麻醉藥物及其輔助藥物基因組學的研究進展

鄭卓玲，黃 民，李嘉麗

(中山大學藥學院臨床藥理研究所，廣東 廣州 510080)

現代麻醉學開始于1846年，在麻醉藥物的臨床應用中，當不同病人使用同一劑量的麻醉藥物時，意識消失的時間、蘇醒時間、麻醉深度、不良反應的發生率存在較大的個體差異。多年的研究發現，遺傳因素是造成個體間藥代動力學、藥效學反應差異的重要原因。藥物基因組學是研究藥物的藥代動力學和藥效學相關基因的多態性，與藥物反應個體差異的學科，旨在尋找與藥物反應個體差異有關的藥物轉運蛋白、藥物作用靶點、藥物代謝酶等。麻醉藥物基因組學研究能夠為麻醉藥物的個體化用藥和預防不良反應提供重要依據，提高手術麻醉的安全性。本文將對國內外麻醉藥物及其輔助藥物的基因組學研究進展進行綜述，為今后的研究和臨床用藥提供指導[1]。

1 吸入麻醉藥

吸入麻醉藥由呼吸道吸收入體內后，發揮由淺入深的麻醉作用，包括揮發性液體和氣體吸入麻醉藥兩類。吸入麻醉藥通過肺部吸收入血，只有少部分通過肝臟代謝，藥物基因組學的研究應主要集中在其吸收和代謝的過程中。

1.1七氟烷七氟烷于1995年由FDA批準上市，目前，七氟烷吸入全麻是小兒最常用的麻醉方法。七氟烷大部分通過呼吸排泄，大約有5%的七氟烷在肝臟中被代謝，主要的代謝酶是CYP2E1，具有肝毒性，但機制不明。

α-谷胱甘肽-S-轉移酶 (α-glutathione-S-transferase, α-GST) 的測量是對于肝毒性的研究最敏感的肝細胞功能指標之一，在七氟烷的肝毒性研究中，GTSP-1 Ile105Val和p.A114V與七氟烷麻醉后24 h血清的α-GST升高有關，提示與肝毒性研究有關[2]。CYP2E1基因啟動子區域2個位點的突變-1053C>T、-1293G>C與CYP2E1的轉錄相關。2016年，有學者對波蘭86例進行喉部手術的病人采用七氟烷麻醉，但并未發現手術引起的α-GST與CYP2E1基因突變具有相關性[3]。另外，七氟烷雖是小兒麻醉的常用藥，但相比于其他吸入麻醉藥，更容易發生蘇醒期躁動。一些研究認為，躁動與不同腦區神經恢復速度和神經元不成熟有關，γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid, GABA)A受體是大多數麻醉藥物，包括七氟烷的作用靶點，GABA的A受體的γ2亞基可能與蘇醒躁動有關[4]。但相應的藥物基因組學研究卻表明，GABRG2基因的SNP 211037 C/T、3145 A/G與蘇醒躁動的發生率無關[5]。

1.2地氟烷地氟烷為1992年上市的含氟吸入麻醉藥，地氟烷適用于成年人手術時的誘導和維持麻醉；對嬰兒和兒童只可作維持麻醉，不可作為誘導麻醉。地氟烷大部分通過呼吸排泄，有1%的地氟烷在肝臟中被代謝，無明顯肝毒性。

有研究對紅頭發婦女手術時使用地氟烷的用量進行研究，發現攜帶黑皮質素 1 受體(melanocortin-1 receptor, MC1R)基因的突變型的患者，地氟烷用量明顯高于正?；虮硇偷幕颊?，因而該基因可能與地氟烷的麻醉效應有關[6]。另外，中樞免疫信號可以影響腦內的神經元活動，表明細胞因子作為神經元調節劑的重要作用。因此，有研究表明，免疫相關因子MYD88 rs6853和IL-1β rs1143627、BDNF rs6265影響地氟烷麻醉期間的腦電圖(electroencephalogram, EEG)模式[7]。

