ABCB1基因多态性对阿片类药物依赖和镇痛耐受的影响及机制

甘陈灵，陈中国，何 玲，刘景根

(1.中国药科大学药理学教研室，江苏南京 210009;2.中国科学院上海药物研究所新药研究国家重点实验室，上海 201203)

药物依赖是当今人类面临的主要挑战之一，它不仅严重损害人类的身心健康，而且透支家庭经济，严重扰乱了经济和社会秩序。药物依赖是一种顽固、复发性脑病，遗传、心理以及环境等多种因素可以影响其形成和发展［1］。最近的研究表明，ABCB1基因多态性与药物依赖密切相关［2］。

1 ABCB1基因和P-糖蛋白

ATP结合盒B亚家族成员1转运蛋白(ATP-binding cassette subfamily B member 1 transporter，ABCB1)基因位于人类7号染色体q21.1，包含28个外显子，片段大小在49～209个碱基对之间，转录得到的mRNA大小为4.5kb［3］。P-糖蛋白(P-glycoprotein，P-gp)又称多药耐药性蛋白1(multidrug resistance protein 1，MDR1)，是ABCB1/MDR1基因编码的产物，分子质量约为170 ku，由两个同源单体组成，每个部分包含6个跨膜区(疏水区)以及1个ATP结合位点(亲水区)，其结构类似于通道蛋白。P-gp在生物体内最早发现于具有分泌功能的上皮细胞，包括结肠、小肠、胰腺、胆管、肾近端小管以及肾上腺等［4］，并且在脑微血管内皮细胞高度表达［5］。

关于P-gp转运药物的确切分子机制至今尚未阐明，目前存在两种比较流行的假说，即“翻转酶模型”和“疏水性真空清除模型”［6］。在“翻转酶模型”中，P-gp通过翻转作用将底物从脂质双分子层的内层转移至胞外侧磷脂分子层，底物再通过扩散作用到达细胞外液;而“疏水性真空清除模型”认为P-gp可以“抽吸”镶嵌在脂质双分子层内层中的亲脂性物质，直接泵入浆膜外侧的亲水性介质中。目前的实验尚不能区分这2种模式。

在正常的生理条件下，P-gp作为ATP供能的药物外排泵，影响体内多种药物的吸收和分布，包括阿片类药物以及抗肿瘤药、免疫抑制剂、糖皮质激素等。1993年，Callaghan等［7］利用放射性同位素示踪法首次在体外细胞实验中证明吗啡是P-gp的底物。随后Schinkel等［8］利用相似的方法对比mdr1a(-/-)小鼠和mdr1a(+/+)小鼠脑内吗啡浓度，证明吗啡在体内是P-gp底物。Xie等［9］利用微透析技术，同样证明吗啡在血脑屏障上是通过P-gp转运的。Reid等［10］的研究发现，腹腔先后注射大麻二酚(一种没有精神活性的P-gp抑制剂)和四氢大麻酚(tetrahydrocannabinol，THC)的小鼠脑内THC的含量比单纯给予THC小鼠明显增高，提示THC在脑内可能是通过 P-gp转运的。Bonhomme等［11］通过对比mdr1a(-/-)小鼠和mdr1a(+/+)小鼠THC口服生物利用度以及血浆浓度，证实THC的确为P-gp底物。Mercer等［12］总结到，不仅吗啡是P-gp的底物，临床上常用的阿片类镇痛剂如美沙酮、派替啶、洛哌丁胺等也是P-gp的底物。

2 ABCB1基因多态性和阿片类药物镇痛耐受及依赖

2.1 ABCB1基因多态性 多态性(polymorphism)是指在一个生物群体中，同时和经常存在两种或多种不连续的变异型或基因型(genotype)或等位基因(allele)，亦称遗传多态性(genetic polymorphism)或基因多态性［13］。基因多态性通常分为3大类:DNA片段长度多态性、DNA重复序列多态性以及单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)。对ABCB1基因多态性的研究最早开始于80年代［14-15］。2000年，Hoffmeyer等［16］采用DNA全测序技术分析了高加索人的ABCB1基因，发现了15个SNPs。到目前为止，总共发现近50个ABCB1基因的SNPs，其中以1236C＞T，2677G＞T/A和3435C＞T在人群中最为常见。3435C＞T和1236C＞T是同义突变，不会引起编码氨基酸序列的改变;而2677G＞T/A是非同义突变，其多态性可导致Ala893Ser/Thr的氨基酸互换。在ABCB1基因所有 SNPs中，位于26号外显子区的3435C＞T引起了研究人员的广泛关注。在大陆人群中，3435C ＞T 突变频率为 37.9%［17］。李艳红等［18］采用PCR-RFLP方法确定了ABCB1基因中功能性 SNP位点3435C＞T的分布特征，其中基因型分布为:CC 32%(n=85)，CT 48%(n=127)，TT 20%(n=53)。近年来研究表明，3435C＞T与多种疾病密切相关，如难治性癫痫、肺癌、阿片镇痛耐受以及依赖等。

