疼痛和基因分型

1、3.基因多态性与疼痛张 卫 王中玉 郑州大学第一附属医院 麻醉科 疼痛治疗是临床麻醉的一个重要方面。临床实践中很早就发现癌性疼痛、慢性疼痛和手术后疼痛个体间存在巨大差异，以及个体间阿片类药物需要量的差异，促使人们对这种差异原因产生强烈的探索愿望。随着对基因研究深度的逐渐增加，更多基因位点的多态性现象被发现与疼痛相关。特别是从2003年人类基因组计划完成后，有关治疗药物与相应疾病的遗传标记和表型变异性研究被广泛开展。人类基因组计划揭开了几乎全部的人类基因序列，这也为疼痛的基因研究创造了可能性。人们可以据此在不同层面上研究影响疼痛感知、疼痛敏感性和疼痛状态的基因基础，也能据此开拓和发展新的基因治疗

2、方法和药物。以往，在药物作用机理尚未完全阐明之前，药物就已经被应用于临床治疗疾病。基于家族性遗传病的研究方法，把疾病的病理状态与特殊的基因联系起来的试验方法为药物研究提供了一个崭新的思路。对于一系列基因易感性疾病而言，高选择性的药物有可能被制成1。这些高选择性的药物可以根据患者的遗传基因学特征而被修饰，从而提高其治疗效果2。术前进行基因多态性序列测定仍然是一项昂贵的工程。对其性价比和是否确定能够预测并改善患者的治疗过程仍难以最后确定3。尽管大量的研究曾揭示基因多态性与麻醉和疼痛关系密切，而且这类研究的数量越来越多。但是，仍然有很多因素限制了这些信息被广泛传播和应用实施1,3。基因多态性是影响疼

3、痛敏感性的基础，候选基因如COMT基因、OPRM1基因等。从不同角度和不同方面进行的大量的研究，如受体基因多态性、转运蛋白的基因多态性、代谢酶的基因多态性以及特殊治疗药物和伤害性感受系统靶点的基因研究等。鉴于严重疼痛和慢性疼痛患者个体间的巨大差异，患者的基因背景可能为我们提供重要的信息，并极大地促进新的疼痛治疗策略的建立。本文选择被大家广泛认可的与疼痛相关基因包括离子通道基因、阿片受体基因（MOR）、COMT基因、转运蛋白基因、代谢酶CYP基因、炎症细胞因子类基因和ATP相关基因等，以及其多态性与疼痛的关系作以概述。1. 离子通道基因Cox等4在分析研究一个巴基斯坦无痛家族时发现了位于常染色体

4、2q24.3编码钠离子通道亚基Na(v)1.7的SCN9A基因突变。该基因位点的多态性突变导致Na(v)1.7通道完全失去功能，从而导致携带该突变基因的个体先天性疼痛感知障碍。这是离子通道基因多态性与疼痛之间关系的最有力证据。对类似病人的进一步研究发现，位于SCN9A基因末端的终止密码子突变是导致这种痛觉感知障碍的根本原因5。另外还有CACNL1A4（电压门控性钙通道）和SCN1A等编码基因的多态性也参与了疼痛感知以及疼痛相关疾病的形成6,7。离子通道基因多态性与疼痛的相关研究正在逐步深入进行，这些研究可望能给人们提供一系列疼痛研究和疼痛治疗的新方法和新思路。2. 阿片类受体基因阿片类药物是治

5、疗急、慢性疼痛的主要药物。因此，阿片类药物作用受体的相关基因很有可能参与疼痛感知的调节。包括影响信使RNA稳定性的交替剪切、变异和翻译效率等转录后事件，都能通过转录因子调节这些阿片类受体相关基因的表达。阿片类受体有三个主要的G蛋白偶联受体亚型、和。本质地决定了机体内阿片类药物的镇痛特性8,9。阿片受体（MOR）是主要的阿片类受体，其编码区位于阿片类受体1基因，即OPRM1，位于第6号染色体上。OPRM1等位基因的变异会明显影响外源性阿片类药物的需要量10。阿片类受体在机体疼痛生理性防御系统中介导内啡肽样作用。并且阿片类受体也是阿片类镇痛药物的主要作用靶点。就当前已知阿片类受体的基因突变位点有多

6、个。最早报道的突变位点是S268P，使阿片类受体立体结构发生改变以及与G蛋白耦联能力降低，导致-内啡肽和吗啡的作用效能大为降低。但是该基因位点突变频率较低(低于百分之一)，临床意义有限。其他的与镇痛和疼痛感知相关基因位点还有R260H、R265H和N40D。基于等位基因突变频率的发生情况，只有很少的阿片类受体基因突变会影响到阿片类药物的治疗作用。A118G单核苷酸多态性是阿片类受体基因最常见的突变位点，即OPRM1A118G基因多态性。该突变位于阿片类受体基因外显子区第118位的核苷酸，突变导致鸟苷酸G取代腺苷酸A，这个替代致使阿片类受体细胞外N末端第40位氨基酸的表达由天冬氨酸替代天冬酰胺，

7、结果导致阿片类受体在该区域的一个糖基化位点丢失。突变后的受体与-内啡肽的亲和力增强，从而影响阿片类药物的受体作用。相对于野生型纯合子（AA）和杂合子（AG）个体，突变型纯合子（GG）表现出对阿片类药物反应降低，需要更多的阿片类药物进行镇痛11-13。OPRM1A118G基因多态性等位基因突变频率在高加索人为10-15%。中国汉族人群突变频率约为30%14。OPRM1A118G基因多态性显著调节伤害性刺激感知。而对非伤害性刺激和皮层活性无明显影响。因此，该基因位点的突变参与了复杂的伤害性刺激感知调节；也参与了伤害性刺激感知个体间差异的形成15,16。该碱基变化被发现影响到吗啡-6-葡糖苷酸的缩瞳

