CYP3A4*1G、OPRM1 A118G基因多态性与腹腔镜结肠肿瘤根治术患者围术期芬太尼用量和VAS评分的关系分析*

曹 蕾,周 琰,黄 剑,高姚怡,李懿皞,王蓓丽,潘柏申,郭 玮

复旦大学附属中山医院:1.药剂科;2.检验科;3.麻醉科,上海 200032

外科手术期间提供有效的疼痛管理对于提高手术效果、促进患者恢复和提升患者满意度非常重要。选择合适的麻醉药物是疼痛管理的重要环节之一[1]。芬太尼因其镇痛作用强,见效时间较短,被广泛用于术中麻醉和患者自控镇痛[2]。然而,由于个体间对芬太尼的敏感性存在明显差异,基于患者身高、体质量和麻醉实施者临床经验的传统麻醉用量估算方法,容易发生麻醉不完全或者过量的现象[3-4]。

多项研究表明芬太尼应答的个体差异与人类遗传学密切相关,它的药物作用靶点以及代谢通路中关键酶的基因多态性均会对手术期间麻醉效果产生影响[5-6]。本文旨在通过筛选CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G基因多态性与芬太尼药物用量和围术期视觉模拟评分法(VAS)评分之间的关系,助力围术期精准麻醉管理,提高阿片类药物使用的安全性和有效性。

1 资料与方法

1.1一般资料 选择2018年7月至2020年12月在本院择期进行腹腔镜结肠肿瘤根治术的101例患者为研究对象,其中男58例、女43例,平均年龄(59.75±5.74)岁,平均体质量(62.41±9.03) kg,平均身高(164.63±7.66)cm。所有患者均签署知情同意书,本研究方案经本院医学伦理委员会批准(B2018-054R)。纳入标准:(1)年龄45～70岁;(2)美国麻醉医师协会(ASA)评分Ⅰ～Ⅱ级。排除标准:(1)病态肥胖[体质量指数(BMI)>30 kg/m2或极度消瘦(BMI<20 kg/m2)];(2)肝肾功能不全;(3)慢性疼痛;(4)1个月内服用过影响CYP3A4酶活性的酶诱导剂或酶抑制剂者。中途退出标准:(1)受试者要求撤回知情同意书;(2)术中改变手术方式;(3)术中出血量超过500 mL。

1.2方法

1.2.1标本采集及DNA提取 收集患者术前乙二胺四乙酸二钾(EDTA-K2)抗凝血2 mL。使用Lab-Aid 820核酸抽提Midi试剂(厦门致善生物科技股份有限公司),严格按照说明书要求抽提基因组DNA,并保存于-20 ℃低温冰箱直至检测。

1.2.2引物设计及合成 采用Oligo7软件设计PCR引物,待测引物序列详见表1,引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

表1 待测基因引物序列

1.2.3PCR扩增和Sanger测序 将热启动Taq酶-PCR反应体系 10 μL[Premix Taq@Hot Start Version,宝生物工程(大连)有限公司]、正向/反向引物各1 μL、DNA模板4 μL和去离子水4 μL,依次加入0.2 mL PCR反应管中,PCR反应总体积为20 μL,振荡混匀后瞬时离心备用。PCR反应条件:94 ℃ 5 min;94 ℃ 30 s、56 ℃ 30 s、72 ℃ 30 s,45个循环;72 ℃ 5 min;4 ℃保温,Applided Biosystems 7500 Fast Realtime PCR System[赛默飞世尔科技(中国)有限公司]扩增。PCR扩增产物纯化后,在ABI3130测序仪(美国 ABI 公司)上进行双相Sanger测序,测序试剂购于赛默飞世尔科技(中国)有限公司,测序结果用Chromas软件进行分析。

