卡芬太尼的镇痛效应研究＊

魏佳韵，李锋，李楠，陈园园，李香豫，沈昊伟，王优美，3，徐鹏，3**，狄斌**

（1.中国药科大学，江苏 南京 210009；2.国家禁毒委员会办公室-中国药科大学禁毒关键技术联合实验室，北京 100193；3.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；4.宁波大学医学院，浙江 宁波 315211）

阿片类药物是临床上广泛使用的麻醉性镇痛药，近年来芬太尼类药物逐步替代吗啡作为临床常用的麻醉诱导与镇痛药，而吗啡目前则主要用于其他镇痛药无效的急性锐痛，如严重创伤、癌痛等[1]。由于芬太尼类物质具有强效镇痛和致成瘾性作用，因此这类物质越来越多地参与了阿片类物质滥用导致的死亡[2]。卡芬太尼是最受关注的芬太尼类似物之一，其是由Van Bever WF 等[3]人首次合成，并在1976 年进行了报道。卡芬太尼是在芬太尼哌啶环的4 位碳上进行羧基化[4-5]，据报道，卡芬太尼是2016～2017 年美国10 个州阿片类药物过量死亡中最常见的芬太尼类似物[6]。卡芬太尼作为一种极强效的麻醉镇痛类物质，目前还没有被批准用于临床治疗，只作为商用兽药（Wildnil®），通常以5～20 μg/kg 的剂量用于固定和捕获非洲象等大型动物[7-8]。为了解卡芬太尼的镇痛效应及潜在的临床应用价值，本研究拟通过小鼠热板法，以临床常用阿片类镇痛药吗啡为阳性对照，对卡芬太尼的镇痛效应进行研究。

1 材料与方法

1.1 实验动物

SPF 级ICR 雌性小鼠，体质量18～22 g，由斯贝福（北京）生物技术有限公司提供，许可证号：SCXK（京）2019-0010。实验开始前，动物在动物房至少适应环境1～2 d，饲料与清洁水可自由摄取。对实验动物进行的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。

1.2 实验药品

卡芬太尼盐酸盐由中科院上海有机化学研究所提供，吗啡碱由公安部禁毒局国家毒品实验室提供，纯度均≥98%。卡芬太尼盐酸盐采用0.9%的生理盐水溶解，吗啡碱采用枸橼酸缓冲液溶解。阴性对照组给予0.9%的生理盐水或枸橼酸缓冲液。

1.3 主要仪器

ZS-YLS-21A 型冷热板测痛仪，购自北京众实迪创科技发展有限责任公司。

1.4 动物筛选

先用热板仪对小鼠进行筛选，热板温度调节至（55±0.5） ℃，以舔后足为痛觉指标，将小鼠置于热板上，选择从放在热板上到出现舔后足的反应时间（即痛阈值）在5～30 s 之间的小鼠。测试小鼠在给药前的2 次痛阈（间隔15 min），取其平均值作为基础痛阈。

1.5 分组及给药

将筛出的小鼠随机分为四大组：卡芬太尼的阴性对照组（给予0.9%生理盐水），吗啡的阴性对照组（给予枸橼酸缓冲液），卡芬太尼不同给药剂量组（分别给予1、2、4 及8 μg/kg 不同剂量）及吗啡不同给药剂量组（分别给予2、4、6 及8 mg/kg 的不同剂量）。各剂量组小鼠数量为8～10 只，给药方式均为皮下注射，固定体积给药。各剂量组小鼠分别在给药后的5、20、40、60 min进行一次痛阈值的测定，并做好记录。设置实验截止时间为60 s，若小鼠超过60 s 仍不舔足，应当立即取出以防止烫伤，且痛阈值按60 s 计算。最大镇痛百分率（percent of maximal possible potential effect，MPE%）由下列公式进行计算：MPE%=[（给药后痛阈-基础痛阈）/（60-基础痛阈）]×100%。

1.6 统计方法

利用GraphPad Prism 8 软件进行数据处理，将热板镇痛的实验数据输入计算得出该化合物镇痛效应的半数有效量（ED50）和95%置信区间（95%CI）。实验数据均以（±s）表示，数据比较采用单因素或者双因素方差分析（One-way or two-way ANOVA）以及采用Bonferroni post hoc 检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 卡芬太尼和吗啡的镇痛效应曲线