8、作用，而吗啡-6-葡糖苷酸是吗啡的主要活性代谢产物17。携带两个118G等位基因的个体，吗啡-6-葡糖苷酸的作用明显弱于杂合子和野生型纯合子。最近的研究证实，影响左美沙酮短期效应的基因药理学因素就是OPRM1A118G基因多态性。在携带有突变118G等位基因个体，相对于野生型纯合子，其细胞有丝分裂能力降低1.74倍18。在临床疼痛治疗过程中，要达到相同的镇痛效果，突变型纯合子个体需要2-4倍的阿芬太尼剂量。然而，要达到同样程度的呼吸抑制，则需要10-12倍的阿芬太尼剂量。有临床研究证明，携带着l18G等位基因的患者应用阿片类药物镇痛时，镇痛作用明显降低19。进一步对突变纯合子的阿片类药物镇痛作

9、用和副作用进行研究发现118G等位基因突变只减弱阿片类药物的镇痛作用，并不减轻其呼吸抑制、困倦、呕吐、恶性等副反应20。野生型纯合子受体患者有明显的阿片类毒性作用，尤其是中枢神经系统副作用。然而，携带118G等位基因的个体，除了阿片类药物引起的呕吐反应外，似乎对这些副作用有明显地耐受。在研究恶性肿瘤患者阿片受体基因多态性与阿片类药物需要量之间的关系时发现，相对于野生型纯合子和杂合子个体，要达到相同的镇痛作用，携带118G等位基因纯合子的患者需要更多的吗啡剂量。在一项对80例女性行择期开腹子宫切除术和120例接受全膝关节成形术患者的研究中，突变型纯合子GG患者相对于杂合子和野生型纯合子118AA

10、携带者，需要更多的吗啡术后镇痛10,21。这些数据似乎能够证实，OPRM1GG等位基因变异个体，其受体对阿片类药物的敏感性明显弱于野生型受体。但是，为了排除样本量、疼痛种类等因素的干扰，更大量、更深入的研究有待进行。更大样本量的试验需要去实施，才有机会排除偶然事件的发现22,23。在对因注射化疗药物而引起的神经病理性疼痛病人进行的一项研究也发现，AA野生型纯合子对镇痛药物的反应比GG突变型纯合子要好得多。AA型患者需要更少的疼痛治疗救助。在对孕妇进行的一项镇痛研究也得出同样的结果，相对于AA型纯合子个体，GG型和AG型患者需要更大剂量的舒芬太尼进行镇痛24。Zhang等25对妇科手术患者进行的

11、研究提示，OPRM1G118G基因型患者对电刺激痛显示出更强的敏感性，痛阈也相应较低，术后镇痛药物的需要量也更多。有研究首先区分不同的疼痛性质，然后加以分别研究，结果认为显性疼痛表达（anger-out，容易表达自己的不适）与A118G多态性相关，而隐性疼痛表达(anger-in，压抑自己的痛苦感受)与其无关26。值得注意的是，并不是所有的研究都认为G等位基因增加阿片类药物的需要量。也有研究提出不同的意见。Walter等27进行的一项大样本Meta分析，纳入677例病人进行OPRM1A118G多态性分析，结果认为G等位基因突变并不影响疼痛程度、镇痛药物需要量和副作用。当然，还有很多这方面研究，

12、但是由于试验检验效能欠佳或者对照不充分，而很难提出有重要参考价值的信息。所以，更进一步的研究需要去验证该基因多态性与疼痛治疗的关系。迄今，大部分文献支持阿片类药物的镇痛作用减弱与阿片类受体基因l18G突变有关，但是对阿片药物的副作用是否减轻仍难确定。而且，有关OPRM1A118G基因突变具体是影响了受体数量的表达还是影响了受体功能的改变，仍需进一步研究证实。3. 药物代谢酶基因药物的毒副作用会引起严重不良反应，甚至死亡。也是造成医疗资源浪费的重要原因。药物毒副作用或治疗失败的潜在危险因素包括：患者年龄、性别、合并疾病、多重复合用药、器官功能障碍（尤其是肝肾功能）、日常饮食以及一些生活方式的不同

13、；例如吸烟、酗酒等。此外，基因的突变或变异也会改变药物的药代动力学和药效动力学特性。从而改变药物的治疗效果，甚至造成药物毒副作用的增加28。影响药物作用的基因变异可能发生在药物作用的各个环节。如药物的摄取、转运、作用靶点（如受体或离子通道）、代谢和排泄等方面。这些方面的基因变异都会影响到镇痛药物和协同镇痛药物的镇痛作用变化。3.1 细胞色素P450细胞色素P450酶系包括众多酶，参与代谢绝大多数药物，同时在催化活性方面也显示出相当大的个体差异。关键性的碱基突变或缺失会导致P450 mRNA和蛋白功能缺失或缺陷，结果影响到酶的代谢催化能力。仅在CYP2D6酶系就有超过80个不同的突变位点。人群中