1.2.4镇痛方法及评价 患者入手术室前无任何术前用药。诱导前使用麻醉面罩充分给氧去氮,直至自主呼吸时呼气末氧浓度超过80%。使用芬太尼(3.0 μg/kg)、异丙酚(2.0 mg/kg)和顺式阿曲库铵(0.2 mg/kg)联用的静脉诱导方案;术中使用七氟醚和顺式阿曲库铵至关腹时停用。患者恢复意识后,送入麻醉后复苏观察室(PACU),使用镇痛泵自控静脉镇痛(PCIA)。

1.2.5评估指标及方法 记录芬太尼用量,包括术中用量、PACU用量、手术室用量、术后第1天PCIA用量(简称术后第1天用量)、术后第2天PCIA用量(简称术后第2天用量)和围术期用量。手术室用量是术中用量和PACU用量的总和;围术期用量是指从手术开始至术后48 h的时间内芬太尼用量总和。记录出PACU、术后24 h和术后48 h VAS评分。

主要终点指标为拔除气管导管前患者自主呼吸频率稳定在≤10次/分;次要终点指标为患者出PACU时VAS评分<4分。

2 结 果

2.1待选基因多态性分布情况 待选基因在101例入组患者中的分布情况:CYP3A4*1G GG野生型50例(49.50%)、GA杂合子38例(37.62%)、AA纯合子13例(12.88%);CYP3A5*3 AA野生型12例(11.88%)、AG杂合子44例(43.56%)、GG纯合子45例(44.56%);OPRM1 A118G AA野生型2例(1.98%)、GA杂合子14例(13.86%)、GG纯合子85例(84.16%);COMT Val158Met GG野生型53例(52.48%)、GA杂合子43 例(42.57%)、AA纯合子5例(4.95%)。

2.2等位基因频率和Hardy-Weinberg平衡检验 在入组患者中分析CYP3A4*1G、CYP3A5*3、OPRM1 A118G和COMT Val158Met等位基因频率,抽样样本符合Hardy-Weinberg平衡定律(P>0.05),见表2。

表2 101例患者的等位基因频率(%)

2.3CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G不同基因型患者芬太尼用量比较 在101例入组患者中,分析CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G不同基因型患者在术中、PACU、手术室、术后第1天、术后第2天、围术期的芬太尼用量差异。结果显示:(1)CYP3A4*1G不同基因型患者PACU芬太尼用量差异有统计学意义(P<0.05),组间两两比较显示GG基因型PACU芬太尼用量高于AA基因型和GA基因型(P<0.05),见表3。(2)OPRM1 A118G AA +GA基因型与GG基因型患者术后第2天芬太尼用量差异有统计学意义(P<0.05),AA+GA基因型患者术中、PACU、手术室、术后第1天、围术期的芬太尼用量高于GG基因型患者,但差异均无统计学意义(P>0.05),见表4。(3)CYP3A5*3不同基因型患者PACU芬太尼用量差异有统计学意义(P=0.035),组间两两比较发现GG基因型和GA基因型患者PACU芬太尼用量差异有统计学意义(P<0.05),见表5。(4)COMT Val158Met不同基因型患者在术中、PACU、手术室、术后第1天、术后第2天、围术期芬太尼用量差异均无统计学意义(P>0.05),见表6。

表3 不同时间CYP3A4*1G不同基因型患者芬太尼用量比较[M(P25,P75),μg]

表4 不同时间OPRM1 A118G不同基因型患者芬太尼用量比较[M(P25,P75),μg]

表5 不同时间CYP3A5*3不同基因型患者芬太尼用量比较[M(P25,P75),μg]

表6 不同时间COMT Val158Met不同基因型患者芬太尼用量比较[M(P25,P75),μg]

2.4出PACU时不同VAS评分患者的一般资料、芬太尼用量及不同基因分型比较 出PACU时VAS评分<4分92例,≥4分9例。术中、PACU、手术室的芬太尼用量在出PACU时VAS评分<4分与≥4分患者间比较,差异均有统计学意义(P<0.05),OPRM1 A118G GG基因型与AA+GA基因型比例在出PACU时VAS评分<4分和≥4分患者间比较,差异有统计学意义(P<0.05)。见表7。

