呋喃芬太尼与芬太尼的镇痛效应比较研究＊

2020-08-10李香豫陈园园李锋邱毅沈昊伟王优美徐鹏

中国药物滥用防治杂志 2020年4期

李香豫，陈园园，李锋，邱毅，沈昊伟，王优美，**，徐鹏，**

（1.毒品监测管控与禁毒关键技术公安部重点实验室，公安部禁毒情报技术中心，北京 100193； 2.中国药科大学，南京 210009； 3.北京大学中国药物依赖性研究所，北京 100191； 4.宁波大学医学院药理学系，宁波 315211）

芬太尼类物质是一类对阿片受体具有极高亲和力的物质，其中作为临床用药的芬太尼的镇痛作用可达吗啡的100 倍左右，并且因其起效迅速、持续时间短、术后恢复快的优点，作为强效麻醉性镇痛药在外科手术中广泛应用[1-3]。最近20 年，由于这类物质的易成瘾性和阿片类物质滥用日趋严重，陆续有上百种与芬太尼化学结构相似的类似物被制造出来。呋喃芬太尼就是其中的一种，其与芬太尼化学结构的主要不同之处就在于芬太尼丙酰基中的乙基被呋喃-2-基所取代（图1）。

图1 两种物质的化学结构

呋喃芬太尼第一次被报道是1986 年发表的一份专利申请中，随后该物质被广泛滥用，美国缉毒署的数据显示2016 年缴获和检测的合成阿片类物质中24%为呋喃芬太尼，仅次于芬太尼50%的检出率；且2016 年有128 例意外死亡与呋喃芬太尼有关[4]。鉴于呋喃芬太尼的严重危害性，美国于2016 年将其列为临时表Ⅰ类管制，联合国于2017年将其列入《1961年麻醉品单一公约》Ⅰ类管制，我国在2017 年3 月将其列入《非药用类麻醉药品和精神药品管制品种增补目录》中进行管制[4]。为了解呋喃芬太尼潜在的临床应用价值，本研究通过小鼠热板法，对呋喃芬太尼与芬太尼的镇痛效应进行了比较研究。

1 材料与方法

1.1 药品、试剂与仪器

呋喃芬太尼由上海市刑事科学技术研究院提供，纯度＞98%。阳性对照给予芬太尼，由上海市刑事科学技术研究院提供，纯度＞98%，所有药物均采用枸橼酸缓冲液溶解，实验前新鲜配制。阴性对照组给予枸橼酸缓冲液。冷热板测痛仪（型号ZS-YLS-21A，北京众实迪创科技发展有限责任公司）。

1.2 实验动物

健康SPF 级ICR 雌性小鼠，体重（20±2）g，购自斯贝福（北京）生物技术有限公司。实验开始前，动物在动物房至少适应环境1～2 天，食水不限，实验小鼠接受的所有操作均符合实验动物伦理学，遵循国家动物使用和保护委员会颁布的条例。

1.3 动物分组及给药

将初筛合格的实验小鼠按体重随机分为3 大组：阴性对照组（枸橼酸缓冲液）、芬太尼不同剂量组（分别为0.02 mg/kg，0.04 mg/kg，0.08 mg/kg， 0.16 mg/kg，0.32 mg/kg）和呋喃芬太尼不同给药剂量组（分别为0.03 mg/kg，0.06 mg/kg，0.12 mg/kg， 0.24 mg/kg，0.48 mg/kg）。各剂量组小鼠为8～11 只，皮下注射，固定体积给药。

1.4 实验方法

热板法镇痛试验温度设为（55±0.5）℃，以舔后足为痛觉指标，筛选舔后足反应在5～30 秒之间的小鼠为实验小鼠[5]。取给药前2 次痛阈（间隔15 分钟）的平均值作为小鼠基础痛阈，然后随机分成阴性对照组、芬太尼组及呋喃芬太尼组，均为皮下注射给药。各剂量组分别在给药后5 分钟、20 分钟、40 分钟、60 分钟各测痛阈值1 次，并记录痛阈值。实验截止时间设置为60 秒，超过60 秒不舔足的小鼠应立即取出来，痛阈值按60 秒计算。按照如下公式计算最大镇痛百分率（MPE%）：MPE%=[（给药后痛阈-给药前痛阈）/（60-给药前痛阈）]×100%。

1.5 数据处理

将实验数据输入GraphPad Prism8 中计算得出半数有效量ED50和95%可信区间。所有实验数据均以表示，统计学处理采用GraphPad Prism8 软件进行统计分析，采用单因素或者双因素方差分析（one-way or two-way ANOVA）和Bonferroni Post Hoc 检验进行统计，以P＜0.05 为有统计学意义。