14、，这种基因型的不同导致了CYP2D6酶代谢活性的差异29,30。单核苷酸多态性位点CYP2D6*10在亚洲人群中很常见。CYP2D6*45和 CYP2D6*46在非洲黑人中很常见。这些多态性位点的临床意义有待深入研究和探讨。3.1.1 CYP2D6基因多态性CYP2D6是很多药物的主要代谢酶，包括阿片类药物。CYP2D6基因多态性会影响到机体对阿片类药物反应的差异31。CYP2D6活性可以分为四级：乏代谢者（具有两个无功能的突变等位基因，无酶活性）、中等代谢者（弱于正常酶活性水平）、泛代谢者（具有1-2个野生型功能性等位基因，个体表现出正常代谢状态）和超速代谢者（具有3个或更多功能性等位基因，

15、酶活性增强）12,32。一般情况下，乏代谢者应用阿片类药物镇痛失败的风险较高。泛代谢者则具有良好的治疗效果12，超速代谢者发生毒副作用的风险增高32；术后对于吗啡等镇痛药物的需要量明显减少。具体机制尚不明确，可能与内源性阿片类物质产生有关33。携带两个野生型等位基因的个体表现出正常代谢状态，称之谓“泛代谢者”，相反地，“乏代谢者”则携带两个无功能的突变等位基因，显示出代谢过程羟基化作用不足，从而影响到常用经典药物的代谢，如镇痛药物、安定类药物、受体阻滞剂、抗抑郁药物以及抗心律失常药物等。这种CYP2D6基因突变属于常染色体等位基因隐性突变。在高加索人种中，该突变的频率约为8-10%，这种突变有

16、很重要的临床意义34,35。携带突变型纯合子的乏代谢者，药物毒副作用和过量的风险升高（如三环类抗抑郁药和抗心律失常药物），也有可能因无法使前体药物转化成有活性代谢物，而导致治疗失败（如可待因和曲马多等）36,37。另一方面，CYP2D6基因的复制或多重复制会导致底物的超速代谢。这种“超速代谢者”具有超强的代谢酶活性，使底物处于亚临床有效血浆浓度状态，而起不到治疗作用。因为这个原因，高加索人群中，大概有3-5%的人，常规药量无法达到治疗效果。但是这种CYP2D6基因多态性分布存在很大的人种差异。亚洲人种突变频率只有0.5%左右，而阿拉伯人和黑种人则高达29%。不同人种间和不同个体间的巨大差异，需

17、要临床用药的个体化。由于该基因位点单核苷酸多态性在中国汉族人群中很少发现。所以该基因位点多态性在中国人群中的研究意义有限。3.1.2 CYP3A基因多态性CYP3A酶系由仅存在于胎儿及未成年人的CYV3A7和广泛存在于人体内的CYP3A5以及CYP3A4三个亚型组成，该酶系代谢体内一些阿片类镇痛药物、甾体类消炎镇痛药和部分局麻药物等。人体肝脏内含量最丰富的CYP酶是CYP3A4，占肝脏内CYP酶的30%-50%左右，而在人体肠道内则可达70%左右38。体内的CYP3A4酶对一些阿片类药物的代谢方面发挥重要作用，如舒芬太尼、阿芬太尼和芬太尼等。但是由于近期有关阿芬太尼的研究发现阿芬太尼的体内清除

18、率在不同个体之间差异可以达到十倍左右39。证明机体内对阿芬太尼的代谢酶不仅仅只有CYP3A4，可能还有其他的酶也参与了阿芬太尼的体内代谢过程。最近Klees等12在体外状态下，对CYP3A4酶功能进行选择性抑制，发现处于高、低两种CYP3A5浓度状况下，阿芬太尼的代谢明显不同；相对于低浓度组，高浓度的CYP3A5酶加速阿芬太尼的代谢。因此认为CYP3A5酶也参与了对阿芬太尼的代谢。研究还发现CYP3A5酶也参与了对咪唑安定的体内代谢过程。除CYP2D6和CYP3A外，还有大量的P450酶系的酶存在着单核苷酸多态性现象，如CYP2C9等，都会影响到不同药物的作用和代谢。更加广泛和更为深入的代谢酶

19、研究有待继续进行。4儿茶酚邻位甲基转移酶基因(COMT)儿茶酚邻位甲基转移酶代谢包括多巴胺、去甲肾上腺素等儿茶酚胺类生物源性的胺类。因此，是一种调节多巴胺能和肾上腺素能神经递质的关键因素。COMT常见的功能性突变位点位于472A/G，即常说的COMTval158met基因多态性。第158位氨基酸由甲硫氨酸替代了缬氨酸，导致COMT酶活性减弱3-4倍。 COMT主要在以下部位表达：1.额叶前皮质和脑内的其他部位；2.脊髓，如脊髓背侧角浅层；3.外周组织，如存在初级感觉神经元的神经节40,41。所有的这些部位都参与了伤害性刺激感知和疼痛感知。已知的几个能够解释COMT活性与疼痛关系的因素有：第一，

20、COMT是细胞外儿茶酚胺浓度的重要调节因素。尤其在额叶前皮质和外周组织，儿茶酚胺通过不同水平参与疼痛通路发挥调节作用。第二，有证据显示，COMT基因多态性明显影响COMT酶活性，从而影响疼痛感知和病人对疼痛的耐受能力。第三，抑制COMT酶活性的物质能抑制儿茶酚胺的代谢，从而影响疼痛反应。但是，有些COMT酶抑制剂具有它本身的活性，如减弱氧化性应激，会干扰疼痛的部分表现。第22号染色体 COMT基因6个外显子用三角形表示 箭头方向表示其转录方向 图1 COMT基因位置和结构COMT基因编码S-COMT(COMT游离部)和MB-COMT（COMT跨膜部）蛋白亚基。COMT基因隐含着12个单核苷酸多

