基因多態(tài)性與老年人群阿片類藥物鎮(zhèn)痛效果相關(guān)性的研究進(jìn)展

徐同鵬 劉凌翔 束永前

疼痛是世界范圍內(nèi)一個影響人們生活和工作的難題,根據(jù)WHO的疼痛階梯式治療指南,阿片類藥物(opioids)是最常用的一類鎮(zhèn)痛藥物,可用于治療老年人群的急性疼痛、手術(shù)后疼痛及慢性疼痛,例如癌癥疼痛[1-2]。目前,臨床上常用的阿片類藥物有可待因、曲馬多、芬太尼、舒芬太尼、瑞芬太尼等[3]。研究發(fā)現(xiàn),老年人的阿片類藥物的需求劑量以及鎮(zhèn)痛效果存在較大的個體差異,這種差異受多種因素的影響,包括遺傳變異、性別、年齡、社會文化因素等。其中,遺傳變異主要是基因多態(tài)性(gene polymorphisms,GP),尤其是核苷酸序列的變異,即單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)[4]。SNP通過影響藥代動力學(xué)和(或)藥效學(xué)來發(fā)揮效應(yīng),例如藥物代謝酶、阿片類受體活性、受體結(jié)合親和力等[5]。

藥物遺傳學(xué)作為一種診斷工具,可在治療前預(yù)測阿片類藥物的個體反應(yīng),從而改進(jìn)相應(yīng)的疼痛管理方案,達(dá)到個體化治療的目的。在藥物遺傳學(xué)領(lǐng)域,研究最多的是GP的潛在效應(yīng)。本文總結(jié)了近年來關(guān)于GP對老年人群阿片類藥物鎮(zhèn)痛效果的影響的最新研究成果,現(xiàn)報道如下。

1 SNP的概念和檢測方法

基因是遺傳的基本單位,位于染色體上,人體的每對同源染色體由一條母系起源和另一條父系起源的染色體組成。因此,每對同源染色體上都有2個基因拷貝,其核苷酸序列可能不同[6]。SNP是指在核苷酸序列的特定位點(diǎn)上發(fā)生的突變,這些變化可以出現(xiàn)在DNA基因間和基因內(nèi)的任何位置。與基因點(diǎn)突變相比,SNP的發(fā)生頻率更加常見。SNP可能存在于一個基因的1個或2個等位基因中,基因型則表示該基因的等位基因特征[7]。

在提取DNA并確定SNP后,就可以采用各種方式來分析基因和觀察到的表型之間的關(guān)聯(lián),最常用的是候選基因關(guān)聯(lián)研究以及全基因組關(guān)聯(lián)研究。候選基因關(guān)聯(lián)研究是以假設(shè)為導(dǎo)向的研究,對1組SNP與特定表型相關(guān)的假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn),例如橫斷面研究、病例對照研究或隊(duì)列研究[8]。全基因組關(guān)聯(lián)研究是無假設(shè)的研究,數(shù)千個SNP的頻率分布在基因組的特定區(qū)域,需要大樣本研究對象并耗費(fèi)大量資金[9]。可以先開展全基因組關(guān)聯(lián)研究產(chǎn)生假設(shè),然后利用候選基因關(guān)聯(lián)研究進(jìn)行測試。

2 SNP對阿片類藥物的影響機(jī)制

SNP對阿片類藥物鎮(zhèn)痛效應(yīng)的影響主要通過3個方面起作用,即藥代動力學(xué)過程、藥效學(xué)活性以及痛覺通路,其中的變化由編碼關(guān)鍵蛋白或酶的基因決定。藥代動力學(xué)過程總體上涵蓋了吸收、分配、代謝和消除。其中,藥物的代謝過程至關(guān)重要,因?yàn)樗鼪Q定了藥物及其活性代謝物的血漿濃度[10]。就阿片類藥物而言,除瑞芬太尼外,均由肝細(xì)胞色素P450(cytochrome P450,CYP)酶代謝[11]?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn),編碼CYP酶的基因SNP與藥物及其代謝物的血漿濃度變化密切相關(guān)。

