实验评估 ABCB1 C3435T（rs1045642）基因多态性与髋关节置换术后镇痛效果的关联性研究

摘要

本研究探讨了一种常见基因变异是否影响髋关节置换术后疼痛控制。具有不同基因型的患者在疼痛强度、镇痛药使用及疼痛相关的生物学反应方面表现出明显差异。

摘要

本研究探讨了接受髋关节置换术的患者中ABCB1（MDR1）C3435T（rs1045642）基因多态性与术后镇痛效果之间的关联。2023年1月至2024年1月期间，本院共100例接受髋关节置换术的患者在术后接受了舒芬太尼患者自控静脉镇痛。采集术前血清样本，并采用TaqMan SNP基因分型检测技术进行基因组检测。根据C3435T基因型，将患者分为野生型纯合子（CC组）、突变杂合子（CT组）和突变纯合子（TT组）。比较各组之间的临床参数，包括基线特征、视觉模拟评分（VAS）疼痛评分、舒芬太尼消耗量、血清疼痛介质（前列腺素E2（PGE2）、P物质（SP）和β-内啡肽（β-EP））、汉密尔顿焦虑和抑郁评分、睡眠质量以及术后24小时内不良事件的发生率。各组间基线特征相似（p > 0.05）。术后24小时，CT组和TT组的VAS评分、舒芬太尼用量以及血清PGE2、SP和β-EP水平均显著低于CC组（p < 0.05）。TT组的汉密尔顿焦虑和抑郁评分也显著低于CC组和CT组（p < 0.05），而CT组的焦虑和抑郁评分则高于CC组（p < 0.05）。各组间的睡眠质量和不良事件发生率差异无统计学意义（p > 0.05）。这些结果提示，ABCB1（MDR1）C3435T（rs1045642）多态性可能与术后镇痛效果的个体差异存在潜在关联。携带TT基因型的患者倾向于获得更好的镇痛效果、更低的舒芬太尼需求量以及更优的心理状态。尽管这些结果具有前景，但由于样本量较小且为单中心设计，解释时应谨慎。未来仍需更大规模的研究来验证这些发现，并评估其临床应用价值。

引言

髋关节置换术是指通过手术将受损的髋关节替换为人工髋关节假体。对于早期股骨头坏死、髋骨关节炎等疾病，可通过中西医结合的保守治疗缓解症状并延缓病情进展¹。当髋关节疼痛和畸形影响行走，且药物等保守治疗无法缓解时，会严重影响患者生活质量，此时可选择髋关节置换手术以缓解关节疼痛、重建髋关节功能并提高生活质量。疼痛引起的系列病理生理变化会增加老年患者心脑血管疾病的风险^2,3。术后疼痛严重影响髋关节功能的恢复，延长患者卧床时间，并增加下肢血栓形成的风险⁴。有效的镇痛不仅可减轻手术后的应激反应，还能缩短患者的住院时间。表观遗传调控是指DNA序列不发生改变，但基因表达受到环境因素等影响的调控机制⁵。近期研究表明^6,7，表观遗传调控与慢性疼痛的发生和发展存在关联，而慢性或急性疼痛往往是环境因素与基因相互作用的结果。明确表观遗传调控组分与慢性疼痛之间的关系，并识别与疼痛发生发展（尤其是慢性疼痛）密切相关的生物标志物（如表观遗传调控相关标志物），有助于诊断慢性疼痛易感性、评估药物治疗效果，并最终推动个体化和精准镇痛的发展。ABCB1基因（多药耐药基因1，MDR1）中的C3435T多态性（rs1045642）是一个特征明确的单核苷酸变异，位于第26号外显子。该多态性编码P-糖蛋白（P-gp）的一种变异体，P-gp是一种跨膜外排转运蛋白，可调控包括阿片类药物在内的多种药物在细胞内的摄取与外排，从而影响其药代动力学和治疗反应⁸。在ABCB1基因的多个遗传变异中，同义多态性C3435T（rs1045642）已被广泛研究，用于解释个体间药物反应的差异。ABCB1 C3435T（rs1045642）是位于MDR1基因第26号外显子的一个同义替换⁹。尽管该变异不改变氨基酸序列，但越来越多的证据表明，该位点可能影响mRNA的稳定性及翻译动力学，从而影响P-糖蛋白的折叠、表达水平或转运效率。尽管不同研究结果尚未完全一致，但已有多个报告指出，T等位基因与P-gp表达降低或底物特异性改变相关¹⁰。由于血脑屏障上表达的P-gp可限制多种药物（包括某些阿片类药物）进入中枢神经系统，因此ABCB1 C3435T多态性可能在个体间舒芬太尼敏感性及阿片类药物相关不良反应的差异中发挥一定作用¹¹。