表7 出PACU时不同VAS评分患者的一般资料、芬太尼用量及不同基因分型比较或n(%)或M(P25,P75)]

2.5出PACU时不同VAS评分与患者的一般资料、芬太尼用量及多个基因分型的相关性分析 患者出PACU时VAS评分与PACU、手术室的芬太尼用量及OPRM1 A118G基因型呈正相关(r=0.598、0.220、0.426,P<0.05),见表8。

表8 出PACU时不同VAS评分与患者的一般资料、芬太尼用量及基因型的相关性分析

2.6影响出PACU时VAS评分的多因素分析 从表8中选取P<0.05的指标进行影响出PACU时VAS评分的多因素分析。由表9可知,OPRM1 A118G基因型和PACU芬太尼用量是出PACU时VAS评分的独立影响因素(P<0.05)。在没有其他因素的影响下,携带OPRM1 A118G A等位基因的患者,VAS评分显著高于突变纯合子(GG型)。同时,PACU芬太尼的用量越高,VAS评分越高。

表9 影响出PACU时VAS评分的多因素分析

2.7CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G不同基因型与术后24 h和48 h VAS评分的相关性分析 由表10可知,CYP3A5*3 GG基因型与AA+GA基因型患者的24 h VAS评分差异有统计学意义(P<0.05)。相关性分析显示,CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G不同基因型与术后24 h、48 h VAS 评分无相关性(P>0.05),见表11。

表10 CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G不同基因型患者术后24 h和48 h VAS评分比较[n(%)]

表11 CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met、OPRM1 A118G基因型与术后24 h和48 hVAS评分的相关性分析

3 讨 论

随着基因技术的进步和麻醉药物的深入研究,越来越多的研究表明,基因多态性会导致同一种麻醉剂对不同人群和个体产生不同的影响[7]。不同人群和个体之间的基因多态性导致药物转运蛋白、靶受体和代谢酶功能的差异,从而影响麻醉药物的效果[8]。本研究选择了参与芬太尼作用和代谢机制的关键基因进行研究,从单核苷酸多态性的角度,探讨了基因型对麻醉效果的影响,试图为临床实施精确麻醉提供依据,并根据患者不同基因组的特点合理用药,以提高疗效、降低和预防药物不良反应。

本研究中101例患者待选基因(CYP3A4*1G、CYP3A5*3、COMT Val158Met和OPRM1 A118G)的等位基因频率遗传平衡吻合度检验P>0.05,说明抽样样本符合Hardy-Weinberg平衡定律,来自一个较大的、处于随机婚配平衡状态的群体,具有代表性。CYP3A5*3和COMT Val158Met等位基因频率和SNPedia数据库中的结果基本一致,OPRM1 A118G野生型等位基因A的频率显著高于高加索人群和非洲人群。OPRM1 A118G和CYP3A4*1G等位基因突变频率在不同人种中差异较大,在我国汉族人群中的报道不一。

本研究采用VAS评分评估患者手术期间的疼痛程度[9]。VAS是一种简单、有效的疼痛评估方法,可以客观、准确地评估疼痛,减少因夸大或忽视因素而导致的偏差,从而提高疼痛评估的准确性。研究表明,OPRM1 A118G不同基因型患者术后第2天的芬太尼用量有差异,A等位基因的携带者需更多芬太尼才能达到相似的麻醉效果。OPRM1 A118G基因型和PACU芬太尼用量是出PACU时VAS评分≥4分的独立影响因素,OPRM1 A118G A等位基因携带者VAS评分更高。本研究结果提示芬太尼用量和OPRM1 A118G基因型的相关性并不显著,这可能是由于研究队列的规模较小,导致结果不稳定造成的。在后续研究中,本研究团队将通过扩大研究队列来持续关注OPRM1基因对芬太尼用量的影响。