21、态性，其中至少6个常见单核苷酸多态性与人类疼痛有关系。一个位于MB-COMT启动子区（rs）,一个位于S-COMT启动子区（rs6269）。有三个（rs4633,rs4818和rs4680）位于S-COMT和MB-COMT的编码区。第六个位于3末端的非翻译区（rs）。rs4633和rs4818属于同义突变，无功能意义。rs4680位点突变是非同义突变，即COMTval158met基因多态性，导致MB-COMT158位和S-COMT108位氨基酸缬氨酸（val）被甲硫氨酸（met）所取代。这种突变降低了COMT酶的热稳定性，以及生理条件下COMT酶活性降低。这种COMTval158met基因多态

22、性控制着COMT酶活性水平。val/val基因型个体具有最强的COMT活性。相反，具有met/met基因型的个体COMT酶活性最弱，而杂合子居于两者之间。COMTval158met基因多态性与很多复杂病因的精神行为学疾病有关。在这些疾病中，皮层多巴胺能神经功能发挥重要作用，如精神分裂症。以往研究认为COMT基因与人类认知、焦虑、疼痛敏感性和精神状态有关。但是由于COMT基因多态性的复杂性和人类临床表现的易变性，对他们之间的联系一直受到质疑。最近的研究显示，基因因素影响了疼痛感知。在这些基因当中，有明显作用的就有COMT基因，该基因多态性会影响COMT酶活性22，一个典型的作用就是改变儿茶酚胺的

23、代谢，从而直接或间接调控疼痛。有证据显示，该基因多态性会导致COMT酶的产生减少和活性降低，从而导致 阿片系统处于慢性超活性状态，降低该系统对伤害性刺激感知的调节能力。在转基因小鼠模型上进行的实验使其高度表达人类COMT-val基因多态性（val-tg）并与变异的COMT缺失小鼠进行对比。结果显示，增加COMT酶活性（在val-tg小鼠中）会引起注意力不集中，损害工作和认知记忆。同时会钝化应激反应和疼痛敏感性。相反地，COMT功能缺失会增强工作记忆，同时增强应激反应和疼痛敏感性。在COMT-val-tg小鼠，苯丙胺的应用能改善认知记忆缺失，但是在野生型个体中则会恶化认知记忆缺失，说明COMT对

24、认知功能和多巴胺之间的调节呈翻转的“U”形关系。在COMT-val-tg小鼠额叶前皮质（PFC）中，钙离子/钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaMK）水平明显升高。然而，COMT功能缺失会降低额叶前皮质中CaMK的水平，同时额叶前皮质中CaMK水平升高。提示COMT可能是通过PFC-CaMK途径调节认知功能并维持适当应激水平的。COMT基因可能是机体表观平衡进化过程中调节认知功能和情绪反应的重要基因42。在动物实验中，可以通过改变小鼠comt基因表达而改变comt酶活性42,43；也可以用comt基因敲除小鼠作为comt活性对照研究44；也可以用转基因小鼠，通过局部额叶前皮质高表达人类COMTval1

25、58加以研究42。有研究针对正常小鼠和大鼠，通过应用COMT抑制剂抑制COMT活性来研究COMT酶活性与痛觉的关系45-48。新的高选择性COMT抑制剂的应用，确定了COMT基因多态性参与了疼痛感知差异的形成。在大鼠神经病理性疼痛模型中，包括糖尿病神经病变和脊神经结扎的神经病理性疼痛，应用COMT抑制剂硝替卡朋，能够部分地改善异常疼痛的发生和发展47,49。临床研究低COMT活性状态的典型病例就是22q11.2缺失综合征患者。22q11.2缺失综合征有很明显的临床表现型，包括180余种相关体征。轻度的神经功能受损，如认知、注意力、理解力和社会-情绪功能紊乱最常见。加之，缺失综合征个体有发展成严

26、重神经功能损伤的表现，包括显著的分裂躁狂、夜惊和儿童早期的情绪不稳以及儿童后期的强迫症。甚至青春期的快速转换的双面性格情绪紊乱，可表现为情绪失控、焦虑和固执思维。并且这种缺失综合征对神经性药物治疗不敏感，甚至耐药。该缺失片段跨越大概30个基因，其中包括COMT基因。COMT钝化儿茶酚胺类递质，如果COMT缺乏会导致儿茶酚胺浓度升高，或者导致氧位甲基化和脱氨化儿茶酚胺代谢产物比例失调。从而加重缺失综合征的神经生理功能紊乱表现。这与常见的COMT多态性COMTval158met的表现相似。假设，药理学的介入减少儿茶酚胺代谢产物，可能对这类病人的治疗起到一定作用。酪氨酸羟化酶是催化儿茶酚胺合成的限速

27、酶。人为的给予酪氨酸羟化酶抑制剂会降低机体儿茶酚胺浓度，可能对该类病人有治疗作用。所以对低COMT活性的22q11.2缺失综合征患者进行对照研究发现，使用降低儿茶酚胺代谢产物的药物、阻止突触前的儿茶酚胺蓄积或者升高COMT协同底物S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosylmethionine, SAM）的药物进行治疗是可行的50。最初研究认为，低COMT活性通过触发多巴胺的补偿机制改变脑内内源性阿片系统功能，从而提升吗啡的镇痛作用51。随后的研究一定程度的支持了这种假设。当机体处于低COMT活性状态时，会反应性地引起阿片类受体数量增加。因此，会提升脊神经根对内源性阿片样物质的反应51,52。采用功