2.2 ABCB1基因多态性与阿片类药物镇痛耐受 阿片类药物主要用于中、重度疼痛治疗，阿片耐受和依赖极大地制约了阿片类药物的临床应用。阿片类药物镇痛耐受是常见的临床现象，表现为长期给予阿片类药物镇痛后，镇痛效果变差或者耐受的器官对药物不敏感，必须加大剂量才能保持同等程度的镇痛效果。最新的研究表明，ABCB1基因多态性与阿片类药物镇痛耐受密切相关。1999年，Aquilante等［19］发现，长期给予吗啡后，大鼠脑内P-gp表达增加，镇痛效果降低，提示P-gp可能参与吗啡镇痛耐受。Liang等［20］通过比较小鼠吗啡镇痛作用的ED50值，发现FVB Abcb1a/1b WT小鼠和KO小鼠连续4 d给予吗啡后，KO小鼠d4的ED50值与d1相比的变化幅度小于WT小鼠;同样的，给予P-gp抑制剂环孢素A的C57BL/6小鼠的ED50值变化幅度也小于对照组小鼠，提示ABCB1基因缺失或P-gp功能受到抑制后，药物的镇痛作用不易产生耐受。Gong等［21］通过对112位汉族癌痛患者的阿片类药物需求量调查分析，发现3435TT纯合子个体相比表型为CC/CT的个体，24 h阿片类药物用量(校正面积加权值)明显降低，提示ABCB1基因多态性与阿片类药物的镇痛耐受密切相关。

2.3 ABCB1基因多态性与药物依赖 药物依赖性是指药物与机体长期相互作用，使机体在生理机能、生化过程和(或)形态学发生特异性、代偿性和适应性改变的特性，停止用药可导致机体的不适和(或)心理上的渴求［22］。最近的研究表明，ABCB1基因多态性与药物依赖密切相关。2006年，Liang等［20］通过纳洛酮催促戒断实验证明FVB Abcb1a/1b KO小鼠躯体依赖性相比FVB WT小鼠明显降低，同时给予P-gp抑制剂环孢霉素A的C57BL/6小鼠的躯体依赖性相比对照组小鼠也明显降低，提示ABCB1基因可能参与小鼠躯体依赖。Benyamina等［23］对40例健康志愿者以及40例大麻依赖患者进行了开放性、双中心相关性研究，采用多因素logistic回归分析评估3435C＞T与大麻依赖的相关性。结果显示，与健康志愿者相比，大麻依赖患者3435C等位基因的频率更高，并且CC基因型的频率更高，提示3435C＞T对于大麻依赖是一个重要并且独立的遗传标记位点。Beer等［24］对142位健康的志愿者和142位阿片依赖患者进行了候选基因关联分析(14个候选基因，24个SNPs)，发现阿片依赖患者中3435CT基因型频率更高，而CC基因型的频率相对较低，提示3435C＞T可能是参与阿片依赖重要的遗传因素。Isaza等［2］利用类似的方法对120位非依赖患者和120位依赖患者进行调查分析，调查表明基因型3435CC与海洛因或者可卡因依赖行为密切相关。越来越多证据表明，ABCB1基因多态性可能参与药物依赖，但其确切机制至今尚未阐明。

2.4 ABCB1基因多态性与美沙酮脱毒治疗 截止目前，常见的脱毒疗法主要有药物脱毒法、物理脱毒法和自然脱毒法。美沙酮维持治疗(methadone maintenance treatment，MMT)是经典的药物脱毒法。美沙酮是典型的μ受体激动剂，能控制阿片类药物的戒断症状，而且其本身不易产生耐受性和依赖性，临床上广泛应用于阿片类药物依赖患者的脱毒治疗。研究发现，美沙酮既是P-gp底物，同时也是P-gp的抑制剂［25-26］，ABCB1基因多态性可能会影响美沙酮的治疗效果。Levran等［27］通过对98位美沙酮维持治疗的海洛因依赖患者的研究发现，ABCB1基因多态性影响美沙酮的治疗剂量，由3个 SNP位点(1236C＞T，2677G＞T/A/C，以及3435C＞T)组成的特定基因型组合“TT-TT-TT”的个体对美沙酮有更高的剂量要求。然而，Crettol等［28］研究发现，3435C＞T、61A＞G以及2677G＞T对血浆中美沙酮的谷浓度有影响，但不影响峰浓度，即与美沙酮的疗效无关。Fonseca等［29］随后的调查直接指出，ABCB1基因多态性与美沙酮的血药浓度以及日需求量并无相关性。目前，对ABCB1基因多态性与美沙酮治疗效果相关性的研究结论存在分歧，需要进一步研究，获得确定的结果，以根据患者的基因型设计最优的给药方案，将不良反应降至最低。

