疼痛和基因分型解析Word下载.docx

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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μ、δ和κ。

本质地决定了机体内阿片类药物的镇痛特性[8,9]。

μ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μ1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]。

μ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μ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μ阿片类受体的基因突变位点有多个。

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β-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μ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μ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μ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μ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，结果导致μ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β-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μ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，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μ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；

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P450mRNA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，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。

3.1.1CYP2D6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，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、β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。

3.1.2CYP3A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，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1COMT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（rs2075507）,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（rs165599）。

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μ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Ⅱ（CaMKⅡ）水平明显升高。

然而，COMT功能缺失会降低额叶前皮质中CaMKⅡ的水平，同时额叶前皮质中CaMKⅣ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COMTval158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μ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β2和β3受体阻滞剂或非选择性的β受体阻滞剂普萘洛尔完全阻断，而β1受体阻滞剂、α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）高儿茶酚胺水平而引起的疼痛状态可以应用β2和β3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β2和β3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β2和β3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-bindingcassettesubfamilyBmember1,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（multidrugresistanee）基因表达。

人类