基因多态性对先天性心脏病儿童舒芬太尼药代动力学的影响

李碧莲，王思怡，白 雪，刘 瑶，魏 伟，管宴萍，钟国平，宋兴荣

（1.广州医科大学广州市妇女儿童医疗中心麻醉科，广东广州 510120；2.中山大学药学院临床药理研究所，广东广州 510180）

舒芬太尼（sufentanil，SUF）因具有较强的镇痛效果和良好的血流动力学稳定性的特点，是目前儿童先天性心脏病手术中常用的镇痛类全身麻醉药物［1-2］。虽然SUF 的安全范围大于吗啡和芬太尼，SUF 在儿科临床使用剂量仍存在较大的个体差异［3-4］。研究发现，OPRM1的单核苷酸多态性可显著影响SUF的镇痛效果［5-6］，同时OPRM1rs1799971与小儿SUF 的临床治疗量具有相关性［7-8］。遗传因素是追踪个体差异的关键［9］，虽然SUF 已在儿童心脏手术麻醉中被广泛使用，但目前对SUF遗传药理学研究多集中在药效学的比较，对其在先天性心脏病介入治疗手术的药代动力学的影响仍缺乏相关研究。本研究将基于药代动力学和遗传药理学，结合群体药动学的建模原理，考察基因多态性对非紫绀型先天性心脏病儿童SUF 药代动力学参数的影响，最终指导儿科SUF个体化用药。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究经广州市妇女儿童医疗中心伦理委员会批准（批号2018080101），术前与患儿监护人解释研究内容、目的、意义以及可能发生的风险并签署知情同意书。选择2018～2020 年在我院诊断为非紫绀型先天性心脏病，年龄6～72 月，ASA 分级Ⅱ级并拟行心脏介入手术治疗的儿童168 例。排除标准包括：术前存在肝肾功能异常；对SUF 有过敏史；术前72 h内曾使用μ 受体激动剂或其他镇静类药物；以及服用抑制/诱导CYP450 代谢酶的药物或食物的患儿。

1.2 麻醉与临床信息收集

入组患儿均实施喉罩全身麻醉。使用丙泊酚2 mg·kg-1、SUF 0.3 μg·kg-1（商品名：人福舒芬，宜昌人福药业有限责任公司，国药准字：H20054171，规格：1 mL：50 μg）及苯磺顺阿曲库铵0.2 mg·kg-1行麻醉诱导，以丙泊酚8 mg·kg-1·h-1维持麻醉。术中使用Narcotrend ™麻 醉深度 仪（Monitor Technik，Bad Bramstedt，Germany）监测麻醉深度，并调整丙泊酚的术中用量使Narcotrend 指数维持在40～70水平。收集患儿术前身高、体质量、性别、年龄、诊断、手术史及各项基础肝肾功能指标；同时记录术前和术中血氧饱和度（SpO2）、心率（HR）、收缩压（SBP）等生命体征和术中追加药物的种类和剂量。统计HR和SBP超过对应年龄段正常值限值的20%为血流动力学不良反应。

1.3 采样方法和标本检测

采用稀释采样法收集给予SUF 后5、10、20、30、45、60、75、90 min的血液标本置于乙二胺四乙酸二钠（EDTA）抗凝管，于1 700×g离心力离心10 min后，取上层血浆和下层血细胞，分装于离心管中并保存于-80°C 冰箱。使用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）方法测定血浆样本中SUF 的血浆药物浓度［10］。提取血细胞中DNA 样本并使用NanodropTM2000c（ThermoFisher Scientific，Waltham，MA，USA）分光光度计测定DNA 纯度。本研究共考察了可能影响SUF 药代动力学和药效学的9 个基因（包括代谢酶CYP3C4、CYP2D6、NTRK1；外派转运体基因ABCB1、ABCG2；调控相关因子PXR和药物作用靶点（OPRM1、COMT、P2RX7）中的32 个单核苷酸多态性位点。基因型检测采用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）进行检测，即Agena MassARRAY®iPLEX 基因分型技术。应用SNPStats 分析网站对各单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）相关位点单倍型与药物暴露量（area under the curve，AUC0→t）、表观分布容积（apparent volume of distribution，Vd）、药物清除率（clearance rate，CL）进行单因素相关性分析。使用五种遗传模型（共显性模型、隐性模型、显性模型、附加模型及超显性模型）对基因型数据进行统计分析，并选择赤池信息量准则数值最小的模型为最优模型。