3 ABCB1基因多态性与药物依赖及镇痛耐受的相关机制

已有研究证实，多种依赖药物在脑内是通过P-gp转运的［9-10，12］。P-gp的表达变化将直接影响成瘾药物在脑内的药动学参数，参与药物依赖及镇痛耐受过程。一方面，Benyaminaren等［23］研究认为，这种药动学的改变促使大麻迅速从脑内外排至血液中，模拟短半衰期滥用药物如尼古丁以及海洛因在脑内的消除过程，相同剂量的药物不能产生欣快感或者引起的欣快感程度较低，导致戒断症状提前出现，因此，大麻依赖患者必须加大滥用药物的剂量才能避免戒断症状带来的负性情绪体验。另一方面，Aquilante等［19］认为P-gp表达上调，导致脑内底物加速外排，使作用于中枢阿片受体的药物减少，药效降低，是镇痛耐受的原因之一。Liang等［20］研究表明，P-gp在吗啡镇痛耐受及躯体依赖等过程发挥重要作用。总之，阿片类药物依赖及镇痛耐受都与P-gp的表达增加密切相关。

依赖药物的诱导作用以及ABCB1基因多态性都可以导致P-gp表达增加。研究发现，吗啡耐受大鼠血脑屏障上P-gp表达与正常对照组相比增加两倍以上［30］。苏健等［31］研究发现，临床浓度的吗啡即可诱导小鼠脑微血管内皮细胞P-gp表达上调。Hoffimeyer等［16］首次报道了ABCB1基因多态性影响P-gp的蛋白表达水平，其研究表明3435C＞T和人十二指肠P-gp的低表达密切相关，3435CC基因型个体十二指肠中P-gp的表达水平较3435TT基因型个体增高两倍以上。ABCB1基因多态性对P-gp表达的影响可能存在多种机制，目前尚且存在争议。Mosyagin等［32］报道了3435C＞T对难治性癫痫病人的脑组织的mRNA及P-gp表达的影响，发现基因型为3435CC的个体脑组织的mRNA明显高于3435CT杂合子个体，而在蛋白质水平上二者没有差异。Wang等［33］研究认为，3435C＞T可以影响mRNA的稳定性，但该研究并未涉及P-gp蛋白表达变化。Kim等［34］认为，虽然3435C＞T不能改变编码氨基酸的序列，但其可以通过改变密码子的选择和使用，进而影响蛋白质折叠过程，最终导致P-gp局部结构变化，进而影响其对各底物的亲和力。Tang等［35］认为，临近位点SNP间的连锁作用可能影响 P-gp的功能和表达，3435C＞T可能与其他的SNPs，如位于21号外显子的G2677T＞A和12号外显子的1236C＞T在一定人群中存在连锁不平衡有关。但Mai等［36］认为，非同义突变G2677T＞A对P-gp表达和功能没有影响;而1236C＞T本身也是一个同义突变，并不改变编码氨基酸的序列，因而，连锁不平衡假说不能完全解释3435C＞T对P-gp表型的影响，可能还有其他因素共同作用。最近的研究表明，ABCB1基因的表观遗传学变化可能与P-gp表达变化有关。徐萍［37］的研究表明，3435C＞T位点不同基因型中ABCB1启动子区域甲基化程度有明显差异:3435TT型个体甲基化水平最高，而3435CC型个体最低。ABCB1基因启动子区DNA甲基化程度升高，会与甲基CpG结合蛋白2(methyl-CpG-binding-protein-2，MeCP2)结合［38］，抑制 P-gp mRNA 的转录，导致 P-gp表达降低［39］。

4 结语

ABCB1基因多态性与药物依赖的相关性研究表明，ABCB1基因多态性可能影响了阿片类药物的依赖性及镇痛耐受，为探寻药物依赖相关的遗传因素提供了重要的证据，为药物依赖的基因治疗提供了理论依据。随着对药物依赖发病机制的深入研究，未来将在基因水平对药物依赖的发病机制和治疗有更为深入的认识，为药物依赖治疗开辟新的道路。

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