28、能磁共振技术采集脑内实时图像发现，相对于val/val和val/met基因型个体，met/met基因型个体具有较强的疼痛反应，较高的疼痛敏感性和内在负面情绪状态，以及较低的内源性阿片类系统活性。阿片受体随之补偿性表达上调，并在尸检中得以证实。利用放射性标记的卡芬太尼示踪，在丘脑纹状体部位采集图像，验证了该结果51,52。机制可能是COMT基因多态性通过配体结合、G-蛋白活化和前脑啡肽原mRNA表达等途径影响到阿片受体系统功能52。COMTval158met基因多态性并不能预见发生疼痛状态的可能性，包括神经损伤的疼痛。但在疼痛变化的时间总和作用上发挥作用。然而，COMT基因其他位点的单核苷酸多态

29、性可能导致神经病理性疼痛易感性增加，表现出对静止的疼痛感知敏感性上发挥影响53。但是COMT基因多态性是否与一些未知疾病有某种联系，结果是不明确的。毕竟没有那个单个基因多态性与机体复杂的功能紊乱发生明确而直接的联系。同时，也不能排除COMT基因多态性与复杂的机体功能紊乱表现中的某个方面确实存在一定联系。低COMT活性导致去甲肾上腺素和肾上腺素水平升高，从而放大疼痛效应46。同时，抑制COMT活性可以导致机械和热痛觉敏感性升高。这种现象可以被选择性的2和3受体阻滞剂或非选择性的受体阻滞剂普萘洛尔完全阻断，而1受体阻滞剂、受体阻滞剂和多巴胺受体阻滞剂则无此作用。所以由低COMT活性和（或）高儿茶酚

30、胺水平而引起的疼痛状态可以应用2和3肾上腺素受体拮抗剂加以治疗和改善46。该证据证明低活性的COMT导致痛觉敏感性升高，是通过2和3受体机制实现的，这有很高的临床参考价值。提示源于低COMT活性和/或高儿茶酚胺水平的疼痛可以通过抑制2和3受体药物的应用加以治疗。同样，COMT多态性反过来也能影响到普萘洛尔的治疗作用54。在某些癌症疼痛中，低COMT活性状态会强化阿片类药物的镇痛作用，并加重其毒副作用。COMTval158met基因多态性突变型纯合子个体，相对于野生型纯合子，需要更少的吗啡镇痛剂量55。但与之相反，对于慢性疼痛的研究并未发现COMTval158met与阿片类药物的消耗量以及副作用

31、有关。大样本的Meta分析显示56，低COMT活性提高人类的疼痛敏感性。在动物实验中，COMT抑制剂的应用能增加动物对热痛和机械痛的敏感性；相对于COMT单核苷酸多态性，低COMT活性表型与人类疼痛的关系更密切。COMT基因多态性对疼痛的影响要视疼痛情况而定，COMT活性并不影响神经病理性疼痛和癌痛的疼痛敏感性。但是在其他慢性疼痛状态，可能会不同。通过Meta分析显示，COMTval158met基因多态性与纤维肌痛和慢性广泛疼痛有明显关系，是纤维肌痛和慢性广泛性疼痛的高危因素，而与偏头痛和慢性肌肉骨骼痛关系不明确。目前，从已有的文献研究分析，结论并不明确。关于遗传因素对机体疼痛敏感性和临床疼痛

32、风险的影响已经得到广泛认可，但是对疼痛的基因因素研究仍然处于初级和肤浅的阶段 57。鉴于疼痛模型的选择区别和样本量以及实验方法的不统一，很难有一个明确的结论。所以，大样本、多中心和方法学统一的研究是必要的。也可能会使结果的可重复性更高，可信度更强。5. ATP-结合盒亚家族B成员1（ATP-binding cassette subfamily B member1, ABCB1）基因 ABCB1是一种结合于细胞膜上P-糖蛋白，具有广泛的生理作用。P-糖蛋白是一种ATP依赖的、具有外排泵功能的与多药耐受密切相关的糖蛋白。其能够把吗啡和其他药物从细胞内泵出到细胞外。该类P-糖蛋白广泛表达于血脑屏障的

33、内皮细胞膜以及其他多种上皮细胞膜上，如：胆道、肾脏及小肠等58，广泛分布于中枢神经系统、肾脏和肠道12,59,60。该蛋白被ABCB1/MDR基因编码，由MDR(multidrug resistanee)基因表达。人类MDR基因有MDR1和MDR2 2个亚型61。对该基因多态性研究最多的是C3435T位点突变。由于P-糖蛋白的活性存在着明显的个体之间差异，其根本原因可能是MDR基因的多态性现象造成的。时至今日，已经有15个不同类型的突变型被发现。在一项对高加索人种的研究中发现，人群中MDR1基因突变纯合子占24%左右，该突变致使P-糖蛋白缺陷性表达，突变部位即是C3435T，位于MDR1基因的

