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基因多态性和阿片受体

2015-02-25 01:06 毕业

基因多态性和阿片受体
辉 张 卫
郑州大学第1附属医院麻醉科
自从70年代证明阿片受体在脑组织确实存在以来,阿片受体的
研究1直成为分子药理学及生物学研究的热点之1.1992年Evans
等[1]首先在Science报道了δ受体克隆成功,阐明了δ受体蛋白的1
级结构.1993年我国留美学者于雷 [2]发表μ受体克隆成功,证明μ
受体蛋白1级结构.同年,κ受体蛋白的结构也得到证实.克隆的阿
片受体发现具有高度的同源性,其中有65%的氨基酸序列相似,这
些相似氨基酸序列主要在跨膜区和细胞内部分,它们的最大差别在于
细胞膜外襻以及氨基端和羧基端,细胞外特异氨基酸序列决定着这些
受体的特异性作用.
临床和实验研究显示疼痛敏感性和阿片类药物镇痛效应的个体
间差异与疼痛相关基因多态性有关.由人类μ阿片受体(MOR)基因
编码的MOR是目前使用的大多数阿片类药物的主要作用位点,也是药
物遗传差异的主要候选基因[3].通过大规模测序在MOR上鉴定出了40
个单核苷酸多态性,其中有8个氨基酸序列发生改变.在MOR多态性
中3个(S4R,A6V,N40D)位于细胞外N-末端,2个(S147C,N152D)
位于第3次跨膜区,3个(R260H,R265H,S268P)位于第3个细胞内
环上.其中A6V,N40D和N152D突变频率较高,分别为6.6%-19%,
9.2%-13.9%和1.4%,其余突变频率均小于1%,在中国人群中
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N40D突变频率在30%左右,没有发现A6V突变.N40D突变是位于第
118位的核苷酸由腺苷酸A被鸟苷酸G所取代,这个替换导致了MOR （科教论文网 lw.NsEac.com编辑整理）
细胞外N末端第40位氨基酸由天冬氨酸取代天冬酰胺,使MOR丢失
了1个糖基化位点.
μ-阿片受体在阿片类药物镇痛的作用
阿片类物质作用于μ,δ和κ3种类型的阿片受体发挥药理学作
用.在缺失MOR小鼠的研究中,证明在3种受体亚型中MOR是内源性
和外源性阿片物质主要作用部位[4-6].对敲除MOR的小鼠,尽管存在
其他两种受体,其基础疼痛阈值降低,并且吗啡镇痛效应消失[4,5],
δ-阿片受体激动剂的镇痛效应降低[6,7].对缺失MOR的小鼠的研究
发现吗啡的镇痛效应是基因-剂量依赖性的[4,5],也就是缺失MOR将
会导致吗啡对伤害感受效应丧失,在含有50%野生型受体的小鼠吗
啡的镇痛效应降低.这些发现显示吗啡的镇痛效应依赖于MOR的数
量.
基因多态性对阿片类药物镇痛的影响
目前已知MOR基因有多个突变位点,与镇痛相关的有N40D,
R260H,R265H和S268P,其中A118G(N40D)突变是最常见的.Lotsch
等[8]第1次证明了在体内MOR基因A118G多态性影响了阿片效应.
在体外研究中,AV-12细胞中β-内啡肽对N40D突变受体的亲
和力是野生型的3倍[9],但是在COS-7细胞中β-内啡肽对突变型
和野生型受体的亲和力没有区别[10].在HEK293细胞中也显示了配体
对两种受体相似的亲和力,指出N40D突变可能不能影响细胞外N-
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末端的构象,这种不同结果的出现可能和不同的细胞系使用有关.
临床资料显示携带有Gl18等位基因的患者阿片类物质的镇痛作
用明显下降,吗啡和吗啡-6-葡萄糖(M6G)的效能下降.Klepstad P
等[11]发现G118纯合子携带者要达到镇痛的效果需要更多的吗啡.
G118突变体患者吗啡和M6G的效能下降,阿片诱导的恶心,呕吐发
生率下降 [12].在接受长期吗啡治疗的肾功能不全患者中,由于活性
代谢产物M6G的蓄积产生了毒性作用.有趣的是,携带有N40D纯合 （科教作文网http://zw.ΝsΕAc.com发布）
子的肾衰患者能耐受更高浓度的吗啡和M6G[13].因此推测N40D突变
是阿片类物质中毒的保护基因.
研究发现Gl18等位基因的携带者在M6G所致的困倦,呼吸抑制
等副作用也较Al18等位基因携带者少[14].Skarke C等[15]发现G118
突变体携带者吗啡和M6G的瞳孔缩小的效能降低,并且给予M6G后恶
心,呕吐的发生率也较低.然而,Romberg等[16]用健康志愿者实验认
为G118突变只降低阿片药物的镇痛作用,不减轻其困倦,呼吸抑制,
恶心,呕吐等副作用.但是这种突变个体仅导致M6G效能减弱而吗啡
的效能不受影响,提示可能存在M6G和其特殊受体介导的外周阿片信
号传导系统.
尽管G118等位基因与吗啡及其代谢活性产物-M6G的止痛效果
有明显的联系,但是目前产生这种现象的主要分子机制还没有完全被
解释清楚,但是有人认为这些现象部分由于启动子的多态性使得受体
数量而不是功能出现很大变异以及许多基因和环境因素也与痛觉的
产生有关.
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基因多态性和药物依赖
1998年,Bond等[9]首次在西班牙人种中发现A118G位点多态可能
是物质依赖的保护性基因后,A118G位点多态性引起了研究者的广泛
关注.1方面,Town等[17]报告A118G位点A/A基因型和A等位基因与酒
精依赖相关,携带该基因型或等位基因的人患病的危险性约是非携带
者的两倍;Schinka等[18]在单药滥用和多药滥用者间比较了A118G位点
的多态性,结果未发现显著性差异,提示该多态与滥用药物的种类或
种类数无关,可能是物质依赖的普遍性危险因子,而不是某1特定物
质依赖的危险因子.另1方面,Franke等[19]在德国人群中进行了海洛
因依赖和酒精依赖的病例对照和家系传递/不平衡研究,均未能发现
A118G位点多态与物质依赖的相关性;Gelernter等[20]的多中心,跨人