1.4 统计方法

本研究样本量采用非概率抽样方法确定。使用SPSS version 22（IBM corp.，Armonk，NY，USA）进行统计分析。计量资料以均数±标准差（±s）表示，并使用Shapiro-Wilk 检验进行正态性检验。采用Mann-Whitney U 检验评估药物浓度与遗传多态性之间的相关性。计数资料采用Pearsonχ2检验。应用Phoenix WinNonlinTM（Version 7.0，Certara L.P Pharsight，St.Louis，MO，USA）软件计算群体药代动力学参数。使用SNPStats 在线分析各基因的单倍型，并用单因素相关性分析统计基因多态性与SUF 药代动力学参数的差异。使用Haploview 4.2（Broad institute）软件确定偏离Hardy-Weinberg 平衡的偏差。在考虑共同因素的基础上，采用多元线性回归对差异有统计学意义的基因进行分析。当P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

本研究共招募非紫绀型先天性心脏病行介入手术治疗的患儿172 例，其中4 名因血液样本发生严重溶血不纳入最后统计。共168名患儿完成实验检测和统计分析，其中1例患儿因手术时间过长术中追加SUF 1.5 μg 1 次。本实验中，分别有12 例（7.1%）发生低血压，5例（3.0%）发生高血压，10例（6.0%）发生心动过缓，12 例（7.1%）发生心动过速。术中所有患儿均无发生低氧血症及严重不良事件（表1）。

表1 患者一般资料和不良反应发生率Table 1 Subjects’characteristics and adverse vents［± s，n（%）］

表1 患者一般资料和不良反应发生率Table 1 Subjects’characteristics and adverse vents［± s，n（%）］

ASD：atrial septal defect；VSD：ventricular septal defect；PDA：patent ductus arteriosus.

2.2 基因多态性对SUF药动学的相关性分析

除ABCB1rs10233247与rs4148741的总基因频率响应过低不适于纳入进行统计分析，其余30 个位点的基因型均符合Hardy-Weinberg 平衡（P＞0.05）。经过SNPStats 软件计算，发现ABCG2rs2054576 和OPRM1rs4870266 与SUF 的AUC0→t具有相关性。ABCG2rs2054576最优遗传模型为超显性模型，AG 基因型的AUC0→t显著高于AA 型与GG型（P＜0.05）。OPRM1rs4870266 最优遗传模型为隐性模型，AA 基因型的AUC0→t显著低于GG 型与AG 型（P＜0.05）。OPRM1rs2236257，rs4870266 与SUF 的Vd具有相关性。OPRM1rs2236257 最优遗传模型为隐性模型，CC基因型的Vd显著高于GG型与CG 型（P＜0.05）。OPRM1rs4870266 最优遗传模型为隐性模型，AA 基因型的Vd显著高于GG 型与AG 型（P＜0.05）。CYP3A4rs2246709，OPRM1rs2236257，rs4870266 和P2RX7rs77593826 与SUF的CL 具有相关性。CYP3A4rs2246709 最优遗传模型为隐性模型，GG型的CL显著低于AA型与AG型（P＜0.05）。OPRM1rs2236257 最优遗传模型为超显性模型，CG 型的CL 显著低于CC 型与GG 型（P＜0.05）；OPRM1rs4870266 最优遗传模型为隐性模型，AA 型的CL 显著高于GG 型和AG 型（P＜0.05）；P2RX7rs77593826 最优遗传模型为隐性模型，TT型的CL显著低于CC型和CT型（P＜0.05；表2）。

表2 基因多态性对SUF药代动力学的影响Table 2 Effect of gene polymorphism on SUF pharmacokinetic parameters ［M（P25～P75）］

续表

续表

2.3 基因多态性与SUF药代动力学参数的多重线性回归分析

将上述基因多态性对SUF 药代动力学参数影响的单因素相关性结果中P值小于0.05 的SNPs 纳入多因素分析，采用了逐步回归法评估遗传因素对SUF 药动学参数的综合影响。分别建立了关于SUF AUC0→t、Vd、CL的多重线性回归方程，三个方程最终分别纳入了ABCG2rs2054576，CYP3A4rs2246709 和OPRM1rs4870266，rs2236257 的基因多态性，能解释5.5%的AUC0→t个体差异、8.4%的Vd个体差异及6.2%的CL 个体差异（表3）。方程如下所示。

3 讨论

本研究在建立SUF药代动力学模型的基础上，探讨基因多态性对非紫绀型先天性心脏病儿童SUF 药代动力学的影响。发现基因ABCG2rs2054576 和OPRM1rs4870266 与SUF 曲线 下面 积相关；OPRM1rs2236257 与SUF 表观分布容积相关 ；CYP3A4rs2246709，OPRM1rs2236257，rs4870266 与SUF 药物清除率相关，为儿童SUF 药代动力学遗传因素的预测和精准用药方案提供了理论基础。