2 靜脈麻醉藥

2.1丙泊酚丙泊酚為一快速強效麻醉性鎮靜藥物，具有諸多優點，如麻醉起效快、停藥后蘇醒恢復迅速且完全、半衰期短，故長時間輸注不產生蓄積，已成為臨床麻醉中鎮靜藥物的首選，廣泛應用在麻醉誘導、麻醉維持及ICU病房患者的鎮靜[8]。丙泊酚的作用機制非常復雜，一般認為GABAA受體是其發揮麻醉作用的主要作用靶點，在體內主要在肝臟代謝，生成無活性的最終代謝產物，經腎臟排泄，大約29%經過CYP2B6和CYP2C9酶進行代謝為羥基化產物，70%通過UGT1A9代謝為葡萄糖醛酸化產物。

丙泊酚個體差異較大，誘導期成功所需劑量在1.4～4.8 mg·kg-1(3.2倍)，意識消失時間50～330 s(6.6倍)，維持期間丙泊酚血漿濃度 0.7～7.8 mg·L-1(11.2倍)，代謝物4-OHP 相差50倍。國內外對于丙泊酚的藥物基因組學研究主要集中在代謝通路和藥效靶點上。藥物代謝通路上研究重點基于CYP2B6、CYP2C9和UGT1A9上，而藥效靶點主要基于GABA受體。

關于CYP2B6、CYP2C9和UGT1A9基因與丙泊酚個體差異的研究，目前仍然存在爭議。Iohom等[9]發現，達到BIS<70所需的丙泊酚劑量具有明顯的個體差異，研究了CYP2B6 C1459T，GABRE [mRNA358]G/T、20118C/T、20326C/T 和20502 A/T，但未發現與個體差異具有相關性。Loryan等[10]發現，CYP2B6 和UGT1A9相關基因多態性與丙泊酚的代謝無關，但代謝物個體差異高達50倍，女性比男性的代謝更快。但是，也有一些研究表明，代謝酶基因與丙泊酚個體差異有關。Takahashi等[11]對100例健康的日本人進行研究，發現UGT1A9 D256N基因突變與UGT1A9 Y483D突變相比，能降低酶的活性，使丙泊酚葡萄糖醛酸化減少。Khan等[12]在101例瑞典患者中發現，CYP2C9*2/*2突變與意識消失時丙泊酚劑量增高有關；UGT1A9-331T>C突變與丙泊酚高清除率有關；UGT1A9-1887T/G突變與丙泊酚誘導劑量增高有關。CYP2B6 516G>T是CYP2B6外顯子區域的一個SNP，許多藥物反應與其相關。Mastrogianni等[13]對44例希臘女性進行研究，發現CYP2B6 516G>T基因多態性與單次注射丙泊酚后的血藥濃度有關，T攜帶者具有更高的丙泊酚血藥濃度，代謝速度更慢。Mikstacki等[3]在85例波蘭人中發現，CYP2B6 c.516G>T的T攜帶者丙泊酚的代謝速率更快，這與Mastrogianni等[13]的研究結果一致。Eugene[14]對51例患者進行研究，發現CYP2B6 785A>G基因突變與丙泊酚消除率有關，AA和AG攜帶者比GG攜帶者需要的丙泊酚誘導劑量降低50%。

從國內外目前對于丙泊酚藥物基因組學的研究來看，國內對于丙泊酚藥物基因組學的研究起步較慢。藥效通路上，中國人群中發現了5-羥色胺受體2A 基因(5-hydroxytryptamine receptor 2A，5HT2A)與丙泊酚的靶控輸注的實時效應室濃度(Ce)有關，G攜帶者需要更低的Ce，GABAA1 rs2279020、GABAA2 rs11503014和CHRM2 rs1824024與丙泊酚輸注期間的心血管反應有關[15]。而國外仍然未發現陽性結果。在藥動學通路上，國內研究并無發現相關性，而大量的國外研究并未發現影響較大的基因位點，能達成一致的發現是CYP2B6 516G>T與丙泊酚代謝下降有關。

2.2氯胺酮氯胺酮是具有麻醉和鎮痛效應的麻醉藥物，抑制興奮性神經遞質(乙酰膽堿、L-谷氨酸)及N-甲基-D-天門冬酸受體，起到麻醉作用，通過與阿片受體的結合，發揮鎮痛作用，自發現以來適用于各種表淺、短小手術麻醉。在體內主要在肝內經CYP2B6、CYP3A4、CYP2C9代謝，僅有2.5%以原形隨尿排出。

