THE INFLUENCE OF SINGLE-NUCLEOTIDE POLYMORPHISMS OF CATECHOL-O-METHYLTRANSFERASE GENE ON THE FORMATION OF PAIN SYNDROME AND EFFECTIVENESS OF ANALGESIA IN ONCOLOGICAL PATIENTS

Full Text

Международная ассоциация по изучению боли (IASP) определяет боль как неприятное ощущение и эмоциональное переживание, возникающее в связи с настоящей или потенциальной угрозой повреждения тканей или описываемое в терминах такого повреждения [1]. Существует множество классификаций боли: по продолжительности, происхождению, механизмам развития (ноцицептивная, нейропатическая, дисфункциональная). В формировании болевого синдрома у онкологических больных задействовано множество механизмов, зависящих от физических, эмоциональных, когнитивных и генетических факторов, и их понимание способствует облегчению боли [2, 3]. Для больных раком боль является симптомом, которого больше всего боятся и который в значительной степени влияет на качество жизни. Болевой синдром может быть первым симптомом болезни и одним из самых распространенных симптомов при прогрессировании онкопатологии. Поэтому эффективное облегчение боли является высоко приоритетной и достаточно сложной задачей в клинической практике на всех стадиях заболевания. Предыдущие исследования показывают, что генетическая изменчивость может влиять на восприятие боли и эффективность опиоидных анальгетиков [4]. К настоящему времени идентифицированы «болевые» гены, одним из которых является ген, кодирующий фермент катехол-о-метилтрансферазу (COMT). Важной функцией фермента является метаболизм катехоламинов, участвующих в модуляции боли посредством воздействия на функцию эндогенной опиоидной системы и норадренергических и адренергических механизмов модуляции антиноцицептивных путей в ЦНС [5-7]. Ген COMT содержит полиморфные локусы, однонуклеотидные замены в которых вносят вклад в межиндивидуальные различия болевой чувствительности, хронизацию боли и реакцию на анальгетики [8]. Наиболее изученным полиморфизмом в гене COMT является полиморфизм rs4680 в экзоне 4. Это миссенс-мутация в кодирующей области, которая приводит к замене валина на метионин в аминокислотной последовательности белка в положении 158 мембраносвязанной MB-COMT (Val158Met) и 108 в растворимой S-COMT (Val108Met) (частота мутантной аллели: 0,4-0.95) [9]. Мет158 форма COMT кодирует фермент СОМТ с более низкой термостабильностью и, следовательно, его активность при 37°С оказывается в 3-4 раза ниже, по сравнению с формой Val158 [10]. Существуют доказательства того, что полиморфизмы в некодирующих областях гена (расположенные в зоне интронов и промоторов) могут влиять на активность фермента вследствие изменения уровня экспрессии мРНК. Так, однонуклеотидный полиморфизм в области Р2 промотора гена COMT (rs2075507) также может влиять на активность кодируемого фермента, т.к. замена в промоторе более вероятно влияет на уровень транскрипции, чем замена в интроне. Активно обсуждается влияние полиморфизмов гена COMT на эффективность и безопасность опиоидных анальгетиков (в основном морфина) при лечении боли. Было показано, что вариант СОМТ Val158Met связан со снижением потребности в морфине для обезболивания у онкологических больных: пациенты, гомозиготные по аллели Val158, нуждались в значительно большей дозе морфина, по сравнению с имевшими одну или две копии Met158 аллели [11, 12]. Ross J. и соавт. установили, что однонуклеотидный полиморфизм в интроне 1 (rs740603) оказывает влияние на развитие сонливости или галлюцинации у онкологических пациентов, получающих морфин [13]. Неблагоприятные эффекты, предотвращающие дальнейшую эскалацию дозы и таким образом ограничивающие степень достигнутой анальгезии, являются значительной проблемой в клинической практике и требуют перевода на альтернативный опиоид. Выделение группы риска таких больных на основании генетического подхода позволило бы значительно улучшить переносимость анальгезии и повысить качество жизни пациентов. Цель исследования: изучить влияние наличия однонуклеотидных полиморфизмов гена COMT на формирование и особенности хронического болевого синдрома, уровень тревоги и депрессии, эффективность обезболивания морфином у онкологических больных. Материалы и методы Проспективное когортное исследование выполнено на базе ГБУЗ «Республиканский онкологический