OPRM1基因甲基化在疼痛及阿片类镇痛药物应用中的研究进展*

余智操 张 琼 王筱雯 张红梅

（空军军医大学西京医院肿瘤科，西安710032）

疼痛是晚期肿瘤病人最常见的症状之一，会显著降低肿瘤病人生活质量。因此，获得满意的镇痛治疗是癌痛病人的迫切需求。目前阿片类制剂是癌痛治疗中，应用最广泛、最重要的一线药物。但是，大量临床实践中发现，不同病人对阿片类药物的疗效反应差异很大。因此，研究影响阿片类药物疗效的机制，具有非常重要的临床意义。已有大量研究证实，遗传因素对阿片类药物疗效有重要影响，而OPRM1基因正是其中最重要的影响因素之一[1～3]。

OPRM1基因是μ阿片受体的编码基因，μ阿片受体在机体的痛觉敏感性和内源性镇痛等功能中发挥重要调节作用，亦是阿片类药物的重要作用靶点。现有研究表明，OPRM1基因甲基化与痛觉敏感、阿片类药物耐受及药物成瘾密切相关[4～6]。本文就OPRM1基因甲基化与疼痛及阿片类药物效应之间的内在关系进行综述，以期探讨影响阿片类药物镇痛效应、阿片类药物耐受及成瘾的表观遗传学机制。

一、OPRM1基因

OPRM1基因位于人类6号染色体6q24-q25位置，长度为96.31kb，包括4个外显子和3个内含子，编码μ阿片受体。阿片类受体是一类有7个跨膜结构的G蛋白偶联受体[7]，广泛分布在中枢神经系统和外周组织中，参与机体的疼痛、心血管、呼吸、内分泌及应激等功能[4～6]，尤其在调控神经系统产生镇痛效应方面有非常重要的作用。经典的阿片类受体包括μ、κ和δ阿片受体。由OPRM1基因编码的μ阿片受体(mu-opioid receptor，MOR)是大多数阿片类药物的主要作用靶点，也是发挥镇痛、耐受和依赖等效应的重要因素[1]，与阿片类药物的个体差异性、药物耐受、成瘾及疼痛敏感性密切相关[2,3]。

OPRM1基因已被证实有多个位点发生突变，其中A118G是常见的突变位点。这种突变是1号外显子的118bp位置，A突变为G。这个突变导致μ-阿片受体细胞外的N-末端第40位氨基酸由天冬酰胺变为天冬氨酸，使阿片受体丢失了一个糖基化位点，临床研究显示这一突变降低了阿片类药物的临床疗效[8,9]。多项研究证实了OPRM1 A118G与阿片类药物的镇痛效应相关[10～13]。除了OPRM1基因点突变，OPRM1基因启动子区域的甲基化状态也是调节OPRM1基因功能的重要表观遗传学机制。目前已有研究表明，OPRM1基因的甲基化水平与阿片类药物成瘾[14,15]、海洛因成瘾[16]、酒精依赖症[17]以及认知功能损害[18]有关。最新的研究还发现[19]，OPRM1启动子区域的高甲基化状态可能与阿片类药物的耐受有关。

二、DNA甲基化

DNA甲基化是表观遗传学的重要调控机制之一，它能发生在机体的各个组织器官。DNA甲基化是指在DNA甲基转移酶的作用下，将S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)上的甲基基团转移到CpG位点胞嘧啶第5位碳原子上的过程。哺乳动物的甲基化主要发生在CpG二核苷酸结构，调控DNA甲基化过程的酶主要是DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase, DMNT)， 包 括 DNMT1、DNMT3a、DNMT3b[20]。富含CpG结构的CpG岛往往位于基因的启动子区域，它的甲基化状态也具有组织特异性[21～23]。DNA甲基化是哺乳动物最重要的表观遗传调控机制之一，它能调节基因的表达并影响基因的功能。DNA启动子区域的甲基化状态通常和基因表达的活性呈现负相关关系。DNA甲基化通过干扰特异性转录因子结合或者招募转录抑制因子来调控基因的表达[24]。DNA甲基化还能抑制基因的某些重要功能，如细胞周期调控、错配修复、细胞凋亡等[25]。在机体中，DNA甲基化状态不是一成不变的，而是受遗传及内外环境影响而处于一个动态变化的过程中，从而不断调节机体的各个生命活动[26]。

