞嘧啶第5位碳原子上的過(guò)程。哺乳動(dòng)物的甲基化主要發(fā)生在CpG二核苷酸結(jié)構(gòu)，調(diào)控DNA甲基化過(guò)程的酶主要是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase, DMNT)， 包 括 DNMT1、DNMT3a、DNMT3b[20]。富含CpG結(jié)構(gòu)的CpG島往往位于基因的啟動(dòng)子區(qū)域，它的甲基化狀態(tài)也具有組織特異性[21～23]。DNA甲基化是哺乳動(dòng)物最重要的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制之一，它能調(diào)節(jié)基因的表達(dá)并影響基因的功能。DNA啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化狀態(tài)通常和基因表達(dá)的活性呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。DNA甲基化通過(guò)干擾特異性轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合或者招募轉(zhuǎn)錄抑制因子來(lái)調(diào)控基因的表達(dá)[24]。DNA甲基化還能抑制基因的某些重要功能，如細(xì)胞周期調(diào)控、錯(cuò)配修復(fù)、細(xì)胞凋亡等[25]。在機(jī)體中，DNA甲基化狀態(tài)不是一成不變的，而是受遺傳及內(nèi)外環(huán)境影響而處于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中，從而不斷調(diào)節(jié)機(jī)體的各個(gè)生命活動(dòng)[26]。

三、OPRM1基因甲基化與疼痛

目前已有多項(xiàng)研究證實(shí)OPRM1基因與痛覺(jué)敏感性有關(guān)。例如，Peng等[27]觀察了300名即將進(jìn)行擇期手術(shù)的腫瘤病人，檢測(cè)其OPRM1 A118G突變情況，并用電刺激方法檢測(cè)病人痛閾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)118G等位基因的攜帶者痛閾明顯低于118AA病人。A118G 是OPRM1基因最常見的突變，OPRM1基因的其他單核苷酸多態(tài)性也與疼痛相關(guān)[28]。除了OPRM1基因多態(tài)性，也有研究發(fā)現(xiàn)OPRM1基因甲基化與疼痛相關(guān)。Vidya等[29]開展了一項(xiàng)前瞻性觀察性研究，他們觀察了133名準(zhǔn)備行脊柱融合術(shù)的特發(fā)性脊柱側(cè)彎的青少年并檢測(cè)了病人外周血白細(xì)胞DNA中OPRM1啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化狀態(tài)。研究者們分析了OPRM1甲基化狀態(tài)與術(shù)前及術(shù)后慢性疼痛之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域1，3，4，9，11和 17號(hào)CpG位點(diǎn)的甲基化狀態(tài)與術(shù)前疼痛有關(guān)，而13和22號(hào)位點(diǎn)甲基化狀態(tài)則與術(shù)后慢性疼痛相關(guān)。這種相關(guān)，可能是通過(guò)DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控來(lái)實(shí)現(xiàn)的。OPRM1啟動(dòng)子區(qū)域甲基化可能會(huì)干擾轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合，使OPRM1基因表達(dá)下調(diào)，μ阿片受體的數(shù)量減少，導(dǎo)致對(duì)內(nèi)源性或者外源性阿片肽的反應(yīng)降低，鎮(zhèn)痛作用下降，最終導(dǎo)致痛閾降低，疼痛加重[30～35]。Yuan等[36]也得到類似的研究結(jié)果，他們?cè)谛坌孕∈髣?dòng)物模型上研究了OPRM1基因甲基化與術(shù)后切口疼痛之間的關(guān)系。作者發(fā)現(xiàn)切開處皮膚的全基因組DNA甲基化狀態(tài)和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3b (DNMT3b)表達(dá)量顯著升高，但如果使用DNMT抑制劑5-氮雜-2-脫氧胞苷處理后，OPRM1的表達(dá)則大幅升高，同時(shí)切口傷導(dǎo)致的機(jī)械性疼痛得到了顯著緩解；如果在切口局部注射阿片受體抑制劑納洛酮，則會(huì)增加切口傷導(dǎo)致的痛覺(jué)過(guò)敏。上述結(jié)果說(shuō)明，DNA甲基化與切開后痛覺(jué)敏感性相關(guān)，μ阿片受體信號(hào)通路可能是由甲基化調(diào)節(jié)的控制切開后痛覺(jué)敏感性的機(jī)制之一。