диспансер» г. Петрозаводска в течение 2014-2016 гг. и включало на первом этапе 196 пациентов, оперированных по поводу онкологической патологии (стадии II-IV). Критерии включения: - получение информированного согласия, - подтвержденный диагноз онкопатологии независимо от локализации, - возраст старше 18 лет, - отсутствие тяжелой печеночной, почечной и сердечной недостаточности, инсулинозависимого сахарного диабета, психических расстройств. Критерии исключения: - возраст младше 18 лет, - неподтвержденная онкопатология, - наличие тяжелой печеночной, почечной и сердечной недостаточности, инсулинозависимого сахарного диабета, психических расстройств, - отказ или неспособность заполнить опросники. Все пациенты оперированы в условиях тотальной в/в анестезии с применением пропофола и фентанила, малых субнаркотических доз севофлюрана, миоплегия мивакуриумом. Второй этап исследования проведен через 12 мес (рис. 1). Проанализированы катанамнестические данные, проведено нейроортопедическое обследование, что позволило включить в исследуемую группу для дальнейшего анализа только пациентов с болевым синдромом, обусловленным онкологической патологией и связанным с ней лечением. Оценка интенсивности боли проводилась по краткому болевому опроснику, для последующего анализа использовали средний балл выраженности боли по числовой рейтинговой шкале (ЧРШ). Для выявления тревоги и депрессии использовали опросник HADS (Hospital Anxiety and Depression Scale), предназначенный для скринингового выявления признаков тревоги и депрессии у пациентов соматического стационара. Нейропатический компонент боли оценивался по опроснику PainDetect. Сенсорный, аффективный и эволюативный компонент боли оценивался по опроснику McGill, подсчитывали ранговый индекс боли по сенсорным (РИБ сен) и аффективным характеристикам (РИБ афф). Третий этап исследования включал в себя наблюдение за пациентами с хроническим онкологическим болевым синдромом, нуждавшимися в назначении морфина. Оценивалось потребление морфина в первую неделю, а также отслеживалась степень выраженности центральных побочных эффектов по балльной шкале, таких как сонливость, спутанность и галлюцинации. Генотипирование выполнено в лаборатории генетики ФГБУ науки «Института биологии Карельского научного центра Российской академии наук» на научном оборудовании Центра коллективного пользования «Комплексные фундаментальные и прикладные исследования особенностей функционирования живых систем в условиях Севера». Генотипирование проводилось по следующим полиморфным маркерам гена катехол-о-метилтрансферазы COMT: rs4680 (1222G>A, экзон 4 гена COMT; миссенс-мутация в кодирующей области, приводит к замене Val158Met в аминокислотной последовательности белка), rs740603 (-4873G>A, интрон 1 гена COMT), rs2097603 (-21958A>G, промотор гена COMT), rs4633 (186C>T, экзон 3 гена COMT; синонимическая мутация в кодирующей области). Все исследуемые варианты генов являются точковыми мутациями (однонуклеотидными заменами). В названии полиморфного маркера в скобках отражена позиция (номер нуклеотида) однонуклеотидной замены относительно стартового кодона ATG в нуклеотидной последовательности данного гена и альтернативные варианты аллелей. ДНК выделяли из 700 мкл венозной крови с помощью набора для выделения тотальной ДНК «innuPREP DNA MicroKit» («Analytik Jena», Германия). Генотипирование по изучаемым полиморфным маркерам гена COMT проводилось методом аллель-специфической полимеразной цепной реакции (ПЦР) на приборе «Maxygene II ThermalCycler» («Axygen», США). Электрофорез ПЦР-продуктов проводили в 2% агарозном геле с использованием прибора для электрофореза «WideMiniSubCell GT» («Bio-Rad», США) и визуализировали с помощью системы «Kodak EDAS 290» («Kodak», США). На основании данных генотипирования пациентов оценивали по распределению частот генотипов и гаплотипов по полиморфизмам rs4680, rs740603, rs2097603 = rs2070577, rs4633 гена COMT. Связь между различными генотипами, гаплотипами и интенсивностью хронической боли, выраженностью рангового индекса боли для сенсорных и аффективных характеристик по шкале McGill, наличия нейропатического компонента боли и тревоги изучалась в целом по всей выборке. Такой же анализ проводился с целью выявить различие в потреблении морфина (мг/сут) и степени выраженности центральных