Li等[16]通過體外肝微粒體實驗，發現了攜帶CYP2B6 * 6 的HLM降低底物與酶的結合，從而降低氯胺酮的N-去甲基化，隨后對此體外實驗進行體內的驗證。在49例慢性疼痛病患者中進行研究，發現與體外實驗結果一致，攜帶CYP2B6 * 6 的患者容易出現不良反應。然而，Lesley等[17]卻發現體外實驗結果不一致，CYP2B6 * 6與氯胺酮藥物反應無相關性。這兩項研究所納入的人群不一樣，Li等[16]納入的是高加索人，而Lesley等[17]納入的是高加索、非洲裔美國人、亞洲的混合人群。另外，Li等[16]采用從100 mg·24 h-1逐漸上升到300 mg·24 h-1，最后達到500 mg·24 h-1持續皮下注射的方法，評價指標為Css，而Lesley等[17]采用的口服0.4 mg·kg-1的方式。這些研究人群和方法的不一致可能造成研究結果的不一致。最新的研究報道顯示，CYP2B6*6、谷氨酸鹽離子型受體NMDA型亞基2B(glutamate ionotropic receptor NMDA type subunit 2B，GRIN2B)基因多態性與嗆咳反應(emergence phenomena, EP)的發生無關；年齡小、誘導時間長、高劑量使用氯胺酮后，更容易產生EP[18]。

3 局部麻醉藥

局部麻醉藥在用藥局部可逆性地阻斷感覺神經沖動的發生、傳導，在意識清醒的狀態下，引起局部暫時性感覺(痛覺)消失。神經興奮和傳導主要與膜Na+、K+通道的開放關閉有關。局部麻醉藥發揮局麻作用的機制是從膜內阻斷Na+通道，抑制動作電位的發生和傳導，局麻藥對Na+通道的阻斷作用與Na+的狀態有關。因此，對于局麻藥物的藥物基因組學，可重點關注Na+通道的相關基因。

然而，目前國內外對于局部麻醉藥物的藥物基因組學研究較少，僅有關于利多卡因的報道。利多卡因由CYP3A4代謝。紅發人群麻醉時藥物用量較大，表明紅頭發可能對疼痛特別敏感。因此，天然紅頭發的女性可能對疼痛更敏感，需要更多的利多卡因。與地氟烷的研究結果相似，具有MC1R突變紅色頭發女性需要更多的局部麻醉藥利多卡因[19]。

4 麻醉輔助藥物

4.1鎮痛藥

4.1.1阿片類鎮痛藥 阿片類鎮痛藥是手術過程中重要的鎮痛藥物，主要包括可待因、雙氫可待因、氫嗎啡酮、羥考酮、美沙酮、嗎啡、芬太尼、哌替啶(度冷丁)、曲馬多等。大多數阿片類藥物經過CYP酶代謝，包括CYP2D6、CYP3A4、CYP3A5、CYP2B6，隨后一些藥物通過II相代謝酶進行反應。

關于嗎啡的藥物基因組學研究較多，較為公認的結論是阿片受體基因中OPRM1 118 A>G可改變嗎啡的鎮痛作用。受體的嗎啡濃度部分取決于藥物轉運蛋白ATP結合盒亞家族B成員1(ATP binding cassette subfamily B member 1, ABCB1)，也稱為多藥耐藥基因1(multidrug resistance 1, MDR1)，該基因與嗎啡進入中樞神經系統的程度有關。

芬太尼在OPRM1 118A>G攜帶G等位基因的患者中，口腔手術后用量明顯降低。另外，該突變攜帶者也需要更低的人工鎮痛所需的鞘內芬太尼的中值有效劑量。但是，該位點存在爭議，Mahmoud等[20]證明，OPRM1 118A>G SNP的多態性并沒有改變芬太尼的療效。瑞芬太尼是一種短效阿片激動劑，藥物基因組學的研究關注其與5-羥色胺轉運蛋白(serotonin transporter, 5-HTT)的表達相關的鎮痛效果，發現在低表達5-HTT的患者中，鎮痛效果更佳[21]。