本研究旨在探讨ABCB1 C3435T 多态性是否与接受髋关节置换术患者术后镇痛效果及疼痛相关结局的个体间差异相关。髋关节置换术通常伴随中至重度的术后疼痛，临床上常规使用舒芬太尼等阿片类药物进行术后镇痛。然而，患者对镇痛药物的反应及阿片类药物相关不良反应存在显著的个体差异，这些差异无法仅通过临床因素完全解释。由于ABCB1基因编码的P-糖蛋白在调控药物跨生物膜（包括血脑屏障）转运过程中发挥关键作用，ABCB1基因的遗传变异可能影响阿片类药物的体内分布及其中枢镇痛效应。因此，研究ABCB1 C3435T 多态性与术后镇痛之间的关系，有助于阐明遗传因素在髋关节置换术后疼痛控制差异中的作用。通过分析不同基因型患者术后镇痛效果的差异，本研究旨在揭示术后疼痛的个体化特征，为临床个体化镇痛提供理论依据。同时，本研究也拓展了对C3435T基因多态性影响术后镇痛机制的认识，为后续研究奠定基础。

方案

本研究遵循赫尔辛基宣言进行，并已获得福州市中医院医学伦理委员会的批准（批准号：LC-2023-048）。所有参与者在入组前均签署了书面知情同意书。

数据与方法
根据研究假设，我们制定了一项前瞻性队列分析研究方案。共前瞻性纳入100例接受择期髋关节置换手术的患者，平均年龄为58.41 ± 6.97岁。图1展示了该方案的技术路线图，后续部分将对研究设计进行详细说明。

研究设计与受试者
本研究为一项前瞻性队列研究，纳入2023年1月至2024年1月期间连续收治的拟在全身麻醉下接受初次髋关节置换术的成年患者。纳入标准包括年龄18-60岁、美国麻醉医师协会（ASA）分级I-II级，且手术由同一组骨科团队完成。排除标准包括存在明显的心肺、肝或肾功能障碍（定义为血清肌酐 >1.5 mg/dL 或丙氨酸氨基转移酶（ALT）>正常上限3倍）；有慢性疼痛病史（如纤维肌痛、神经病理性疼痛）；镇静剂或阿片类药物滥用；已知对镇痛药过敏；本次疾病期间接触过其他阿片类药物；以及术前长期使用镇痛药或类固醇（术前3个月内使用超过>1周）。从受试者中于术前采集5 mL EDTA抗凝静脉血用于基因分型。根据制造商说明书，使用商用DNA提取试剂盒从外周血中提取基因组DNA。ABCB1 C3435T（rs1045642）多态性采用基于聚合酶链式反应的方法进行基因分型，并依据既定方案完成基因型判定¹⁰。在完成ABCB1 C3435T（rs1045642）多态性基因分型后，将受试者分为CC、CT和TT三组。本研究未设置外部健康对照组，所有比较均在不同基因型组（CC、CT、TT）之间进行。负责生物标志物和基因型分析的实验室人员对临床结局保持盲法。

麻醉与术中管理
标准监测包括心电图、无创血压（每5分钟测量一次）、脉搏血氧饱和度以及呼气末二氧化碳（EtCO₂）。通过18G导管建立静脉通路，患者经面罩吸入100%氧气进行预充氧3分钟。麻醉诱导采用咪达唑仑0.05 mg/kg、顺式阿曲库铵0.1 mg/kg、舒芬太尼0.4 µg/kg，以及滴定给予丙泊酚1–2 mg/kg，直至意识消失并达到充分的下颌松弛。在确认充分的神经肌肉阻滞（四次成串刺激计数 = 0）后进行气管插管。机械通气采用容量控制模式，呼吸频率设为15次/分钟，潮气量为6–8 mL/kg预测体重，呼气末正压（PEEP）为5 cm H₂O，并根据需要调整以维持EtCO₂在35–45 mmHg范围内。麻醉维持使用丙泊酚0.08–0.12 mg/kg/min和舒芬太尼0.15–0.30 µg/kg/h。在切口缝合时停止静脉麻醉药物。根据需要使用静脉补液或血管活性药物进行血流动力学管理，以维持平均动脉压（MAP）在基础值的±20%范围内。