побочных эффектов, таких как сонливость, спутанность и галлюцинации. Статистический анализ данных, полученных в ходе клинического исследования, включал следующие методы: - процедуры описательной статистики: расчет средних значений и среднеквадратических отклонений числовых величин с нормальным или близким к нормальному законом распределения, расчет медиан, квартилей и размахов для балльных величин и показателей, закон распределения которых статистически значимо отличался от нормального; расчет абсолютных и относительных частот для качественных и бинарных показателей; - однофакторный дисперсионный анализ ANOVA для проверки статистической достоверности различия средних; - критерий Краскела-Уоллиса и медианный критерий для проверки статистически значимых различий 3 выборок, статистически достоверно отклоняющихся от нормального закона распределения; - критерий Манна-Уитни для 2 независимых выборок, статистически достоверно отклоняющихся от нормального закона распределения; - критерий χ2 для проверки статистически значимого межгруппового различия распределения частот. Результаты по числовым показателям представлены в виде средних и среднеквадратических отклонений или медианы с 25 и 75% квартилями, частоты счетных и бинарных показателей отражены абсолютными (N) и относительными (%) значениями. Проверка распределения каждого числового показателя на статистическое соответствие нормальному распределению проводилась с использованием критериев Колмогорова-Смирнова и Шапиро-Уилкса. При использовании критериев проверки гипотезы о достоверности различия, а также проверки значимости отличия расчетных статистических параметров от нулевого эффекта, уровень значимости был принят равным 0,05. Мощность всех применяемых критериев была установлена на уровне 0,80. Для проведения статистического анализа данных использовались программные пакеты MSExcel 2010 и Statistica v.10. Гаплотипный анализ проводился с применением программы ARLEQUIN VER 3.1. Результаты На первом этапе исследования были проанализированы результаты генотипирования 196 пациентов, оперированных по поводу онкологической патологии. Характеристика пациентов представлена в таблице 1. Результаты по частотам генотипов, аллелей для 4 исследуемых участков гена COMT и тест на соответствие распределений аллелей и генотипов по полиморфным маркерам гена COMT равновесию Харди-Вайнберга представлены в нашей работе, опубликованной ранее [14]. Гаплотипы, составленные из 3 исследованных локусов гена СОМТ (rs4680-rs740603-rs2097603), и частота их встречаемости в выборке представлены в таблице 2. Частоты трех наиболее часто встречающихся в данной выборке гаплотипов (rs4680-rs740603-rs2097603) составили 15,4 (GG-GA-AG) и 11,8% (GA-GA-AG; AA-AA-AG). Четырнадцать различных гаплотипов с частотой более 2% описывали 94% всей выборки. Статистически достоверного различия между распределением частот генотипов и гаплотипов между подгруппами мужчин и женщин, а также в разных возрастных подгруппах не наблюдалось [14]. Через 12 мес при проведении осмотра и анкетирования хронический онкологический болевой синдром был диагностирован у 134 пациентов. Распределение частоты гаплотипов, из 3 исследованных локусов гена COMT (rs4680rs740 603 - rs2097603), в выборке пациентов с хроническим болевым синдромом представлено в таблице 3. Далее расчет средних значений и других статистических параметров проводился только для гаплотипов с частотой не менее 3%. Средние значения интенсивности боли по ЧРШ, соответствующие гаплотипам с частотой не менее 3%, представлены на рисунке 2. Данные представлены в виде средних значений и их 95% доверительных интервалов (95%ДИ). Можно отметить, что интенсивность боли по ЧРШ возрастает с ростом количества мутаций в 3 исследованных локусов гена СОМТ. Из общей картины выбивается гаплотип AAGAAA, обладатели которого имеют относительно низкую среднюю оценку боли и самый большой разброс индивидуальных оценок. Оценка интенсивности боли по ЧРШ статистически значимо различается между пациентами с гаплотипом GGGAAG и всеми другими гаплотипами. Вся выборка пациентов, имеющих балльные оценки боли по опросникам PainDetect и McGill, была стратифицирована по генотипам для каждого локуса в отдельности. Как средние значения, так и медианы всех исследованных параметров статистически