芬太尼是临床常用的阿片类镇痛药物,主要作用于 δ、κ 及 μ 3 种阿片受体。其中,μ受体是主要的阿片类受体亚型之一,是内源性和外源性阿片物质镇痛、耐受、依赖等效应的关键性靶点,由 μ 受体基因(OPRM1) 编码。A118G单核苷酸多态性是OPRM1基因最常见的突变位点。受体突变后与β-内啡肽的亲和力增强,从而影响阿片类药物的受体作用[10]。相对于突变型纯合子(GG型),携带A等位基因的患者表现出对阿片类药物反应降低,可能需要更多的阿片类药物进行镇痛。本研究中OPRM1 A118G 基因型对疼痛敏感性的影响与ZHANG等[11]的研究结果相似,A等位基因携带者对于疼痛更为敏感。但也有文献报道OPRM1 A118G 基因型对疼痛敏感性几乎没有影响[12]。

另一个与阿片类药物有关的指标是人体肝脏内含量丰富的细胞色素P450酶(CYP450),有研究报道CYP3A4、CYP3A5基因多态性在一些阿片类药物的代谢方面发挥重要作用。CYP450主要存在于肝脏微粒体中,它是由一组结构和作用相似的同工酶组成的B族细胞色素酶系。CYP3A4是CYP基因家族最重要的成员之一,在芬太尼代谢中发挥了重要作用,其编码序列发生单核苷酸多态性会改变酶的活性,从而影响芬太尼在肝脏中的烷基化过程[13]。携带CYP3A4*1G的受试者血药浓度增加,麻醉效果增强,镇痛维持时间更久。因此,CYP3A4酶活性和芬太尼代谢显著相关,不同基因型受试者芬太尼用量存在明显差异[14]。本研究在基因型和芬太尼用量关系的分析中也发现携带CYP3A4*1G野生型的患者,相比携带突变基因的患者疼痛敏感度升高,在PACU的疼痛管理中,需消耗更多的芬太尼才能获得相同的麻醉效果。本研究与ZHANG等[15]的报道是一致的,携带CYP3A4*1G基因的患者术后芬太尼用量较少,这可能是由于CYP3A4*1G第82266位的2个等位基因碱基突变导致CYP3A4编码蛋白的代谢活性降低,从而使芬太尼镇痛效应增强。

有文献报道CYP3A5酶参与芬太尼代谢,影响芬太尼通过肾脏代谢的速率[16]。CYP3A5*3是最常见的突变类型,基因突变后会导致编码的蛋白活性发生10～40倍的差异。本研究仅发现在PACU芬太尼用量中,GG基因型患者用量高于GA基因型,可能和CYP3A5参与了芬太尼代谢有关。但是,张卫等[17]在2009年的一项研究中报道CYP3A5*3基因多态性不是芬太尼静脉镇痛效应个体差异的遗传因素。目前关于CYP3A5影响芬太尼代谢的观点仍有争议。

本研究的局限性在于待选基因尚不全面,ABCB1 C3435T等基因多态性与芬太尼用量和麻醉耐受性有关[18]。此外,由于研究队列的规模有限,本研究无法创建独立的验证集,还需在未来更大样本量的队列中作进一步的研究。术后并发症也与疼痛管理密切相关[19]。BOSTRÖM等[20]的研究揭示吻合口瘘是PACU患者疼痛增加的独立影响因素。本研究仅关注短期预后,术后随访仅限于48 h;吻合口瘘、TNM分期、转移和复发等长期因素未纳入患者的基本特征进行分析。这些局限性在一定程度上削弱了本文的临床价值和适用性。在未来的研究中,笔者将重点关注术后疼痛程度与更多临床参数、并发症以及不良反应发生率之间的相关性。

综上所述,本研究发现,CYP3A4*1G、CYP3A5*3、OPRM1 A118G基因型与芬太尼用量存在一定关系。OPRM1 A118G基因型是出PACU时VAS评分的独立影响因素。术后24 h和48 h VAS评分与CYP3A4*1G、CYP3A5*3、OPRM1 A118G基因型无相关性。术前检测麻醉药物代谢或效应相关基因型可为临床推进精准化的麻醉管理提供实验室支持。