双因素方差分析的结果显示，卡芬太尼的给药时间[F（3.357，151.1）=52.88，P＜0.000 1]、给药剂量[F（4，45）=66.55，P＜0.000 1]以及给药时间与给药剂量之间的交互作用[F（16，180）=18.51，P＜0.000 1]均显著影响了小鼠的热板镇痛效应。Bonferroni post hoc 检验显示，在小鼠给药5 min 后，实验剂量4 和8 μg/kg 均显著增加小鼠的热板痛阈值，且都达到了该剂量组的最大痛阈值（图1A）。其中给予4 μg/kg 卡芬太尼可持续显著增加小鼠的热板镇痛效应超过20 min，但不到40 min，而给予8 μg/kg 卡芬太尼显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间较长，60 min 之后仍未恢复。阴性对照组的小鼠在给药前后的痛阈值差异无统计学意义（P＞0.05）（图1A）。

吗啡的给药时间[F（3.078，113.9）=38.71，P＜0.000 1]、给药剂量[F（4，37）=40.73，P＜0.000 1]以及给药时间与给药剂量之间的交互作用[F（16，148）=10.34，P＜0.000 1]也均显著影响了小鼠的热板镇痛效应。Bonferroni post hoc 检验显示，在给药20 min 后，与各组基础热板痛阈值相比，4、6 和8 mg/kg 吗啡实验剂量组的小鼠痛阈值均显著增加，且都达到各剂量组的最大痛阈值（图1B）。其中，给予4 mg/kg 和6 mg/kg 吗啡显著增加小鼠热板镇痛效应的持续时间超过20 min，但不到40 min，而给予8 mg/kg 的吗啡可显著增加小鼠热板镇痛效应，超过60 min 仍未恢复。阴性对照组的小鼠在给药前后的痛阈值差异无统计学意义（P＞0.05）（图1B）。

图1 卡芬太尼和吗啡的镇痛效应曲线

2.2 卡芬太尼和吗啡镇痛效应的半数有效量（ED50）

热板镇痛效应曲线显示卡芬太尼在小鼠给药5 min 后产生了最大镇痛效应。而吗啡则在给药20 min 后对小鼠产生了最大镇痛效应。根据不同剂量的卡芬太尼和吗啡的最大镇痛百分率（MPE%），分别得到了卡芬太尼和吗啡的给药剂量对数值与其MPE%之间的关系曲线，同时计算出这两种化合物的半数有效量（ED50）和95%置信区间（95%CI） （图2）。单因素方差分析结果显示，不同剂量的卡芬太尼对小鼠在5 min 时产生的最大镇痛效应有显著的影响[F（4，45）=50.91，P＜0.000 1]。Bonferroni post hoc 检验显示，与阴性对照组相比，卡芬太尼在4 和8 μg/kg 剂量组均能显著增强小鼠在5 min 时的最大镇痛效应，但这两个剂量的镇痛效应之间差异无统计学意义（P=0.352 9），提示给药剂量为4 μg/kg 时即可达到卡芬太尼小鼠热板镇痛的最大镇痛阈值（图2A）。卡芬太尼的给药剂量对数值与MPE%呈现出较为典型的“S”型关系曲线。经计算，给予卡芬太尼的小鼠热板镇 痛 效 应 的ED50和95%CI 分 别 为2.60 μg/kg 和2.30～2.89 μg/kg（图2B）。

图2 卡芬太尼在给药5 min 后和吗啡在给药20 min 后的镇痛效应

不同剂量的吗啡对小鼠在20 min 时产生的最大镇痛效应也有显著的影响[F（4，37）=102.9，P＜0.000 1]。Bonferroni post hoc 检验显示，与阴性对照组相比，吗啡4、6 和8 mg/kg 三个剂量组均能引起小鼠在20 min 时的最大镇痛效应显著增强，4 mg/kg 给药剂量组与6 mg/kg 给药剂量组的镇痛效应有显著性差异（P＜0.000 1），但6 mg/kg与8 mg/kg 两个给药剂量组的镇痛效应差异无统计学意义（P＞0.05），提示吗啡给药剂量为6 mg/kg 时可达到最大镇痛阈值（图2C）。吗啡的给药剂量对数值与MPE%之间的关系曲线也呈现出了较为典型的“S”型。同样计算得到给予吗啡的小鼠热板镇痛效应的ED50和95%CI，分别为3.99 mg/kg 和2.85～4.49 mg/kg（图2D）。