значимо различаются между генотипами по локусу rs4680 (уровень значимости 0,001). Средние значения и оценка боли по шкале PainDetect снижаются от генотипа GG (дикий тип) к генотипу АА (содержащему миссенс-мутацию в кодирующей области). Сумма рангового индекса боли по сенсорным и аффективным характеристикам также наиболее низкая у генотипа АА, однако различие между диким и смешанным типом небольшое и статистически незначимое, тогда как различие между носителями генотипа GG и носителями аллели A по данному локусу статистически и клинически значимое (рис. 3). Рассмотренные по отдельности ранговые индексы боли по сенсорным и аффективным характеристикам также показали статистически значимое различие средних и медиан между пациентами с генотипом GG, GA и AA, причем сенсорная характеристика снижается от дикого типа к содержащему миссенс-мутацию, а ранговый индекс боли по аффективным характеристикам, наоборот, увеличивается (рис. 4). Были рассчитаны также % доли рангового индекса боли, составляющие сумму сенсорного и аффективного компонента (РИБ сен% и РИБ аф%). Здесь также получены статистически значимые различия между генотипами. Так, среди пациентов с генотипом GG по rs4680 почти 100% вклад в суммарную оценку вносит сенсорный компонент, а на аффективный компонент приходится всего 4 % в среднем. Тогда как у пациентов с генотипом GA это распределение существенно иное - около 86 и 14% соответственно - и наиболее выраженное отличное от GG генотипа распределение этих двух компонентов среди генотипа AA (примерно 70 и 30%). Эту картину демонстрируют как средние значения, так и медианы оценок (рис. 5). Расчет средних значений и медиан оценок боли в группах пациентов, полученных после стратификации по генотипам по rs740603, не дал клинически заметных различий между группами. Небольшое исключение составляет процентный вклад аффективного компонента в сумму рангового индекса боли по сенсорному и аффективному компоненту опросника MCGill. Наибольший вклад аффективного компонента (в %) наблюдается в группе с генотипом GA по rs740603. Пациентов с генотипом АА в локусе rs2097603 было всего 2, поэтому проводилось сравнение только генотипа GG и AA по данному локусу. Статистически значимым (p<0,05) было различие только медиан суммы сенсорного и аффективного компонентов между двумя указанными группами пациентов (табл. 6). Медианы и средние значения оценок боли не имеют статистически значимых различий между генотипами по локусу rs4633, за исключением рангового индекса боли по аффективным характеристикам (табл. 7), который существенно увеличивается от генотипа СС к гетерозиготе и генотипу ТТ, а также % доли этой компоненты в сумму ранговых индексов боли по двум характеристикам (рис. 6). Оценка тревоги Средние уровни тревоги статистически значимо различаются между генотипами для всех изучаемых локусов (уровень значимости 0,01), за исключением rs2097603. На диаграммах, построенных для каждого из локусов (рис. 7), видно, что у гомозиготных носителей мутантной аллели балльная оценка тревоги существенно выше, чем у носителей других генотипов. Взаимосвязи между ранговыми индексами характеристик боли по шкале McGill, PainDetect и тревогой В той же выборке из 134 пациентов (второй этап исследования) была проанализирована связь между ранговым индексом боли для сенсорных и аффективных характеристик, их суммой, оценкой нейропатического компонента боли по PainDetect и оценкой тревоги по шкале HADS. Клинически заметные и статистически значимые (<0,05) значения парных коэффициентов корреляции по Спирмену наблюдались между ранговым индексом боли по аффективным характеристикам и тревогой (+0,63). Оценка по опроснику PainDetect статистически значимо коррелировала с сенсорным компонентом, но имела очень слабую обратную линейную связь с ранговым индексом боли по аффективным характеристикам (+0,63 и -0,24 соответственно). Оценки тревоги и депрессии имели статистически значимые, но слабые линейные связи с сенсорным компонентом и оценкой PainDetect (все значения менее 0,4 по модулю). Из полученных результатов можно сделать заключение, что ранговый индекс боли по аффективным характеристикам отражает уровень стресса пациента (тревожность и депрессию), а сенсорный компонент более всего соответствует балльной оценке PainDetect. Три основные