阿片類藥物的藥效學(xué)活性由藥物受體和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體共同決定。阿片類藥物受體屬于G蛋白偶聯(lián)受體,能夠激活下游的第二信使(cGMP、cAMP等),并最終發(fā)揮鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜等作用[12]。阿片類藥物也是藥物轉(zhuǎn)運(yùn)分子P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)的底物,P-gp在體內(nèi)廣泛表達(dá),在腎臟、腎上腺、肝臟、小腸、結(jié)腸、肺、腦和胎盤中的表達(dá)水平較高。P-gp是一種外流轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白,因此決定了阿片類藥物在其受體的濃度[13]。編碼這些藥物受體和藥物轉(zhuǎn)運(yùn)體的基因SNP已被發(fā)現(xiàn)與鎮(zhèn)痛療效有關(guān)。

3 老年人的藥物代謝特征

總體來說,老年人的身體器官和系統(tǒng)機(jī)能都發(fā)生了漸進(jìn)性下降,因此就阿片類藥物的吸收、分布、結(jié)合、排泄等特征而言,也與年輕人有一定的差別。首先,藥物的吸收發(fā)生在消化道,而老年人的胃腸道黏膜和肌層常出現(xiàn)萎縮,胃腸蠕動不足以及消化酶分泌減少,致使藥物吸收減慢。其次,老年人的血容量減少,使血藥濃度相對增加。老年人的肝細(xì)胞數(shù)量減少、肝酶活性降低也會使藥物的排泄和滅活能力下降,消除時間延長。此外,腎臟血流量減少引起的腎小球?yàn)V過率降低會導(dǎo)致藥物的半衰期相對延長,不良反應(yīng)風(fēng)險增高。就阿片類藥物而言,老年人的敏感性高于年輕人,因此達(dá)到有效鎮(zhèn)痛作用所需的藥物劑量小于年輕人,原因可能是老年人的神經(jīng)元細(xì)胞減少,且伴有腦血流量和氧耗量降低,因此阿片類藥物用量也顯著下降。

4 常見的相關(guān)SNP

4.1ABCB1 阿片類藥物的吸收、分布和消除依賴于機(jī)體中的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。老年人胃腸道中的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白通過限制或促進(jìn)腸道吸收,影響阿片類藥物的口服生物利用度。同樣地,血腦屏障上的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可能會影響阿片類藥物從血液到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的分布,存在于肝臟和腎臟的藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白則參與了阿片類藥物及其代謝產(chǎn)物的肝膽和腎臟排泄[14-15]。

ABC家族分子是藥物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的一個主要家族,大約由50種分子組成,其中P-gp外流轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與阿片類藥物關(guān)聯(lián)最密切。體外和動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,許多阿片類藥物,如嗎啡、美沙酮和芬太尼,均是P-gp的底物[16]。P-gp由ABCB1基因編碼,在基因的編碼區(qū)和非編碼區(qū)存在100多個SNPs,具有顯著的連鎖不平衡[17]。ABCB1基因的多態(tài)性可影響這些阿片類藥物的藥代動力學(xué)和藥效學(xué)特征。

ABCB1的常見變異有3435T/C和G2677T/A。一項(xiàng)在健康志愿者中開展的研究表明,G2677T等位基因攜帶者口服羥考酮的鎮(zhèn)痛反應(yīng)比對照組更好[18]。然而,有學(xué)者針對接受甲狀腺切除術(shù)、結(jié)直腸手術(shù)、膝關(guān)節(jié)鏡或子宮切除術(shù)的老年病人進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)G2677T/A與術(shù)后嗎啡、羥考酮或芬太尼的消耗量以及疼痛評分無顯著關(guān)聯(lián)[19]。一項(xiàng)針對65歲以上癌癥病人的臨床試驗(yàn)顯示,在接受嗎啡治療時,3435T等位基因純合子(TT)病人比3435C等位基因純合子和雜合子(CC和CT)病人的疼痛緩解效果更好[20]。另一項(xiàng)大型前瞻性多中心橫斷面研究調(diào)查了352例老年病人的阿片類藥物劑量需求與3435T/C之間的關(guān)聯(lián),這些病人接受了不同的阿片類藥物治療,并將阿片類藥物劑量轉(zhuǎn)換為嗎啡當(dāng)量。結(jié)果顯示,攜帶T等位基因(CT和TT)的病人的阿片類藥物劑量需求較低[21]。