三、OPRM1基因甲基化与疼痛

目前已有多项研究证实OPRM1基因与痛觉敏感性有关。例如，Peng等[27]观察了300名即将进行择期手术的肿瘤病人，检测其OPRM1 A118G突变情况，并用电刺激方法检测病人痛阈，结果发现118G等位基因的携带者痛阈明显低于118AA病人。A118G 是OPRM1基因最常见的突变，OPRM1基因的其他单核苷酸多态性也与疼痛相关[28]。除了OPRM1基因多态性，也有研究发现OPRM1基因甲基化与疼痛相关。Vidya等[29]开展了一项前瞻性观察性研究，他们观察了133名准备行脊柱融合术的特发性脊柱侧弯的青少年并检测了病人外周血白细胞DNA中OPRM1启动子区域的甲基化状态。研究者们分析了OPRM1甲基化状态与术前及术后慢性疼痛之间的关系，发现OPRM1基因启动子区域1，3，4，9，11和 17号CpG位点的甲基化状态与术前疼痛有关，而13和22号位点甲基化状态则与术后慢性疼痛相关。这种相关，可能是通过DNA甲基化对基因表达的调控来实现的。OPRM1启动子区域甲基化可能会干扰转录因子与DNA的结合，使OPRM1基因表达下调，μ阿片受体的数量减少，导致对内源性或者外源性阿片肽的反应降低，镇痛作用下降，最终导致痛阈降低，疼痛加重[30～35]。Yuan等[36]也得到类似的研究结果，他们在雄性小鼠动物模型上研究了OPRM1基因甲基化与术后切口疼痛之间的关系。作者发现切开处皮肤的全基因组DNA甲基化状态和DNA甲基转移酶3b (DNMT3b)表达量显著升高，但如果使用DNMT抑制剂5-氮杂-2-脱氧胞苷处理后，OPRM1的表达则大幅升高，同时切口伤导致的机械性疼痛得到了显著缓解；如果在切口局部注射阿片受体抑制剂纳洛酮，则会增加切口伤导致的痛觉过敏。上述结果说明，DNA甲基化与切开后痛觉敏感性相关，μ阿片受体信号通路可能是由甲基化调节的控制切开后痛觉敏感性的机制之一。