3 讨论

3.1 卡芬太尼镇痛起效快且持久

卡芬太尼的镇痛作用起效较快，在给药5 min后即达到镇痛最大效应，而吗啡的起效稍慢，在给药20 min 后才达到最大镇痛效应。由于卡芬太尼的高度亲脂性使其能够非常迅速地穿过血脑屏障，因此，与吗啡相比，卡芬太尼的起效明显更快[9-10]。另外，当卡芬太尼的给药剂量为8 μg/kg 时，最大镇痛百分率可达100%，可以维持最大镇痛效率的时间至少为55 min，而吗啡给药剂量为8 mg/kg时的最大镇痛百分率才达到100%，其可以维持最大镇痛效率的时间只有20 min，即卡芬太尼维持的最大镇痛效应持续时间比吗啡更长。有报道称卡芬太尼对多种有蹄类动物的麻醉作用时间可以长达数小时[7，11]，另外研究发现大鼠皮下注射10 μg/kg 卡芬太尼后药物作用的持续时间可长达8 h[12]，这些都与本实验结果中卡芬太尼作用持久的情况相似。

3.2 卡芬太尼镇痛强度大

卡芬太尼与吗啡一样，均对小鼠产生明显的剂量依赖性的镇痛作用。但与吗啡相比，卡芬太尼的热板镇痛效应曲线明显左移。据报道[13]，芬太尼的效力约为吗啡的50～100 倍。本研究结果显示，吗啡热板镇痛效应的ED50为3.99 mg/kg，而本课题组前期的实验结果得到芬太尼热板镇痛效应的ED50为0.08 mg/kg[14]，由此可以得出芬太尼的热板镇痛效应约为吗啡的50 倍，与文献报道的一致。目前国内外学者对卡芬太尼镇痛效应的研究报道较少，其镇痛效应的报道大都来自Van Bever WF 等[3]人在1976 年对卡芬太尼进行的一项镇痛实验，通过大鼠甩尾实验测定卡芬太尼的ED50为0.32 μg/kg，并且得到其镇痛效应大约为芬太尼的100 倍和吗啡的10 031 倍，但该项研究仅提供了摘要，缺乏具体的实验结果及描述。而在本实验中卡芬太尼热板镇痛的ED50值为2.60 μg/kg，与芬太尼和吗啡相比，其镇痛效应约为芬太尼的31倍和吗啡1 535 倍，与Van Bever WF 等[3]描述的100 倍和10 031 倍的差异较大，这种差异可能是由动物种类、给药途径和测定方法等的不同造成的。

3.3 与卡芬太尼其他早期研究相比较

卡芬太尼是芬太尼哌啶环的4-甲氧基衍生物，早期研究发现[15-16]，在芬太尼哌啶环的4 位引入一个适当的极性基团能大大增强该物质的镇痛效应。有研究发现[17]，卡芬太尼与μ 阿片受体的结合亲和力是芬太尼的20 倍。而本研究结果显示，卡芬太尼的镇痛效应是芬太尼的31 倍，与既往研究结果一致[18-19]。另外Shafer SL[20]博士使用11C-卡芬太尼作为阿片配体研究人类正电子发射断层扫描（PET）时，发现11C-卡芬太尼的有效剂量为0.1 μg/kg 时，芬太尼的有效剂量为2 μg/kg，而当11C-卡芬太尼和芬太尼的使用剂量分别为0.02 μg/kg 和0.4 μg/kg 时，则几乎不会产生明显的效果，这也与卡芬太尼的效力是芬太尼的20 倍相一致，综合表明卡芬太尼的镇痛效应约为芬太尼的20～30 倍，和本实验结果相符。这些卡芬太尼的最新实验结果与以往文献中卡芬太尼比芬太尼效力高100 倍的报道形成对比。尽管如此，相比于芬太尼和吗啡，卡芬太尼的镇痛效力也远远大于二者，也间接说明了卡芬太尼的滥用量增加以及有关的意外死亡原因。

4 结论

卡芬太尼与吗啡一样，能对小鼠产生剂量依赖性的镇痛作用，且镇痛的作用强度和持续时间均显著强于吗啡。