34、第26外显子上62。Ltsch等63进行的多中心联合研究，分析了已知的多个基因位点多态性，包括OPRM1、COMT、MC1R、ABCB1和CYP2D6与疼痛调节的关系。该研究探讨了各种基因是如何影响病人自控镇痛药物的需求总量的。纳入研究的患者疼痛情况多种多样。最后仅发现ABCB1C3435T突变纯合子组阿片类镇痛药物需要量明显减少。有研究提示，P-糖蛋白在血脑屏障内皮细胞膜上的表达，或许控制着中枢对某些药物的通透性。目前临床应用的药物中有些抑制P-糖蛋白的作用，而有些为其作用底物，例如环孢菌素就是其抑制药物，而止泻药苯丁哌胺则是P-糖蛋白的底物。研究发现体内芬太尼的镇痛效应可以被环孢菌素增强。

35、在体内试验中苯丁哌胺只选择性产生胃肠道阿片样效应而无中枢阿片样作用，而体外实验中没有发现苯丁哌胺存在潜在的阿片样效应。敲除小鼠mdr1基因后，相对于正常小鼠，发现其脑内苯丁哌胺的浓度升高八倍。这种浓度的急剧升高，使得中枢阿片样作用也成倍的增加，结果是产生致命的阿片类毒副作用 58。对于敲除P-糖蛋白基因的小鼠而言，吗啡的镇痛作用明显增强，所以认为吗啡能否透过中枢血脑屏障受到P-糖蛋白的限制和调控64。对一项145例意大利慢性疼痛、伤害性疼痛和癌痛患者进行研究，检测其ABCB1基因型，所有病人接受吗啡作为唯一的镇痛药物进行治疗。结果发现，3435TT基因突变纯合子患者疼痛缓解较明显。相对于野生型

36、纯合子3435CC和杂合子3435TC个体，阿片类镇痛药物的消耗量最少。研究认为，ABCB1转运蛋白C3435T基因多态性在吗啡作用位点上影响吗啡的药代动力学。携带ABCB1/MDR1基因野生纯合子CC个体与携带突变纯合子TT个体相比，吗啡的镇痛效应明显变弱61。 有研究发现美沙酮个体间的药代动力学差异与ABCB1/MDR1基因多态性关系密切65。并且发现应用吗啡进行术后镇痛时，ABCB1/MDR1基因多态性野生型纯合子个体昂丹司琼的需要量明显少于突变型纯合子个体66。预示着ABCB1/MDR1基因多态性可能参与了阿片类镇痛药物副作用的形成，但具体机制尚不清楚。6. 鸟苷三磷酸环化水解酶和四氢

37、生物喋呤四氢生物喋呤是调节儿茶酚胺、5-羟色胺、一氧化氮和苯丙氨酸代谢的基本辅助因子。而鸟苷三磷酸环化水解酶（Guanosine triphosphate cyclohydrolase, GCH1）是四氢生物喋呤合成的限速酶。在GCH1基因的非编码区，含有15个单核苷酸多态性突变位点，这些突变位点的单核苷酸多态性与急慢性疼痛的关系密切。GCH1基因多态性会影响到该调节通路的功能，导致神经功能障碍，如共济失调和认知功能障碍等。动物实验证明，关键酶活性的上调会导致神经功能损伤67。在神经病理性疼痛和慢性炎症反应性疼痛小鼠模型中，抑制该通路，能够减轻疼痛反应。然而，注射四氢生物喋呤反而加重疼痛。人体

38、志愿者试验显示，GCH1单倍体，既能够减轻试验痛敏感性，又能改善腰痛神经根手术的长时程反应。人群样本检测，保护性的GCH1基因多态性基因突变频率为15.4%67。一项对椎间盘切除术患者的研究发现，该区域突变型基因携带的个体术后发生慢性腰背痛的可能性降低，发生疼痛的程度也较轻。并且，该区域突变基因携带的个体对压痛、缺血痛和热刺激痛等实验性疼痛的敏感性均减弱，同时发现了五个单核苷酸多态性位点与疼痛敏感性降低密切相关。但是，在这些多态性位点中，并不确定具体哪个或哪几个参与了对疼痛的影响 67。7. 尿苷二磷酸葡醛酸转移酶基因尿苷二磷酸葡醛酸转移酶(Uridine diphosphate glucol

39、actone transferase, UGT)是一类相代谢酶，参与葡醛酸和它的相应结合底物的催化作用。这种作用广泛存在于生理的排泄过程中。肝脏是尿苷二磷酸葡醛酸转移酶的主要分布部位。另外，在肾脏、胃、结肠、小肠等组织中也分布着一些它的同工酶，如UGT2B7、UGT2A1、UGT1A8、UGT1A1等。一些类阿片类化合物和吗啡即通过这些同工酶催化，有证据证明，阿片类物质葡醛酸结合反应中有UGT2B7 参与68。UGT2B7基因的多态性已被证实，该酶结构的268位氨基酸由酪氨酸替代了组氨酸，但是这种变异并不影响人体UGT2B7的葡萄糖酸化作用，患者血液中吗啡葡萄糖苷酸与吗啡的比值并无差别。所以该

40、基因位点的多态性临床意义不大。但是，在体外实验过程中发现，相对于组氨酸268UGT2B7，酪氨酸268UGT2B7对丁丙诺非的葡萄糖苷酸化作用增强10倍69。一项针对两例癌痛患者的研究发现，应用吗啡为两例患者进行镇痛治疗时，却表现出截然不同的效果。在进行基因层面分析研究时发现，两例患者携带的UGT2B7基因型明显不同，在吗啡反应较好的患者基因组内发现了罕见的UGT2B7等位基因70。另外，UGT2B7的多态性在种族间也有很大差异，美国土著人群吗啡葡萄糖苷酸化作用明显低于白人。目前，在人体内证实具有活性的UGT就有十余种，并且已经对相应的底物选择性方面进行了初步研究。但UGT的基因多态性研究相对