4.2CYP2D6 大多數(shù)阿片類藥物吸收后在肝臟進(jìn)行首過代謝,其過程包括了第一階段的修飾反應(yīng),涉及CYP酶,第二階段是結(jié)合反應(yīng),例如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶(uridine diphosphate glucuronosyltransferase,UGT)催化的葡萄糖醛酸化反應(yīng)。不同的阿片類藥物通過不同的酶途徑代謝,產(chǎn)生活性代謝物[22]。在藥物代謝能力方面,個體間存在巨大差異,其中CYP和UGT酶系統(tǒng)的GP影響較大。

CYP2D6是一種CYP酶,參與了幾種阿片類藥物的O-脫烷基化過程,例如曲馬多轉(zhuǎn)化為O-去甲基曲馬多,羥考酮轉(zhuǎn)化為羥嗎啉酮,這些都可以被視為活性代謝物[23]。CYP2D6等位基因變異包括缺失、插入、拷貝數(shù)變異等,這些均會導(dǎo)致酶活性改變,反映為4種表型,即低代謝型、中等代謝型、快速代謝型和超快速代謝型[24]。

一項(xiàng)藥物遺傳學(xué)研究評估了28名接受安慰劑、可待因和嗎啡治療的年齡>60歲的健康志愿者,包括了14名快速代謝型和14名低代謝型個體,結(jié)果表明2種基因表型個體的藥物使用量方面沒有差異[25]。然而,另一項(xiàng)研究評估了曲馬多的用量,這是一種依賴CYP2D6活性的常用阿片類鎮(zhèn)痛藥,其活性代謝物甲基曲馬多的受體親和力高于曲馬多,結(jié)果顯示與快速或中等代謝型個體相比,低代謝型個體的曲馬多消耗量更高[26]。

4.3CYP3A4 CYP3A4是另一種研究較多的CYP酶,參與了芬太尼、曲馬多和羥考酮等阿片類藥物的N-脫烷基化,常見的CYP3A4等位基因有CYP3A4*1B、CYP3A4*1G、CYP3A4*2、CYP3A4*3等[27]。其中,CYP3A4*1G變異在亞洲人中的頻率較高,中國人的等位基因頻率為22%,日本人為25%[28]。目前關(guān)于CYP3A4變異影響老年人阿片類藥物鎮(zhèn)痛反應(yīng)的研究都是關(guān)于芬太尼術(shù)后鎮(zhèn)痛效果的。Murrone等[29]對接受關(guān)節(jié)置換手術(shù)的老年病人開展研究后得出,CYP3A4*1G/*1G(AA和純合子)病人比CYP3A4*1/*1(GG和雜合子)以及CYP3A4*1/*1G(AG和雜合子)病人所需要的芬太尼用量顯著降低,但是三類病人使用后的疼痛評分無顯著差異。

4.4μ-阿片受體(μ-opioid receptor gene,OPRM1) OPRM1是人體中阿片類藥物作用的主要受體,目前共發(fā)現(xiàn)100多個SNP,其中研究最廣泛的SNP是A118G核苷酸替換,即第1外顯子118位的腺嘌呤(A)被鳥嘌呤(G)替換。這種核苷酸替代導(dǎo)致在第40位氨基酸處的天冬酰胺(Asn)被替換為天冬氨酸(Asp),引起信號傳導(dǎo)效率降低,并降低了阿片受體的表達(dá)[30]。OPRM1基因中另一個研究廣泛的SNP是A304G,這種突變導(dǎo)致第102個氨基酸處的天冬酰胺(Asn)被天冬氨酸(Asp)取代。

Tolami等[31]根據(jù)A118G基因分型評估了33名年齡>65歲的健康志愿者,這些個體在電刺激腓腸神經(jīng)后,運(yùn)用羥考酮干預(yù)。結(jié)果表明,與a等位基因(AA)純合子的受試者相比,雜合子受試者(AG)對羥考酮的疼痛耐受閾值增加,然而兩者在疼痛總閾值和疼痛評級方面沒有差異。Saiz-Rodríguez等[32]開展了一項(xiàng)納入20名健康體檢的老年個體臨床試驗(yàn),研究芬太尼鎮(zhèn)痛與A118G SNP之間的關(guān)系,結(jié)果顯示,與AA基因型個體相比,GG基因型個體需要2～4倍的芬太尼濃度才能產(chǎn)生相同程度的鎮(zhèn)痛作用。Narayan等[33]利用脛骨表面皮膚上的2個表面電極產(chǎn)生電流,建立一個急性疼痛模型,發(fā)現(xiàn)與A118G純合子(AA或GG)相比,曲馬多對A118G(AG)雜合子個體的鎮(zhèn)痛效應(yīng)降低。另一項(xiàng)研究報道了A118G SNP與芬太尼在老年病人中的鎮(zhèn)痛效果相關(guān),與攜帶AG或GG基因型的病人相比,A等位基因純合子(AA)病人在運(yùn)用芬太尼后15、30 min時的疼痛強(qiáng)度顯著降低[34]。