既然OPRM1基因甲基化與痛覺(jué)有關(guān)，那么去甲基化藥物是否可能作為鎮(zhèn)痛治療的手段？Chi等[37]在小鼠模型上探究了這一想法的可能性。作者用人舌鱗狀細(xì)胞癌細(xì)胞系(HSC-3)和人黑色素瘤細(xì)胞系(WM164)接種于小鼠上成瘤。小鼠分為四組，在成瘤成功后分別接受安慰劑處理、decitabine（去甲基化藥物）單藥處理、zebularine（去甲基化藥物）單藥處理以及decitabine和zebularine聯(lián)合處理，測(cè)量小鼠機(jī)械性痛閾和熱痛閾。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著腫瘤接種成功，小鼠痛閾逐漸下降。但接受藥物處理后，相比對(duì)照組，decitabine和zebularine處理均能使痛閾升高，而且兩者聯(lián)合用藥痛閾上升更明顯，說(shuō)明去甲基化藥物能發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。作者進(jìn)一步比較了人口腔鱗狀細(xì)胞癌組織、對(duì)側(cè)正常組織和口腔發(fā)育不良組織，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平明顯高于另外兩組；在小鼠模型中，經(jīng)去甲基化藥物處理后，腫瘤OPRM1基因甲基化水平降低，OPRM1基因所編碼的mRNA和μ阿片受體的表達(dá)量均明顯升高。如果先用包含OPRM1基因的重組腺病毒轉(zhuǎn)染腫瘤細(xì)胞系，再接種給小鼠，那么μ阿片受體的表達(dá)量也會(huì)增加。此時(shí)小鼠腫瘤體積并未減少，但痛覺(jué)明顯減輕。但是如果給小鼠局部注射阿片受體抑制劑納洛酮，那么這種鎮(zhèn)痛作用就會(huì)被抑制。以上結(jié)果表明，OPRM1基因甲基化在腫瘤介導(dǎo)的疼痛中發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用。而去甲基化藥物能夠改變OPRM1基因的甲基化狀態(tài)，調(diào)節(jié)OPRM1基因的表達(dá)，從而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用。Linlin等[38]也發(fā)現(xiàn)，在神經(jīng)病理性疼痛中，背根神經(jīng)節(jié)阿片受體表達(dá)量的下調(diào)會(huì)降低阿片類藥物的療效，而這一作用是由于DNMT介導(dǎo)的DNA甲基化產(chǎn)生的。如果阻斷由神經(jīng)損傷介導(dǎo)的背根神經(jīng)節(jié)DNMT3a增加，那么就能阻止基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化升高，挽救OPRM1和OPRK1基因編碼的μ阿片受體和κ阿片受體的mRNA和蛋白表達(dá)，從而加強(qiáng)嗎啡的鎮(zhèn)痛效應(yīng)并抑制阿片藥物的耐受。因此，以上研究結(jié)說(shuō)明，去甲基化藥物也有可能作為鎮(zhèn)痛治療的手段之一。但是，基因甲基化在機(jī)體內(nèi)參與大量的生理調(diào)節(jié)活動(dòng)，去甲基化藥物在體內(nèi)帶來(lái)的影響也必然是廣泛的，去甲基化藥物想要真正應(yīng)用于臨床上的鎮(zhèn)痛治療恐怕還有很長(zhǎng)的路要走。