41、还比较滞后，有待于更进一步、更深入的研究。8. 黑皮质素-1受体（Melanocortin-1 receptor, MC1R）基因MC1R是一类G蛋白偶联受体，编码区位于16号染色体上。是调节头发和皮肤色素沉着的基本基因。人类中75%的皮肤白化和红头发外显型个体存在两种或更多MC1R钝化变异71。有研究发现，mc1r基因变异和mc1r配体参与了大鼠炎症反应和神经病理性疼痛的形成。利用mc1r基因敲除雌性小鼠进行实验研究发现，相对于正常小鼠，mc1r基因敲除或mc1r基因突变小鼠对热刺激痛和炎症反应性疼痛的耐受程度更高。但是，两组对神经病理性疼痛耐受性并无差异。有趣的是，对于雄性小鼠，不管mc1

42、r基因敲不敲除或者是否突变，均不影响它们的疼痛感觉。特殊的携带MC1R基因单核苷酸多态性的个体，表现出MC1R与阿片类镇痛作用有一定联系72。阿片受体激动剂，如纳布啡、喷他佐辛在女性个体发挥一定的镇痛作用，但是男性个体则无此反应73,74。相对于携带单个MC1R等位基因或无MC1R等位基因的女性和男性，携带两个无功能MC1R等位基因的女性呈现出喷他佐辛的超强镇痛作用72。有研究提示，红发个体对热痛觉非常敏感，并且对皮下注射利多卡因止痛有抗药现象。红发女性需要比正常人多19%的地氟醚，才能抑制其对伤害性电刺激的体动反应75,76。这种性别特异的疼痛调节现象，好像只存在于阿片受体系统。这种基因-性

43、别捆绑特性可能为将来不同性别手术镇痛研究开拓一片崭新领域。9. 脂肪酰胺水解酶基因脂肪酰胺水解酶是机体内重要的脂质代谢酶，其编码基因的多态性对疼痛的影响是通过影响内源性脂质信号系统得以实现的。有动物实验提示，脂肪酰胺水解酶基因突变导致脂肪酰胺水解酶表达减少，从而使小鼠呈现较轻的疼痛状态77。具体机制尚不明确。有关脂肪酰胺水解酶基因与疼痛关系的研究相对较少，目前的资料很难给予比较合理的相关解释。 10. 白细胞介素-1基因白细胞介素是一类细胞因子。白(细胞)介素-1（Interleukin-1,IL-1）是一种促炎细胞因子。在体内发挥促炎性反应作用，分为IL-1和IL-1两个亚型。与同一受体（I

44、L-1R）结合。它们的作用被IL-1R配体通过竞争性拮抗而下调78,79。与之相关的单核苷酸多态性有IL-1、IL-1和IL-1R配体（IL-1RA）单核苷酸多态性。研究发现IL-1基因多态性导致IL-1基因转录活性增加，从而使IL-1 mRNA和IL-1蛋白的含量轻微增加；IL-1基因多态性则会导致IL-1表达增加；IL-1RA单核苷酸多态性导致IL-1产生增加。常见的基因多态性位点位于IL-1R配体基因（IL-1RN）上，该基因包括86个碱基对，呈现为一系列可变的串联重复序列。IL-1RA的表达水平与串联重复序列的数量呈反比79。在一项有关肾切除术患者的疼痛研究中，作者发现，携带IL-1R

45、N*2基因的患者，比携带IL-1RN*1的患者术后24小时阿片类药物消耗量明显减少。同时，术后24小时所有患者血浆中IL-1RA的浓度均较术前升高2倍左右，携带IL-1RN*2基因的患者IL-1RA浓度升高的更明显79。Solovieva等80对131例中年男性患者的慢性腰背痛研究中证明，慢性腰背痛的发生率在IL-1RA基因多态性的携带个体明显增加，如果同时伴有同义的外显子5部位的IL-1基因多态性，或不被转录的外显子1部位IL-1基因多态性，则发生慢性腰背痛的可能性更大，所患疼痛持续的时间也会更长。 另一项有关关节炎患者疼痛状况研究的报告指出，与对照组相比，IL-1表达升高的个体，疼痛评分也

46、较高81。Cohen等82对IL-1R的人类单克隆抗体AMG108进行研究，选择骨关节炎病人作为研究对象。结果显示，相对于对照组的疼痛评分，接受AMG108治疗组的评分更低。 综合上述信息，促炎性因子IL-1在促炎症反应的同时，可能也增加疼痛敏感性。而从给予IL-1R单克隆抗体或者促使IL-1RA的高表达途径可以部分或全部阻断IL-1的促炎性作用。从而减轻疼痛。这仅仅是一种推理，具体更深入的研究有待进行。展望由于分子生物学技术方法的快速发展，更多的引起个体差异的基因多态性位点会被发现。大量参与疼痛形成的分子介质会提上研究日程，如炎症介质（5-羟色胺、组织胺、缓激肽和细胞因子等）、第二信使、受体

47、和内源性神经递质等。在不久的将来，希望能为疼痛的个体化治疗提供策略。对于一些影响到药物代谢动力学和药效学的基因多态性，特别是影响到一些治疗剂量安全窗特别窄的药物的基因多态性，应该引起重视并加以深入研究。以期达到基因型为基础的剂量控制和个体化用药。希望将来能为临床疼痛治疗提供更有效的手段。鉴于基因多态性个体间和人群、人种间的差异，高精度、高流量的基因分析技术需要开发应用。在研究方面，需要纳入更大样本量，以提高研究的分析检验效能。由于个体差异和药物反应的差异常常非单个基因多态性所决定，所以从药物代谢、转运和效应部位（蛋白或受体）水平的多基因联合研究很有必要。DNA基因芯片技术已广泛应用于临床，并在