4.5 兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT) COMT的主要作用是代謝多巴胺、腎上腺素和去甲腎上腺素等兒茶酚胺物質(zhì),COMT還是多巴胺和去甲腎上腺素神經(jīng)傳遞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑,已有報道COMT的GP會影響阿片類神經(jīng)遞質(zhì)對疼痛刺激的反應(yīng)。該基因中研究最廣泛的SNP是第158個密碼子中的腺苷(A)到鳥苷(G)的核苷酸替換,從而導(dǎo)致氨基酸從纈氨酸(Val)到蛋氨酸(Met)的轉(zhuǎn)換,這種SNP會使酶活性降低3～4倍[35]。

COMTVal158Met已被證明與術(shù)后疼痛評分有關(guān),Met/Met型病人報告的疼痛評分高于野生型病人(Val/Val型),但與嗎啡或羥考酮的使用量無關(guān)。有學(xué)者報道COMTVal158Met SNP與老年晚期癌癥病人的嗎啡需求量有關(guān),與Met/Met型病人相比,Val/Val型病人的嗎啡需求量更高[36]。多個SNPs也可能發(fā)揮聯(lián)合作用,例如Bartosova等[37]通過對2294例老年癌癥病人的止痛藥使用情況分析得出,包括OPRM1、OPRD1、OPRK1、ABCB1等在內(nèi)的25個基因的112個SNP與止痛藥的使用需求無顯著關(guān)聯(lián)。

5 SNP發(fā)揮效應(yīng)的影響因素

遺傳關(guān)聯(lián)研究本身就非常復(fù)雜,即使對于其中的一個變異,不同學(xué)者的研究也可能提供相互矛盾的結(jié)果,這可能是因?yàn)槭艿搅嘶祀s因素的影響。實(shí)驗(yàn)性研究是在一個受控的環(huán)境中開展的,并允許分別檢查多種疼痛刺激方式,它為確定候選SNP提供了基礎(chǔ),隨后可以在臨床疼痛研究中檢測。然而,在臨床研究中,混雜因素大幅增加,包括急性術(shù)后疼痛、癌癥疼痛和慢性疼痛等情形。

比如說,藥物代謝酶的活性在不同年齡段存在顯著差異。30～45歲人群的CYP2D6酶活性比65歲以上人群高一倍,這種差異會影響阿片類藥物的鎮(zhèn)痛效果[38]。其次,不同種族群體之間的等位基因頻率也存在差異。例如,在亞洲人中,低代謝型CYP2D6酶占比不到1%,最常見的等位基因是CYP2D6*10,而在高加索人群中最常見的等位基因是CYP2D6*3和CYP2D6*4,這可能部分解釋了類似研究在不同種族之間獲得的結(jié)果差異較大的原因[39]。除此之外,疼痛敏感度也存在著較大的性別差異。通常來說,女性的平均痛閾值比男性更低,對疼痛的耐受性更差,對疼痛的不適感更大,因此會影響阿片類藥物的鎮(zhèn)痛效果。

6 總結(jié)與展望

GP的研究對于評價疼痛易感性和鎮(zhèn)痛效應(yīng)具有重要的臨床意義,目前已知的SNP主要影響了阿片類藥物藥代動力學(xué)(ABCB1、CYP2D6、CYP3A4)、藥效學(xué)(OPRM1)和痛覺通路(COMT)。由于復(fù)雜的性狀是由多個基因共同控制的,不會有單一的SNP負(fù)責(zé)藥物的鎮(zhèn)痛效應(yīng)。將來的研究會更多關(guān)注多個SNP的相互作用,納入更多的疼痛生物標(biāo)志物,來預(yù)測阿片類藥物對老年人群的鎮(zhèn)痛效果,為臨床制定方案和療效隨訪提供幫助。