2 结果

2.1 镇痛效应曲线

我们分别测试了芬太尼与呋喃芬太尼对小鼠热板镇痛效应的影响。重复测量的双因素分析显示芬太尼给药时间[F(2.792, 120.1) =41.05,P＜0.000 1]、药物剂量[F(5, 43) =34.14,P＜0.000 1]、给药时间与药物剂量的交互作用[F(20, 172) =12.15,P＜0.000 1]均对小鼠的热板镇痛效应有显著性的影响。Bonferroni Post Hoc检验显示，给药5 分钟后，实验剂量组0.08 mg/kg、 0.16 mg/kg 和0.32 mg/kg 的痛阈值与各组基础痛阈值相比较，均能显著性增加小鼠的热板痛阈值，且分别达到各组剂量的最大痛阈值（图2A）。其中，0.08 mg/kg 的芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间极短，不到20 分钟，0.16 mg/kg 的芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间可超过20 分钟，但不到40 分钟，0.32 mg/kg 的芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间则可超过40 分钟，但低于60 分钟。阴性对照组小鼠的痛阈值给药前后与基础痛阈值相比较则无显著性差异（P＞0.05）。值得注意的是，0.02 mg/kg 的芬太尼在给药20 分钟后能显著降低小鼠的热板痛阈值，但是持续时间极短，在40 分钟时其痛阈值已恢复至基础痛阈值水平（图2A）。

呋喃芬太尼给药时间[F(3.179, 152.6) =100.7,P＜0.000 1]、药物剂量[F(5, 48)=23.15,P＜0.000 1]、给药时间与药物剂量的交互作用[F(20, 192) =16.46,P＜0.000 1]均对小鼠的热板镇痛效应有显著性的影响。Bonferroni Post Hoc 检验显示，给药5 分钟后，实验剂量0.06 mg/kg、0.12 mg/kg、0.24 mg/kg 和0.48 mg/kg均能显著性增加小鼠的热板痛阈值，且达到各组剂量的最大痛阈值。但0.06 mg/kg，0.12 mg/kg 和0.24 mg/kg 的呋喃芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间极短，均不到20 分钟，而0.48 mg/kg 的呋喃芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间则可超过20 分钟，但低于40 分钟。阴性对照组小鼠的痛阈值给药前后与基础痛阈值相比较则无显著性差异（P＞0.05）。同样值得注意的是，0.03 mg/kg 的呋喃芬太尼在给药20 分钟后也能显著降低小鼠的热板痛阈值，但是持续时间较短，在60 分钟时其痛阈值已恢复至基础痛阈值水平（图2B）。

图2 芬太尼（A）和呋喃芬太尼（B）的镇痛效应曲线

2.2 镇痛效应的半数有效量（median effective dose, ED50）

芬太尼和呋喃芬太尼热板镇痛效应曲线显示不同剂量的芬太尼和呋喃芬太尼均在5 分钟时对小鼠产生了最大镇痛效应，达到了各组剂量的最大痛阈值。根据不同剂量的芬太尼与呋喃芬太尼在给药5 分钟时的最大镇痛百分率（%MPE），作出给药剂量对数值与最大镇痛百分率（%MPE）之间的关系曲线并分别计算出两种化合物的半数有效量ED50和95%可信区间（图3）。重复测量的单因素方差分析显示芬太尼的不同剂量对小鼠在5 分钟时产生的最大镇痛效应有显著性的影响 [F(5, 43) =42.51,P＜0.000 1]。Bonferroni Post Hoc 检验显示，与阴性对照组相比较，芬太尼在0.08～0.32 mg/kg 之间的剂量组均能引起小鼠在5 分钟时的最大镇痛效应发生显著性升高，其中，剂量0.16 mg/kg 与0.08 mg/kg 相比较，镇痛效应有显著性差异（P＜0.001），而该剂量与0.32 mg/kg 相比较，镇痛效应则无显著性差异（P＞0.05），提示剂量为0.16 mg/kg 时可达到最大镇痛阈值（图3A）。芬太尼的给药剂量对数值与最大镇痛百分率（%MPE）之间的关系曲线呈现出了较为典型的S 型。经计算，芬太尼的小鼠热板镇痛效应的ED50为0.08 mg/kg，其95%可信区间为0.05～0.11 mg/kg （图3B）。

图3 芬太尼和呋喃芬太尼在给药5 分钟后的镇痛效应

呋喃芬太尼的不同剂量对小鼠在5 分钟时产生的最大镇痛效应也有显著性的影响[F(5, 48) =39.01,P＜0.000 1]。Bonferroni Post Hoc 检验显示，与阴性对照组相比较，呋喃芬太尼在0.06～0.48 mg/kg 之间的剂量组均能引起小鼠在5 分钟时的最大镇痛效应发生显著性升高，其中，剂量0.24 mg/kg 与0.12 mg/kg 相比较，镇痛效应有显著性差异（P＜0.001），而该剂量与0.48 mg/kg 相比较，镇痛效应则无显著性差异（P＞0.05），提示剂量为 0.24 mg/kg 时可达到最大镇痛阈值（图3C）。呋喃芬太尼的给药剂量对数值与最大镇痛百分率（%MPE）之间的关系曲线也呈现出了较为典型的S 形。经计算，呋喃芬太尼的小鼠热板镇痛效应的ED50为0.13 mg/kg，其95%可信区间为（0.01～0.18）mg/kg（图3D）。