взаимосвязи отражены на графиках ниже (рис. 8). Гаплотипы Было проведено стратифицирование всей выборки пациентов второго этапа исследования по гаплотипам, образованным 3 из 4 локусов: rs4680, rs740603 и rs2097603. В тех подгруппах, где объем выборки позволял применить методы описательной статистики, были рассчитаны средние значения и медианы, а также другие статистики всех оценок боли. Результаты представлены на рисунке 9 и также в таблице 8. Оценки по опроснику PainDetect, сумма ранговых индексов боли сенсорных и аффективных характеристик, а также ранговый индекс боли по сенсорным характеристикам снижаются по мере увеличения количества копий мутантной аллели (одна или две) в генотипе и гаплотипе. Оценки тревоги, депрессии и рангового индекса боли по аффективным характеристикам увеличиваются с ростом количества копий мутантной аллели по 3 локусам, что соответствует и результатам корреляционного анализа. Наиболее яркий вклад в изменение значений вносит мутация rs4680 в экзоне гена COMT (рис. 10). По мере увеличения количества мутаций в 3 локусах возрастает вклад аффективной составляющей в оценку рангового индекса боли по опроснику McGill (рис. 10). В третий этап исследования вошли пациенты, потребовавшие для купирования болевого синдрома использования морфина. Распределение частот гаплотипов из 3 исследованных локусов гена COMT (rs4680- rs740603-rs2097603), в выборке пациентов с хроническим болевым синдромом, потребовавших для купирования боли использования морфина, представлено в таблице 9. Расчет средних значений и других статистических параметров проводился только для гаплотипов с частотой более 3%. Средние дозы морфина (в порядке возрастания), которые требуются пациентам с определенными гаплотипами, представлены в таблице 10. Эта же зависимость средних значений доз морфина по локусам rs4680- rs740603-rs2097603 гена COMT отражена на рисунке 11. Данные представлены в виде средних значений и их 95% доверительных интервалов (95%ДИ). Различия между средними значениями доз морфина, рассчитанными для различных гаплотипов, статистически значимы. Можно отметить, что дозы возрастают с уменьшением количества копий мутантной аллели (одна или две) в генотипе каждого из трех учтенных локусов. При анализе степени выраженности центральных побочных эффектов сонливость и спутанность у носителей мутаций в локусах rs4680 и rs740603 встречались чаще. Обсуждение Пациенты с онкологической патологией нередко имеют ограниченный прогноз продолжительности жизни, и важно, как можно быстрее добиться адекватного контроля боли с минимальными побочными эффектами. В исследовании представлены данные по одному из генов, участвующих в модуляции боли и влияющего на особенности формирования хронического болевого синдрома. Раскрытие роли наследственных факторов, модулирующих боль и эффекты обезболивающих препаратов, вселяет оптимизм, что генотипирование пациентов с болевым синдромом будет способствовать эффективному управлению болью [15, 16]. Однако многие из генетических исследований проведены в ограниченных условиях с жестко заданными параметрами (с определенной локализацией, стадией онкологического процесса), что затрудняет перенос полученных результатов на реальную клиническую практику. В связи с этим в настоящей работе мы провели комплексное проспективное исследование связи наиболее известных полиморфизмов гена СОМТ с особенностями формирования хронического болевого синдрома и эффективностью и безопасностью терапии морфином. Функциональные гаплотипы СОМТ, кодирующие фермент с низкой активностью, представляют большой риск развития хронических неонкологических болевых синдромов, таких как фибромиалгия, мигрень, болевая дисфункция височно-нижнечелюстного сустава, влияют на отдаленные результаты вмешательств на плечевом суставе [17-19]. По нашим данным, увеличение количества копий мутантной аллели (одна или две) в генотипе по локусам rs4680 и rs740603 влияют на оценку интенсивности боли по числовой рейтинговой шкале, а также вносят свой вклад в соотношение сенсорных и аффективных характеристик болевого синдрома, что демонстрирует опросник McGill. Оценки тревоги, депрессии и рангового индекса боли по аффективным характеристикам увеличиваются с ростом количества копий мутантной аллели по 3 локусам, что соответствует и результатам