髋关节置换术¹²
患者取侧卧位，手术侧朝上。采用后外侧入路：在大转子上方做一长度为15–20 cm的皮肤切口。切开皮下组织和阔筋膜，钝性分离臀大肌。暴露髋关节后关节囊，并沿髋臼边缘行T形切开。通过外旋和内收使髋关节脱位。切除股骨头，修整股骨颈至小转子上方1.0–1.5 cm处。对于半髋关节置换术，使用逐级扩髓器（每次增加1 mm）准备股骨髓腔，并将股骨假体以约15°前倾角植入。对于全髋关节置换术，对髋臼进行扩锉直至出现点状出血，目标假体外展角为45°，前倾角为15°。根据术中对骨质质量和假体稳定性的评估，选择使用骨水泥固定或压配固定。复位后，由主刀医生在术中通过被动屈曲、伸展、内旋、外旋及外展等动作评估髋关节稳定性及活动范围，特别注意是否存在撞击或脱位现象。必要时放置负压引流管，逐层关闭切口：深筋膜和皮下组织使用可吸收缝线缝合，皮肤则使用不可吸收缝线或皮肤钉闭合。

术后患者自控静脉镇痛（PCIA）
所有受试者均采用标准化的舒芬太尼PCIA方案。镇痛药液由舒芬太尼以1.5 µg/mL浓度溶于0.9%氯化钠溶液配制而成，并装载于可编程输液泵中。泵的参数设置为：基础输注速率1 mL/h，单次按压剂量1 mL，锁定时间间隔10 min，除非临床需要，否则不给予负荷剂量。患者在恢复区接受标准化的PCIA使用指导。术后24小时时，根据泵的日志记录累计舒芬太尼消耗量。所有输液泵型号、一次性耗材及消耗品均列于材料表中。

血液采样与处理
术前基因分型样本包括5 mL经EDTA抗凝的静脉血，轻柔颠倒混匀。用于疼痛介质分析的样本，在术后第1、2、3和7天各采集5 mL静脉血。血清制备时，样本于室温静置凝固30分钟；血浆制备则使用检测方法指定的抗凝剂。样本于室温以约1,000 × g 离心15分钟，以分离血清或血浆。上清液分装至带标签的低吸附性离心管中，储存于−80 °C直至分析。为尽量减少冻融循环次数，每个时间点至少制备两份分装样本。

基因组DNA提取与SNP分型
采用基于硅胶膜柱的基因组DNA提取试剂盒（商品化），按照制造商提供的说明书从全血中提取基因组DNA。使用分光光度法测定DNA浓度和纯度，A260/A280比值在1.8–2.0之间的样本视为合格。提取的DNA保存于−20 °C，待用。

采用预设计的TaqMan SNP基因分型检测法，在实时PCR平台上对ABCB1 C3435T（rs1045642）多态性进行基因分型。该检测包含预优化的引物和水解探针。热循环条件遵循制造商的建议（95 °C用于酶活化，随后进行40个循环：95 °C变性15秒，60 °C退火延伸60秒）。实验中设置无模板对照和重复样本（占总样本数的≥10%）以进行质量控制。基因型判读使用等位基因 discrimination 分析软件完成，要求基因型检出率≥95%，且重复样本的一致性达到100%方可接受。

疼痛介质检测
根据制造商说明书，采用经过验证的放射免疫分析法或夹心免疫分析试剂盒测定血清前列腺素 E₂ (PGE₂)、P 物质 (SP) 和 β-内啡肽 (β-EP)。使用至少五个覆盖预期浓度范围的标准品生成标准曲线；未知样本和对照样本均设复孔检测。记录各检测方法的最低检出限、批内变异系数和批间变异系数；若批内 CV >10% 或批间 CV >15%，则重新进行检测。所有试剂盒名称及货号均列于材料表中。

结局指标
基线特征包括年龄、性别、体重指数、手术时长、手术入路（前路/后路）、假体类型（骨水泥型/非骨水泥型）、术前疼痛视觉模拟评分（VAS，0-10分）、术前焦虑和抑郁评分以及术中舒芬太尼剂量。术后24小时的主要结局指标为静息状态下的疼痛强度（采用视觉模拟评分法VAS，0-10分）和通过患者自控静脉镇痛（PCIA）泵记录的舒芬太尼累积消耗量。术后24小时的次要结局指标包括睡眠质量（评分0-3分，分数越高表示睡眠质量越差）、术后恶心呕吐（PONV）的发生率以及汉密尔顿焦虑量表和汉密尔顿抑郁量表评分。探索性结局指标包括术后第1、2、3和7天血清PGE₂、SP和β-EP水平。