SUF 与其他阿片类药物相比具有更高的安全性和有效性，因此在儿科全身麻醉特别是心血管手术麻醉中被广泛应用。OPRM1 基因编码SUF 作用靶点μ-受体蛋白，能直接影响SUF 的临床疗效和副作用发生率［11-12］。前期研究发现rs1799971 的突变可导致Asp40Asn 氨基酸被取代，从而改变μ-受体亲和力和增加SUF 的消耗量［13］。De Capraris等［14-15］证明，给予相同剂量的SUF 后，OPRM1 A118G 杂合子与野生型基因多态性可影响剖腹产患者术后疼痛反应，产生不同的镇痛效果。Mamie等［7］也证明，OPRM1rs1799971 与小儿SUF 的临床治疗量具有相关性。而本研究首次发现OPRM1rs4870266，rs2236257分别与儿童SUF的AUC，Vd和CL 有关，可能是导致SUF 在儿童产生药代动力学个体差异的主要原因之一。

本研究发现ABCG2编码乳腺癌耐药蛋白的表达与p -糖蛋白功能相似，可通过限制SUF 通过血脑屏障的摄取或加强从脑部清除影响SUF 的药代动力学变化［15］。因此我们考虑本研究中ABCG2 rs2054576的杂合子AG 基因可使乳腺癌耐药蛋白活性显著降低，从而提高了SUF在大脑的摄取和降低药物的清除，最终使SUF 的AUC 升高。CYP3A4主要编码含血红素的单加氧酶，为SUF的主要代谢酶［16］。CYP3A4单核苷酸多态性可直接影响血红素的单加氧酶的活性从而影响SUF 的代谢。已证明CYP3A4*1G的基因多态性可影响肺癌切除和剖宫产手术的SUF 消耗量［17-18］。本研究中CYP3A4rs2246709 GG基因型的血浆清除率显著低于AA型与AG 型，可能与该基因的突变等位基因降低了含血红素的单加氧酶活性以及与其在中国人群中突变频率较高有关。

P2RX7基因是嘌呤能受体（P2X7）的编码基因，该基因的遗传SNPs 可影响P2X7受体蛋白的功能。研究发现，P2X7受体通过提高伤害性神经元的兴奋性，介导疼痛敏感性和影响阿片类药物的镇痛效果［19］。Ide等［20］发现芬太尼的冷痛敏感性和镇痛作用与P2RX7的SNP 和单倍型有关，P2RX7rs1718125 G＞A 的患者获得更高的疼痛视觉模拟评分。在此基础上，随后两项中国人群研究证明，P2RX7rs1718125多态性分别与肺癌和食道癌患者术后疼痛和芬太尼用量显著相关［21-22］。本研究发现，在P2RX7rs77593826 中，与TT 基因型相比，携带CC 和CT 基因型患儿的CL 较高；提示携带CC 和CT 基因型的患儿可能表现出对疼痛的敏感性更高。P2X7受体诱导阿片类镇痛作用改变的机制尚不清楚，用特异性拮抗剂或靶向小干扰RNA 阻断P2X7受体可增强慢性吗啡治疗大鼠的吗啡镇痛作用，但这些作用在未成年大鼠中并不明显［23］。因此，P2RX7rs77593826多态性介导的神经调节在本研究中并不是影响SUFCL 的显著性因素，但这些调节作用可能取决于疼痛刺激或疼痛表达的类型。

SUF 作为μ-阿片受体激动剂是全身麻醉的复合用药之一。为了减少全身麻醉复合用药对SUF的药代动力学的影响，本研究设计上避免了使用吸入性麻醉药和α2受体激动剂等与SUF 有协同效应的镇静类药物。研究证明异丙酚和苯磺顺阿曲库铵对SUF 药代动力学影响较少［24-25］，因此我们选择此两种药物作为本实验全身麻醉的复合用药。同时，虽然本实验的研究对象为三种不同的先天性心脏病，但三种先天性心脏病都属于左向右分流的非紫绀型心脏病。已有研究证明，先天性心脏病和非先天性心脏病儿童对药代动力学的影响没有显著性的差异［26］。本研究患儿虽心脏存在不同类型缺陷，但心脏功能代偿完全，因此对药代动力学影响甚微。

综上所述，在儿童非紫绀型先天性心脏病介入手术中，ABCG2rs2054576，CYP3A4rs2246709，OPRM1rs4870266，rs2236257基因多态性可显著影响SUF 药代动力学的变化。研究结果为非紫绀型先天性心脏病儿童SUF 个体化精准用药提供了理论依据，进一步优化儿童SUF 临床用药方案，以提高麻醉的安全性和降低不良反应的发生率。后续实验将针对相关差异基因开展功能性验证和机制研究。