корреляционного анализа. Наиболее яркий вклад в изменение значений вносит мутация rs4680 в экзоне4 гена COMT. Эти данные впервые получены нами для российской популяции и корреспондируют с данными других исследователей, которые изучали европейскую популяцию онкологических больных [11, 20]. Интересен потенциал взаимодействия между связанными с болью психологическими и наследственными факторами. Результаты нашего исследования согласуются с результатами наблюдения за пациентами с хронической послеоперационной болью после вмешательств на плечевом суставе, в котором продемонстрировано взаимодействие между психологическими характеристиками (катастрофизацией) боли и мутациями в гене COMT, последствиями которой являются формирование интенсивного болевого синдрома, большая потребность в обезболивающих препаратах и высокий риск хронизации боли [21]. Интересным является тот факт, что тревога и беспокойство у онкологических больных влияет на уровень секреции кортизола и его циркадный ритм [22, 23]. Генетические различия в дофаминергической системе ЦНС (модифицированные, например, полиморфизмами гена СОМТ) могут приводить к различным сбоям в реакции гипоталамо-гипофизарной надпочечниковой системы. Носители Met / Met генотипа более подвержены этим нарушениям и имеют более высокий уровень кортизола, что снижает иммунную защиту и может способствовать росту опухоли [24, 25]. Этот факт обусловливает важность использования медикаментозных и немедикаментозных методов, направленных на купирование тревоги и депрессии в программе лечения хронического болевого синдрома в онкологии у пациентов с наличием мутаций в гене СОМТ. В нашем исследовании различия между средними значениями доз морфина, рассчитанными для различных гаплотипов, статистически значимы и отличались друг от друга четырехкратно. Можно отметить, что дозы возрастают с уменьшением количества копий мутантной аллели (одна или две) в генотипе каждого из трех учтенных локусов. Это наблюдение весьма неожиданно, поскольку, по данным других исследователей, люди с генетическим вариантом Val158Met COMT имеют низкую толерантность к боли [26]. Одним из возможных объяснений нашего наблюдения более низких доз морфина, требуемых для купирования боли у онкологических больных с данным генотипом, может быть факт увеличения плотности μ-опиоидных рецепторов, что обуславливает более эффективное действие препарата. По данным Rakvåg T. и соавт., этот феномен определяет только наличие мутантной аллели, а пол, возраст, функция почек и печени, концентрация активных метаболитов морфина не оказывают влияния [8]. Кроме того, в нашем исследовании мы выявили тенденцию неблагоприятных центральных побочных эффектов на морфин, таких как спутанность, сонливость и галлюцинации, которые также зависели от количества копий мутантных аллелей гена СОМТ. Из вышесказанного следует важный клинический вывод: пациентам с мутантной аллелью необходимо медленно и аккуратно титровать морфин для предотвращения развития опиоид-индуцируемой гипералгезии и центральных побочных эффектов на наркотический анальгетик [27]. Заключение Результаты данного исследования предполагают, что полиморфизм гена COMT может обусловливать различия в формировании хронического болевого синдрома у онкологических больных и способствовать вариабельности клинической эффективности морфина. Эти данные представляют принципиальный интерес, т.к. показывают, что изменчивость генов, относящихся к неопиоидным системам, может обусловливать различия в клинической эффективности опиоидов.

About the authors

Arina P. Spasova

Medical Institution of Petrozavodsk State University

Email: arina22@mail.ru
MD, PhD, Assistant Professor of Chair of X-Ray diagnostic and X-Ray treatment with course of Critical And Respiratory Medicine of Medical Institution of Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, 185910, Russian Federation Petrozavodsk, 185910, Russian Federation

I. V Kurbatova

Institute of Biology of the Karelian Research Centre of the RAS

Petrozavodsk, 185910, Russian Federation

O. Yu Barysheva

Medical Institution of Petrozavodsk State University

Petrozavodsk, 185910, Russian Federation

G. P Tikhova

Medical Institution of Petrozavodsk State University

Petrozavodsk, 185910, Russian Federation

References

Supplementary files