统计学分析
连续变量根据分布情况以均值 ± 标准差（SD）或中位数（四分位距）表示；分类变量以频数（百分比）表示。采用 Shapiro-Wilk 检验对数据进行正态性检验，采用 Levene 检验进行方差齐性检验。对于方差齐且呈正态分布的变量，采用单因素方差分析（ANOVA）并结合 Bonferroni（或 Tukey）事后比较；否则采用 Kruskal-Wallis 检验并结合 Dunn 事后检验。分类变量根据情况采用  χ² 检验或 Fisher 精确检验进行分析。计算基因型和等位基因频率，并通过 χ² 检验评估 Hardy-Weinberg 平衡。在适用的情况下，估算比值比（OR）及其 95% 置信区间（CI），以分析基因型（例如 T 等位基因携带者 vs CC）与二分类结局之间的关联。在应用参数检验前，需对数据分布进行正态性（Shapiro-Wilk 检验）和方差齐性（Levene 检验）检验。若检验假设不满足，则采用非参数替代方法（Kruskal-Wallis 检验结合事后 Dunn 检验）。使用卡方检验进行 Hardy-Weinberg 平衡验证。计算比值比（OR）及 95% 置信区间（CI），用于分析基因型与术后疼痛评分以及舒芬太尼消耗量之间的关联。双侧 p < 0.05 被认为具有统计学显著性。所有分析均使用经过验证的统计学软件进行。

结果

参与者特征与基因型分布
共纳入100例患者，并成功完成ABCB1 C3435T多态性的基因分型。基因型分布为CC型40.0%（40/100），CT型49.0%（49/100），TT型11.0%（11/100）。等位基因频率为C等位基因64.5%（129/200），T等位基因35.5%（71/200）。基因型分布符合哈迪-温伯格平衡（χ² = 0.49，p = 0.48；表1）。三组基因型之间的基线特征比较显示，年龄、体重指数（BMI）、手术时间、性别、手术入路、假体类型、术前疼痛（VAS）、术前焦虑（HAM-A）、术前抑郁（HAM-D）以及术中舒芬太尼剂量等指标差异均无统计学意义（所有p > 0.05；表2）。

基线特征比较
在年龄、体重指数（BMI）、平均手术时间、性别分布、术前疼痛视觉模拟评分（VAS）、术前焦虑/抑郁评分、手术入路、假体类型或术中舒芬太尼剂量方面，CC、CT 和 T...