既然OPRM1基因甲基化与痛觉有关，那么去甲基化药物是否可能作为镇痛治疗的手段？Chi等[37]在小鼠模型上探究了这一想法的可能性。作者用人舌鳞状细胞癌细胞系(HSC-3)和人黑色素瘤细胞系(WM164)接种于小鼠上成瘤。小鼠分为四组，在成瘤成功后分别接受安慰剂处理、decitabine（去甲基化药物）单药处理、zebularine（去甲基化药物）单药处理以及decitabine和zebularine联合处理，测量小鼠机械性痛阈和热痛阈。结果发现随着肿瘤接种成功，小鼠痛阈逐渐下降。但接受药物处理后，相比对照组，decitabine和zebularine处理均能使痛阈升高，而且两者联合用药痛阈上升更明显，说明去甲基化药物能发挥镇痛作用。作者进一步比较了人口腔鳞状细胞癌组织、对侧正常组织和口腔发育不良组织，发现肿瘤组织中OPRM1基因启动子区域甲基化水平明显高于另外两组；在小鼠模型中，经去甲基化药物处理后，肿瘤OPRM1基因甲基化水平降低，OPRM1基因所编码的mRNA和μ阿片受体的表达量均明显升高。如果先用包含OPRM1基因的重组腺病毒转染肿瘤细胞系，再接种给小鼠，那么μ阿片受体的表达量也会增加。此时小鼠肿瘤体积并未减少，但痛觉明显减轻。但是如果给小鼠局部注射阿片受体抑制剂纳洛酮，那么这种镇痛作用就会被抑制。以上结果表明，OPRM1基因甲基化在肿瘤介导的疼痛中发挥了重要的调节作用。而去甲基化药物能够改变OPRM1基因的甲基化状态，调节OPRM1基因的表达，从而发挥镇痛作用。Linlin等[38]也发现，在神经病理性疼痛中，背根神经节阿片受体表达量的下调会降低阿片类药物的疗效，而这一作用是由于DNMT介导的DNA甲基化产生的。如果阻断由神经损伤介导的背根神经节DNMT3a增加，那么就能阻止基因启动子区域的甲基化升高，挽救OPRM1和OPRK1基因编码的μ阿片受体和κ阿片受体的mRNA和蛋白表达，从而加强吗啡的镇痛效应并抑制阿片药物的耐受。因此，以上研究结说明，去甲基化药物也有可能作为镇痛治疗的手段之一。但是，基因甲基化在机体内参与大量的生理调节活动，去甲基化药物在体内带来的影响也必然是广泛的，去甲基化药物想要真正应用于临床上的镇痛治疗恐怕还有很长的路要走。

四、OPRM1基因甲基化与阿片类药物

一些既往已有研究表明OPRM1基因甲基化与物质成瘾有关。例如，Zhang等[39]在欧洲裔美国人人群中发现，酒精依赖症病人外周血白细胞基因组中OPRM1基因启动子区域甲基化水平显著高于对照组。他们认为长期酒精暴露会引起OPRM1等多个基因的甲基化，而这些基因基因甲基化又可能进一步导致酒精滥用症[40]。除了酒精依赖，多项研究表明OPRM1基因甲基化与阿片类药物疗效、耐受和成瘾密切相关。Nielsen等[41]在高加索人群中发现，接受美沙酮维持治疗的既往海洛因成瘾病人，外周血OPRM1基因启动子区域甲基化水平明显高于对照组。后来，他们又分析不同人种中海洛因成瘾者OPRM1基因启动子区域的甲基化水平，发现甲基化状态与人种相关[42]。在高加索人群、拉美裔人群和非裔美国人人群中，海洛因成瘾者OPRM1甲基化水平均高于对照组，其中非裔美国人甲基化程度最高，并且不同的CpG位点上各个人群的甲基化水平也不一样。Vesselin等[43]比较了13名男性成瘾病人和21名健康男性的外周血和精液中OPRM1基因启动子区域28个GpG位点甲基化情况，结果发现成瘾病人外周血和精液中OPRM1基因的某些位点甲基化水平明显高于健康对照组，这说明OPRM1基因甲基化与阿片类药物成瘾相关，并且阿片成瘾的这种表型或许可以通过表观遗传学机制影响下一代。Ghasem等[15]研究了66名阿片类药物成瘾的男性病人和57名健康对照，结果显示成瘾组OPRM1基因启动子区域的甲基化程度高于对照组。作者认为甲基化水平增高可能会增加阿片成瘾的风险，OPRM1基因甲基化状态的改变可以作为潜在的诊断药物成瘾的标志物。Chi等[37]在研究了癌痛病人中阿片类药物耐受与OPRM1基因甲基化之间的关系。研究者纳入了84例癌痛病人，发现服用高剂量阿片类药物组OPRM1甲基化程度高于低剂量组，OPRM1基因甲基化与阿片类药物耐受相关。他们又接着做了动物实验，诱导了阿片类药物耐受的小鼠模型。这类小鼠模型中阿片受体的表达量降低，如果诱导阿片受体重新表达，那么就会降低疼痛敏感性并抑制耐药的发生。通过这些研究结果，作者认为OPRM1基因的甲基化导致OPRM1基因表达下调，并导致耐药发生。Alexandra等[44]也观察到类似结果，他们发现长期接受阿片类药物治疗的病人OPRM1基因甲基化程度升高。