關于美沙酮的藥物基因組學研究集中在CYP2B6、OPRM1阿片受體和ABCB1藥物轉運蛋白的遺傳變異調節[22]。CYP2B6*6攜帶者為“慢代謝”型，高美沙酮血藥濃度與慢代謝者表型之間存在明顯相關性。

曲馬多是目前臨床上應用最廣泛的非麻醉性中樞鎮痛藥，通過激動μ受體，抑制中樞神經系統5-羥色胺和去甲腎上腺素的再攝取，發揮鎮痛作用，可用于治療中等至嚴重的疼痛。目前，對曲馬多藥物基因組學的研究報道包括藥代動力學相關基因多態性，以及藥效動力學相關基因多態性。目前發現的與曲馬多藥效個體差異密切相關的基因多態性為CYP2D6*1、CYP2D6*2、CYP2D6*3、CYP2D6*4、CYP2D6*5、CYP2D6*6、CYP2D6*10、CYP2D6*17、CYP2D6*41等。此外，OPRM1和P-糖蛋白(P-gp)基因多態性也是影響曲馬多藥物反應個體差異的重要因素。

4.1.2非甾體解熱鎮痛抗炎藥 非甾體抗炎藥也是手術過程中常用的鎮痛藥，布洛芬主要由CYP2C9和CYP2C8代謝，CYP2C9*3基因型與野生型相比具有明顯降低的布洛芬清除率[23]。選擇性COX-2抑制劑塞來昔布大部分通過CYP2C9催化(70%～90%)。單次給藥后，慢代謝型比快代謝型患者的曲線下面積(AUC)高2倍以上。塞來昔布的藥物標簽目前載有FDA關于CYP2C9基因型的警告。

4.2肌肉松弛藥肌松藥包括去極化和非去極化兩種，在氣管插管和在手術過程中發揮肌松作用，便于氣管內插管。目前臨床上可用的唯一一個去極化肌松藥是琥珀膽堿，非去極化類則分為氨基甾類如泮庫溴銨、羅庫溴銨、維庫溴銨，及芐異喹啉類如阿曲庫銨、順式阿曲庫銨、米庫氯銨。

丁酰膽堿酯酶(butyrylcholinesterase，BChE)基因多態性與琥珀膽堿的藥效學相關，rs1799807和rs1803274與減少琥珀膽堿水解，增加作用持續時間，導致長時間的神經肌肉阻滯和呼吸暫停等作用具有相關性[24]。另外，有研究對200例使用羅庫溴銨作為肌肉松弛藥的患者進行研究，發現有機陰離子轉運蛋白家族成員1B1(solute carrier organic anion transporter family member 1B1，SLCO1B1)基因、ABCB1、膽堿能受體煙堿α1亞基(cholinergic receptor nicotinic alpha 1 subunit，CHRNA1)基因突變并不能影響羅庫溴銨的起效時間。但是在ABCB1 rs1128503 TT、SLCO1B1 rs2306283 AG和GG基因型患者中，羅庫溴銨藥效臨床持續時間和恢復時間延長。此外，ABCB1 rs1128503 基因型是影響羅庫溴銨療效最重要的因素[25]。

5 總結與展望

麻醉藥及其輔助藥物是手術過程中必備藥物，麻醉藥的使用與手術過程中病人的安全息息相關。遺傳相關因素是影響麻醉藥及其輔助藥物的藥物反應個體差異的重要因素。目前，國內外對于麻醉藥物的藥物基因組學研究仍不夠廣泛，對于麻醉藥物個體差異與遺傳的關系還未達成一致的結論。但隨著精準醫療計劃的推進，麻醉藥及其輔助藥物的藥物基因組學將涉及更多的基因位點和藥物。此外，相關研究也應關注除了基因組學之外的學科研究，例如蛋白質組學、代謝組學、表觀遺傳學等，綜合多組學以實現麻醉藥物的個體化用藥。目前臨床上使用麻醉藥物多是根據臨床經驗，麻醉醫生如何合理地選擇藥物和進行劑量調整，以及控制不良反應的發生是一大難題。為合理解釋麻醉藥物的藥效與不良反應的個體差異，提前根據患者的遺傳特征來預測最合理的麻醉藥物種類和劑量，以減少不良反應發生和確保病人的用藥安全，麻醉藥物及其輔助藥物相關基因多態性需進行更為廣泛全面的研究。