讨论

髋关节置换术是一种常见的大型骨科手术，术后疼痛是患者面临的主要问题之一。术后镇痛效果受多种因素影响，包括患者的年龄、性别、体重和疼痛敏感性等个体因素，以及手术方式和术后康复锻炼等外部因素^13,14。此外，药物镇痛方案也是影响术后镇痛效果的重要因素，例如阿片类药物的剂量和给药方式。术后疼痛作为外科患者常见的并发症之一，不仅影响患者的生活质量，还会带来一系列社会和经济负担。未得到治疗或控制不佳的术后急性疼痛可能逐渐演变为慢性疼痛，引发更多问题。然而，个体对疼痛和镇痛药物的敏感性存在显著差异，这使得术后镇痛成为一项挑战。这种个体差异无法完全由外部因素解释，表明遗传因素可能发挥重要作用¹⁵。为了探究遗传因素与疼痛之间的关系，研究人员开展了大量体外和体内实验in vitro和in vivo^15,16，并发现了多种与疼痛相关的基因。基...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.9% 氯化钠注射液	Fresenius Kabi	19194	舒芬太尼（患者自控镇痛溶液）及其他药物的稀释剂；术中用于伤口冲洗 [document: "Postoperative PCIA", "Hip arthroplasty procedure"].
等位基因 discrimination 分析软件（用于实时 PCR）	未指定（与实时 PCR 平台相同）	未指定	用于 ABCB1 C3435T 基因分型；要求调用率 ≥95% 且重复样本一致性为 100% [document: "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
离心机（用于血清/血浆分离）	Beckman Coulter	Avanti J - E	运行条件约为 1000 × g（≈3000 rpm，转子半径 10 cm）；在室温下离心血液样本 10–20 分钟以分离血清/血浆 [document: "Blood sampling and processing"].
顺式阿曲库铵注射液	江苏恒瑞医药股份有限公司	H20060869	用于气管插管的神经肌肉阻滞剂，剂量为 0.1 mg/kg [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
临床化学分析仪	罗氏诊断	Cobas c 501	检测血清生物标志物（PGE2、SP、β-EP）[document: "Pain mediator assays"].
EDTA 抗凝剂	BD Vacutainer	366450	用于术前静脉采血（5 mL），用于基因组 DNA 提取和基因分型；样本通过轻柔颠倒混匀以防止凝固 [document: "Study design and participants", "Blood sampling and processing"].
心电图仪（ECG）	Philips	CardioPerfect MX800	标准术中监测的一部分 [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
EndNote	Clarivate Analytics	X9	辅助参考文献管理和格式化（符合期刊引文规范）[reference: "JoVE_Materials.xls"].
呼气末二氧化碳（ETCO2）监测仪	Masimo	Rad - 97	标准术中监测的一部分；用于维持正常通气状态 [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
低温冰箱（-80°C/-20°C）	海尔	DW - 86L626 (-80°C); DW - 25L262 (-20°C)	-80°C 用于储存分装的血清/血浆；-20°C 用于储存提取的基因组 DNA [document: "Blood sampling and processing", "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
咪达唑仑注射液	江苏恩华药业股份有限公司	H10980025	麻醉诱导药物，剂量为 0.05 mg/kg [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
无创血压监测仪	欧姆龙	HEM - 9072T	标准术中监测的一部分 [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
程序化静脉镇痛（PCIA）泵	Phoenix Pharmaceuticals	EK-022-16	用于术后舒芬太尼给药；设置参数：背景输注速度 1 mL/h，单次剂量 1 mL，锁定间隔 10 分钟；记录舒芬太尼累计消耗量 [document: "Postoperative PCIA"].
丙泊酚注射液	阿斯利康	H20120088	用于麻醉诱导（滴定至意识消失）和维持（0.08–0.12 mg·kg-1·min-1）[document: "Anesthesia and intraoperative management"].
前列腺素 E2（PGE2）放射免疫分析试剂盒	Cayman Chemical	514010	经验证的血清 PGE2 检测试剂盒；重复检测，批内 CV ≤10%，批间 CV ≤15%（超出限值时需重复实验）[document: "Pain mediator assays"].
脉搏血氧仪			标准术中监测的一部分（测量 SpO2）[document: "Anesthesia and intraoperative management"].
实时 PCR 平台	Phoenix Pharmaceuticals	EK-022-16	用于 ABCB1 C3435T 基因分型；热循环条件：酶活化后，进行 40 个循环的变性（95°C，约 15 秒）和退火/延伸（60°C，约 60 秒）[document: "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
基于硅胶膜柱的基因组 DNA 提取试剂盒	Qiagen	51104	用于从全血中提取基因组 DNA；操作步骤包括细胞裂解、蛋白消化、DNA 吸附、连续洗涤及在 100 μL 洗脱缓冲液中洗脱 [document: "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
分光光度计	赛默飞世尔科技	NanoDrop One	测定 DNA 浓度和纯度；A260/280 比值 ≈1.8–2.0 的样本视为合格 [document: "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
SPSS	IBM Corporation	26	用于统计分析：Shapiro-Wilk 正态性检验、Levene’s 检验、ANOVA、Kruskal-Wallis 检验、χ² 检验等 [document: "Statistical analysis"; reference: "JoVE_Materials.xls"].
P 物质（SP）放射免疫分析试剂盒	默克密理博	RAB0456	经验证的血清 SP 检测试剂盒；质量控制标准与 PGE2 试剂盒相同 [document: "Pain mediator assays"].
舒芬太尼注射液	正大天晴药业集团股份有限公司	NA	用于麻醉诱导（0.4 μg/kg）、术中维持（0.15–0.30 μg·kg-1·h-1）以及术后 PCIA（1.5 μg/mL，用 0.9% 氯化钠稀释）[document: "Anesthesia and intraoperative management", "Postoperative PCIA"].
TaqMan SNP 基因分型检测试剂盒（用于 ABCB1 C3435T, rs1045642）	Qiagen	51104	专为实时 PCR 设计的预合成等位基因特异性水解探针检测试剂盒，用于 ABCB1 C3435T 多态性基因分型 [document: "Genomic DNA extraction and SNP genotyping"].
气管插管设备（喉镜、气管导管）	Draeger	Capnomac Ultima	在确认神经肌肉阻滞后用于气管插管 [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
容量控制呼吸机	Dräger	Primus	用于术中机械通气；设置参数：呼吸频率约 15 次/分钟，潮气量 6–8 mL/kg 预测体重 [document: "Anesthesia and intraoperative management"].
β-内啡肽（β-EP）夹心免疫分析试剂盒	Phoenix Pharmaceuticals	EK-022-16	经验证的血清 β-EP 检测试剂盒；使用 ≥5 个标准品生成校准曲线 [document: "Pain mediator assays"].