48、不断地研究完善过程中。但是，问题是什么时候对患者进行基因型分析？是在给药前还是在药物治疗失败后呢？药物剂量应该如何调整？是否应该基于患者的基因背景实施不同的个体化的治疗方案？这一系列问题，都要求有明确、可控的研究结果为临床提供可靠依据，才能让临床医生便于实施。至少，基因药理学的试验应为临床实践提供成本-效益比、可行性和可操作性的依据。对于疼痛控制的研究已经为我们揭示不同的基因多态性会影响到疼痛敏感性、慢性疼痛的易感性和疼痛治疗的药理学作用。将来的研究目标必须着重于把这些研究成果转化成临床可实施的治疗方案。除了个别罕见的先天性遗传缺陷性疾病状态明显影响到疼痛感知系统外，人们普遍能够接受慢性疼痛的

49、易感性与心血管疾病、糖尿病和易成瘾性一样，都是受多重基因复合作用的。单个核苷酸或单个基因的突变对整体基因背景的影响是微乎其微的。但是目前为止的大多数研究都偏重于单个基因位点的变异研究，所以联合的多基因单核苷酸多态性研究是很有必要的，也有待进一步的深入研究。尽管现在还不能达到药物治疗前，对每个病人进行一次基因分析；但是，以基因背景为前提的药物治疗方案制定在不久的将来是有可能的。现在，我们讨论的这些基因多态性，将来有可能精确预测个体化的药物使用剂量和药物副作用的发生情况，对药物的治疗以及个体化用药发挥重要作用。随着基因分析技术的进步和更多、更深入的研究课题的开展，可望使这一切变成现实。参考文献1.

50、 Body SC. Genomics: Implications for anesthesia, perioperative care and outcomes. Adv Anesth. 2009; 27:7394.2. Mirnezamim R, Nicholson J, Darzi A. Preparing for precision medicine. N Engl J Med. 2012; 366:489491.3. Candiotti KA. Anesthesia and pharmacogenomics: not ready for prime time. Anesth Analg

51、. 2009; 109:13771378.4. Cox JJ, Reimann F, Nicholas AK, et al. An SCN9A channelopathy causes congenital inability to experience pain. Nature, 2006;444:894-898.5. Ahmad S, Dahllund L, Eriksson AB, et al. A stop codon mutation in SCN9A causes lack of pain sensation. Hum Mol Genet. 2007; 16(17):2114-21

52、21.6. Dichgans M, Freilinger T, Eckstein G, et al. Mutation in the neuronal voltage-gated sodium channel SCN1A in familial hemiplegic migraine. Lancet, 2005;366:371-377.7. Ophoff RA, Terwindt GM, Vergouwe MN, et al. Familial hemiplegic migraine and episodic ataxia type-2 are caused by mutations in t

53、he Ca2+ channel gene CACNL1A4. Cell, 1996; 87: 54352.8. Schumacher MA, Basbaum AI, Way WL. Opioid analgesics and antagonists. In: Katzung BG, editor. Basic and clinical pharmacology. 10th ed. New York: McGraw-Hill; 2006. pp:492.9. Sehgal N, Smith HS, Manchikanti L. Peripherally acting opioids and cl

54、inical implications for pain control. Pain Physician. 2011; 14:249258.10. Chou WY, Wang CH, Liu PH, et al. Human opioid receptor A118G polymorphism affects intravenous patient-controlled analgesia morphine consumption after total abdominal hysterectomy. Anesthesiology. 2006; 105:334337.11. Kleine-Br

55、ueggeney M, Musshoff F, Stuber F, et al. Pharmacogenetics in palliative care. Forensic Sci Int. 2010; 203:6370.12. Kosarac B, Fox A, Collard C. Effect of genetic factors on opioid action. Curr Opin Anaesthesiol. 2009; 22:476482.13. Zwisler ST, Enggaard TP, Mikkelsen S, et al. Lack of association of

56、OPRM1 and ABCB1 single nucleotide polymorphisms to oxycodone response in postoperative pain. J Clin Pharmacol. 2012; 52:234242.14. 王中玉，张卫，阚全程，等. 阿片受体A118 G基因多态性对妇科手术患者疼痛敏感性的影响. 中华麻醉学杂志，2010；30(2):159-161.15. Ltsch J, Geisslinger G. Current evidence for a genetic modulation of the response to analges

57、ics. Pain. 2006; 121:15.16. Ltsch J, Stuck B, Hummel T. The human mu-opioid receptor gene polymorphism 118AG decreases cortical activation in response to specific nociceptive stimulation. Behav Neurosci. 2006; 120:12181224.17. Ltsch J, Skarke C, Grosch S, et al. The polymorphism A118G of the human m

58、u-opioid receptor gene decreases the pupil constrictory effect of morphine-6-glucuronide but not that of morphine. Pharmacogenetics. 2002; 12:39.18. Ltsch J, Skarke C, Wieting J, et al. Modulation of the central nervous effects of levomethadone by genetic polymorphisms potentially affecting its metabolism, distribution, and drug action. Clin Pharmacol Ther. 2006;79:7289.19. Jrn