3 讨论

3.1 镇痛效应比较

热板镇痛试验能直观反映动物接受疼痛的强度，被广泛用于啮齿动物的痛阈值测定。ED50 是指产生50%最大效应的药物剂量，位于药物量效反应曲线的中点，能够灵敏地反映不同药物剂量-效应之间的变化情况，是反映药物量效关系的重要指标之一。

芬太尼是临床广泛使用的一种镇痛药，对其镇痛效应研究较多[1-2]。呋喃芬太尼是芬太尼的一种结构类似物，多以策划药的形式进行贩卖，目前对其镇痛效应的研究较少，仅有1 篇专利申请报道采用小鼠尾静脉注射给药通过热板试验测得呋喃芬太尼的ED50为 0.02 mg/kg[4]。本实验采用小鼠热板法通过皮下注射给药研究呋喃芬太尼的镇痛效应并与芬太尼进行比较，结果显示，呋喃芬太尼与芬太尼一样，均可剂量依赖性对小鼠产生明显镇痛作用。但与芬太尼相比较，呋喃芬太尼热板镇痛效应曲线右移；芬太尼镇痛效应的ED50为0.08 mg/kg，呋喃芬太尼的ED50为0.13 mg/kg，为芬太尼镇痛效价的0.62 倍。此外，芬太尼给药剂量为0.32 mg/kg 时的最大镇痛百分率可达到100%，镇痛时效至少可以维持40 分钟，而呋喃芬太尼给药剂量为 0.48 mg/kg 时的最大镇痛百分率才达到100%，镇痛时效最多只能维持20 分钟。说明呋喃芬太尼的镇痛作用强度和持续时间均弱于芬太尼。提示为达到相同的镇痛效应，呋喃芬太尼的用量将是芬太尼的1.63 倍，也间接部分说明了呋喃芬太尼的滥用量增加以及与呋喃芬太尼有关的意外死亡原因。有文献报道在[35S]GTPγ 功能分析实验中呋喃芬太尼对μ 受体的EC50为（2.52±0.46）nmol/L，低于芬太尼的（17.9±4.3）nmol/L，提示相比芬太尼，呋喃芬太尼对μ 受体有更高的亲和力[4]。影响药物镇痛效应的除了与阿片受体亲和力大小有关外，还与受体配体结合/解离速率常数有关[6]，为了更加全面客观的评估呋喃芬太尼与芬太尼的镇痛效应，还需要结合亲和力大小、受体结合/解离速率以及脂溶性等多种数据进行综合判断与评估。

3.2 痛觉过敏现象

阿片类药物除了具有明显的镇痛作用之外，在特定剂量和时间内还可导致外周和中枢神经系统伤害性刺激感受通路敏化，从而使机体对疼痛的敏感性增高，即阿片类药物诱导的痛觉过敏（opioid-induced hyperalgesia, OIH）。OIH 作用机制尚未明确，目前研究发现主要与神经元NMDA 受体、内源性神经肽等有关[7-8]。目前临床使用的阿片类物质如芬太尼、瑞芬太尼、吗啡等均可以引起痛觉过敏[1，9-10]，但呋喃芬太尼是否引起痛觉过敏目前还没有公开报道。曾有报道提示动物热痛敏的产生与给药时间有一定关系，且热痛敏阳性多是长时间反复注射阿片类药物所致，短时间或单次给药的动物仅显示机械痛敏而未出现热痛敏[11]。但也有文献报道低于 1 mg/kg 的吗啡可以在啮齿动物上诱发急性痛觉过敏[12]。Amanda 等[7]研究发现芬太尼急性（0.25 mg/kg）和慢性（持续输注，累积每日剂量10 mg/kg）给药均可引起小鼠痛觉过敏，且与阿片受体活性无关。

值得注意的是，我们的实验结果显示低剂量的芬太尼（0.02 mg/kg）与呋喃芬太尼（0.03 mg/kg）单次给药均可引起小鼠痛阈值的显著降低，能诱发急性痛觉过敏现象，且呋喃芬太尼诱发痛觉过敏的时间较芬太尼更长。高剂量的芬太尼与呋喃芬太尼则主要产生镇痛作用，不能诱发小鼠痛觉过敏。芬太尼与呋喃芬太尼低剂量单次给药引起的小鼠急性OIH 的发生机制尚不清楚，可能涉及受体、离子通道、信号通路和细胞因子等多方面。

关于阿片类物质引起急性痛觉过敏的报道较少，我们的研究结果首次发现低剂量单次给药的呋喃芬太尼和芬太尼可以诱发小鼠短时间的痛觉过敏，但诱导痛觉过敏的规律和具体作用机制还需要进一步研究。