但是上述这些研究也有不足之处。首先是样本量较小，可信度不够高；其次是这些研究大多为横断面观察性研究，只能说明OPRM1基因甲基化与阿片类药物相关，但不能揭示它们之间的因果关系；再次，很多研究也没有考虑疼痛的性质和程度。不同类型、不同程度的疼痛，所需的阿片类药物也不同。研究者在探究OPRM1基因与阿片类药物使用之间的关系时，未考虑这一因素，增加了混杂偏倚，也影响了结果的可信度。因此，OPRM1基因甲基化是否真的与阿片类药物有因果联系，以及其联系的内在机制，还需要进一步研究。事实上，目前也有研究持相反观点。Claudia等[45]虽然在细胞实验和动物实验中观察到OPRM1基因甲基化与μ阿片受体表达之间的相关性，但从阿片药物成瘾病人尸检中获取的脑组织中得到的结果却并不一致。作者发现在成瘾病人脑组织中，μ阿片受体的表达量与mRNA量密切相关，但是与OPRM1基因甲基化之间的关系并不显著。从细胞实验或动物实验上得到的结果往往并不完全适用于人体。作者的这一结果说明，OPRM1基因甲基化在机体内的调控作用可能并不完全通过调节阿片受体的表达量来实现，可能还有别的信号通路或其他机制参与其中。但是，从目前的文献分析，更多的研究结果仍然支持OPRM1基因甲基化与阿片类药物的疗效、耐受及物质成瘾密切相关[46,47]。

五、小结与展望

阿片类药物是目前中重度癌痛镇痛治疗的核心手段，也是其他慢性疼痛的重要镇痛药物。但临床应用中发现，疼痛程度相似的病人，其有效镇痛剂量差异很大，部分病人早期出现耐受和成瘾[48]，而部分病人并未出现。因此，探究疼痛发生机制、探寻影响痛觉产生和阿片类药物镇痛效应的相关因素，对实施疼痛病人个体化镇痛治疗，加强镇痛药物疗效并研发新的镇痛药物具有重要意义。OPRM1基因是其中重要一环，在镇痛过程中有重要作用。

本文对OPRM1基因甲基化与疼痛及阿片类药物镇痛效果之间的关系进行综述。现有研究表明：OPRM1基因甲基化水平增高，可能导致痛阈下降，痛觉敏感性增加，疼痛加重；长期使用阿片类药物或者阿片类药物成瘾者，OPRM1基因甲基化水平增高；OPRM1基因甲基化水平升高也有可能增加阿片类药物成瘾或耐受风险。但总体上讲，目前关于OPRM1基因甲基化的研究还极为有限，以上结论的证据强度不高。人们对OPRM1基因甲基化在人体内发挥的真正作用了解的并不全面，其调控机制也并不清楚。本研究认为，目前我们还需解决的问题包括：①各个研究样本量普遍较小，各实验室得到的结果并不一致；②由于神经组织获取较困难，大部分研究均取外周血白细胞基因组进行检测，但外周血基因组甲基化状态能否反应神经系统基因甲基化水平，目前还不得而知；③影响疼痛和阿片类药物疗效的基因不止一个，OPRM1基因仅是其中之一，但目前的研究大多聚焦在单个基因。如果从药物基因组学的角度，综合分析与之相关的多个基因，或许能得到更加满意的结果。

尽管还有许多问题尚未解决，我们还需要大量研究进一步探讨OPRM1基因甲基化的调控机制及其临床价值。但是随着研究深入，将来有望找到一个新的、有效的镇痛治疗靶点，在疼痛病人个体化镇痛治疗中发挥它独特的作用。