四、OPRM1基因甲基化與阿片類藥物

一些既往已有研究表明OPRM1基因甲基化與物質(zhì)成癮有關(guān)。例如，Zhang等[39]在歐洲裔美國(guó)人人群中發(fā)現(xiàn)，酒精依賴癥病人外周血白細(xì)胞基因組中OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平顯著高于對(duì)照組。他們認(rèn)為長(zhǎng)期酒精暴露會(huì)引起OPRM1等多個(gè)基因的甲基化，而這些基因基因甲基化又可能進(jìn)一步導(dǎo)致酒精濫用癥[40]。除了酒精依賴，多項(xiàng)研究表明OPRM1基因甲基化與阿片類藥物療效、耐受和成癮密切相關(guān)。Nielsen等[41]在高加索人群中發(fā)現(xiàn)，接受美沙酮維持治療的既往海洛因成癮病人，外周血OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平明顯高于對(duì)照組。后來(lái)，他們又分析不同人種中海洛因成癮者OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化水平，發(fā)現(xiàn)甲基化狀態(tài)與人種相關(guān)[42]。在高加索人群、拉美裔人群和非裔美國(guó)人人群中，海洛因成癮者OPRM1甲基化水平均高于對(duì)照組，其中非裔美國(guó)人甲基化程度最高，并且不同的CpG位點(diǎn)上各個(gè)人群的甲基化水平也不一樣。Vesselin等[43]比較了13名男性成癮病人和21名健康男性的外周血和精液中OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域28個(gè)GpG位點(diǎn)甲基化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)成癮病人外周血和精液中OPRM1基因的某些位點(diǎn)甲基化水平明顯高于健康對(duì)照組，這說(shuō)明OPRM1基因甲基化與阿片類藥物成癮相關(guān)，并且阿片成癮的這種表型或許可以通過(guò)表觀遺傳學(xué)機(jī)制影響下一代。Ghasem等[15]研究了66名阿片類藥物成癮的男性病人和57名健康對(duì)照，結(jié)果顯示成癮組OPRM1基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化程度高于對(duì)照組。作者認(rèn)為甲基化水平增高可能會(huì)增加阿片成癮的風(fēng)險(xiǎn)，OPRM1基因甲基化狀態(tài)的改變可以作為潛在的診斷藥物成癮的標(biāo)志物。Chi等[37]在研究了癌痛病人中阿片類藥物耐受與OPRM1基因甲基化之間的關(guān)系。研究者納入了84例癌痛病人，發(fā)現(xiàn)服用高劑量阿片類藥物組OPRM1甲基化程度高于低劑量組，OPRM1基因甲基化與阿片類藥物耐受相關(guān)。他們又接著做了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，誘導(dǎo)了阿片類藥物耐受的小鼠模型。這類小鼠模型中阿片受體的表達(dá)量降低，如果誘導(dǎo)阿片受體重新表達(dá)，那么就會(huì)降低疼痛敏感性并抑制耐藥的發(fā)生。通過(guò)這些研究結(jié)果，作者認(rèn)為OPRM1基因的甲基化導(dǎo)致OPRM1基因表達(dá)下調(diào)，并導(dǎo)致耐藥發(fā)生。Alexandra等[44]也觀察到類似結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期接受阿片類藥物治療的病人OPRM1基因甲基化程度升高。

但是上述這些研究也有不足之處。首先是樣本量較小，可信度不夠高；其次是這些研究大多為橫斷面觀察性研究，只能說(shuō)明OPRM1基因甲基化與阿片類藥物相關(guān)，但不能揭示它們之間的因果關(guān)系；再次，很多研究也沒(méi)有考慮疼痛的性質(zhì)和程度。不同類型、不同程度的疼痛，所需的阿片類藥物也不同。研究者在探究OPRM1基因與阿片類藥物使用之間的關(guān)系時(shí)，未考慮這一因素，增加了混雜偏倚，也影響了結(jié)果的可信度。因此，OPRM1基因甲基化是否真的與阿片類藥物有因果聯(lián)系，以及其聯(lián)系的內(nèi)在機(jī)制，還需要進(jìn)一步研究。事實(shí)上，目前也有研究持相反觀點(diǎn)。Claudia等[45]雖然在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中觀察到OPRM1基因甲基化與μ阿片受體表達(dá)之間的相關(guān)性，但從阿片藥物成癮病人尸檢中獲取的腦組織中得到的結(jié)果卻并不一致。作者發(fā)現(xiàn)在成癮病人腦組織中，μ阿片受體的表達(dá)量與mRNA量密切相關(guān)，但是與OPRM1基因甲基化之間的關(guān)系并不顯著。從細(xì)胞實(shí)驗(yàn)或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上得到的結(jié)果往往并不完全適用于人體。作者的這一結(jié)果說(shuō)明，OPRM1基因甲基化在機(jī)體內(nèi)的調(diào)控作用可能并不完全通過(guò)調(diào)節(jié)阿片受體的表達(dá)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，可能還有別的信號(hào)通路或其他機(jī)制參與其中。但是，從目前的文獻(xiàn)分析，更多的研究結(jié)果仍然支持OPRM1基因甲基化與阿片類藥物的療效、耐受及物質(zhì)成癮密切相關(guān)[46,47]。