种大样本研究证实MOR基因多态性存在显著人种差异,但同样未能重
复上述阳性结果.苑成梅等[21]对202名海洛因依赖患者和187名正常对
照研究发现,MOR基因A118G位点多态分布在两组间无显著差异,与海
洛因依赖患者的临床指标也没有显著性相关.Szeta等[22]在华人海洛
因成瘾者中发现C17T联同AII8G,C691G变异的频率较非药瘾者要高,
在印度的海洛因成瘾者中也发现A118G的频率明显比对照组高,提示
118G等位基因可能是海洛因依赖的危险因子,但这与国外118A等位基
因是物质依赖危险因子的结论不符.
虽然已经证实物质依赖具有遗传性,且MOR基因在阿片类物质依
赖中起决定性作用,但药物依赖毕竟是1种复杂性疾病,遗传因素对
它的影响机制也是极其复杂的,不1定是最基本的DNA序列改变在起
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作用,也可能是转录,翻译,甚至是调控水平的改变在起作用,故应
从不同层面,不同角度开展更为全面而系统的研究,以期获得更多阳
性结果.
基因多态性对受体内吞,脱敏和再敏感化影响
使用激动剂长期处理后MOR迅速磷酸化,从G蛋白脱耦联,受体反
应迅速脱敏.GPR脱敏的机制是蛋白激酶催化的丝氨酸和苏氨酸残基
的磷酸化,蛋白激酶包括:⑴第2信使调节的蛋白激酶:Ca/钙调蛋
白依赖的蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ),cAMP依赖的蛋白激酶或蛋白激酶C,
⑵G蛋白耦联蛋白激酶家族.位于受体第3个细胞内环C-末端区域的
丝氨酸和苏氨酸残基是G蛋白受体激酶(GPKs)的作用底物,磷酸化改
变了受体的构象,易于与β-抑制蛋白结合并从G蛋白脱耦联.第3
个细胞内环对G蛋白耦联和信号转导非常重要,在所有阿片受体亚型
中高度保守.在这个区域有两个保守的丝氨酸残基可以被CaMKⅡ磷酸
化.在人类MOR这两个位点分别位于261和266氨基酸位点.另外与β
-抑制蛋白结合使受体内化形成早期内涵体,然后移动并且脱磷酸
化,受体再循环至细胞表面成为活化状态[23].
研究报道在激动剂处理的第1个2小时,β-内啡呔比吗啡和M6G
对野生型受体和N40D突变型受体的脱敏时程慢,在两种受体接受激动
剂处理1小时之后,细胞内cAMP最大抑制水平为28%,30%和60%(吗
啡,M6G和β-内啡呔),但是在HEK293细胞野生型受体和N40D突变
型受体对所测试的3种激动剂的脱敏速率没有差异,推测β-内啡呔
诱导的受体脱敏的减慢可能是由于快速受体内化和循环/再活化[23].
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野生型和N40D突变型受体在HEK293细胞中具有不同的表达速率的原
因可能是由于受体内吞之后循环/再敏感化速率不同.我们发现野生
型和N40D突变型受体再敏感化速率没有差异,这个结果与受体脱敏结
果1致[24].对受体不同表达速率的另外的解释是可能是N40D突变导致
MOR的N-端丢失了1个糖基化位点[25],影响了MOR的运输和/或结合.
但是以前的研究显示在COS细胞短暂表达野生型和N40D突变型受体时
没有发现表达速率的差异[10].
S268P是MOR第3个外显子268位的丝氨酸被脯氨酸替代,其突变
频率在1%,S268P突变受体影响CaMKⅡ磷酸化,减慢了激动剂诱导的
受体脱敏.S268P突变影响MOR的CaMKⅡ磷酸化位点,推测S268P突变
可能是CaMKⅡ的弱作用底物.事实上,S268P突变受体能耐受CaMKⅡ
介导的脱敏,因此在HEK293细胞和爪蟾卵细胞中S268P突变受体较野
生型受体的激动剂介导的脱敏更慢.S268P突变使得HEK293细胞与腺
苷酸环化酶耦联和内向整合K通道功能减弱.研究证明S268P等位基因
变异影响了MOR第3个细胞内环的CaMKⅡ的磷酸化位点,使得受体与G
蛋白耦联减弱但是持续时间更长.这些结果说明第3个细胞内环上
268位的丝氨酸在MOR功能耦联和信号转导上发挥重要作用[26].

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总之,在HEK293细胞中N40D突变不影响MOR功能或配体的结合,
但是S268P突变影响了受体的磷酸化,减慢受体的脱敏.
自从90年代成功克隆出阿片受体之后,阿片受体的研究取得了突
飞猛进的进展,现在随着遗传学和分子生物学的快速发展,使得阿片
受体的研究进入了分子水平.今后随着分子生物学技术的不断发展及
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其在麻醉基础和临床研究中广泛的应用,对麻醉药物的药代,药动学
与遗传变异冠以认识的不断深入,必定有助于麻醉学的发展.
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