五、小結(jié)與展望

阿片類藥物是目前中重度癌痛鎮(zhèn)痛治療的核心手段，也是其他慢性疼痛的重要鎮(zhèn)痛藥物。但臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，疼痛程度相似的病人，其有效鎮(zhèn)痛劑量差異很大，部分病人早期出現(xiàn)耐受和成癮[48]，而部分病人并未出現(xiàn)。因此，探究疼痛發(fā)生機(jī)制、探尋影響痛覺(jué)產(chǎn)生和阿片類藥物鎮(zhèn)痛效應(yīng)的相關(guān)因素，對(duì)實(shí)施疼痛病人個(gè)體化鎮(zhèn)痛治療，加強(qiáng)鎮(zhèn)痛藥物療效并研發(fā)新的鎮(zhèn)痛藥物具有重要意義。OPRM1基因是其中重要一環(huán)，在鎮(zhèn)痛過(guò)程中有重要作用。

本文對(duì)OPRM1基因甲基化與疼痛及阿片類藥物鎮(zhèn)痛效果之間的關(guān)系進(jìn)行綜述?，F(xiàn)有研究表明：OPRM1基因甲基化水平增高，可能導(dǎo)致痛閾下降，痛覺(jué)敏感性增加，疼痛加重；長(zhǎng)期使用阿片類藥物或者阿片類藥物成癮者，OPRM1基因甲基化水平增高；OPRM1基因甲基化水平升高也有可能增加阿片類藥物成癮或耐受風(fēng)險(xiǎn)。但總體上講，目前關(guān)于OPRM1基因甲基化的研究還極為有限，以上結(jié)論的證據(jù)強(qiáng)度不高。人們對(duì)OPRM1基因甲基化在人體內(nèi)發(fā)揮的真正作用了解的并不全面，其調(diào)控機(jī)制也并不清楚。本研究認(rèn)為，目前我們還需解決的問(wèn)題包括：①各個(gè)研究樣本量普遍較小，各實(shí)驗(yàn)室得到的結(jié)果并不一致；②由于神經(jīng)組織獲取較困難，大部分研究均取外周血白細(xì)胞基因組進(jìn)行檢測(cè)，但外周血基因組甲基化狀態(tài)能否反應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)基因甲基化水平，目前還不得而知；③影響疼痛和阿片類藥物療效的基因不止一個(gè)，OPRM1基因僅是其中之一，但目前的研究大多聚焦在單個(gè)基因。如果從藥物基因組學(xué)的角度，綜合分析與之相關(guān)的多個(gè)基因，或許能得到更加滿意的結(jié)果。

盡管還有許多問(wèn)題尚未解決，我們還需要大量研究進(jìn)一步探討OPRM1基因甲基化的調(diào)控機(jī)制及其臨床價(jià)值。但是隨著研究深入，將來(lái)有望找到一個(gè)新的、有效的鎮(zhèn)痛治療靶點(diǎn)，在疼痛病人個(gè)體化鎮(zhèn)痛治療中發(fā)揮它獨(dú)特的作用。