A long-term opioid use has been associated with hypermethylation of the opioid receptor mu 1 (OPRM1) promoter. Very little is currently known about the early epigenetic response to therapeutic opioids. Here, we examine whether we can detect DNA methylation changes associated with a few days’ use of prescribed opioids. Genome-wide DNA methylation was assayed in a cohort of 33 opioid-naïve participants who underwent standard dental surgery followed by opioid self-administration. Saliva samples were collected before surgery (visit 1), and at two postsurgery visits at 2.7 ± 1.5 days (visit 2), and 39 ± 10 days (visit 3) after the discontinuation of opioid analgesics. The perioperative methylome underwent significant changes over the three visits that were primarily due to postoperative inflammatory response and cell heterogeneity. To specifically examine the effect of opioids, we started with a candidate gene approach and evaluated 10 CpGs located in the OPRM1 promoter. There was a significant cross-sectional variability in opioid use, and for participants who self-administered the prescribed drugs, the total dosage ranged from 5–210 morphine milligram equivalent (MME). Participants were categorized by cumulative dosage into three groups: < 25 MME, 25–90 MME, and ≥ 90 MME. Using mixed-effects modeling, 4 CpGs had significant positive associations with opioid dose at two-tailed p value < 0.05, and overall, 9 of the 10 OPRM1 promoter CpGs showed the predicted higher methylation in the higher dose groups relative to the lowest dose group. After adjustment for age, cellular heterogeneity, and past tobacco use, the promoter mean methylation also had positive associations with cumulative MME (regression coefficient = 0.0002, one-tailed p value = 0.02) and duration of opioid use (regression coefficient = 0.003, one-tailed p value = 0.001), but this effect was significant only for visit 3. A preliminary epigenome-wide association study identified a significant CpG in the promoter of the RAS-related signaling gene, RASL10A, that may be predictive of opioid dosage. The present study provides evidence that the hypermethylation of the OPRM1 promoter is in response to opioid use and that epigenetic differences in OPRM1 and other sites are associated with a short-term use of therapeutic opioids.

中文翻译：

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短期处方阿片类药物对 OPRM1 启动子 DNA 甲基化的影响。

长期使用阿片类药物与阿片受体 mu 1 (OPRM1) 启动子的高甲基化有关。目前对治疗性阿片类药物的早期表观遗传反应知之甚少。在这里，我们检查是否可以检测与几天使用规定的阿片类药物相关的 DNA 甲基化变化。在 33 名未使用过阿片类药物的参与者中进行了全基因组 DNA 甲基化分析，这些参与者接受了标准的牙科手术，然后是阿片类药物的自我给药。在手术前（第 1 次就诊）和在停用阿片类镇痛药后 2.7 ± 1.5 天（第 2 次就诊）和 39 ± 10 天（第 3 次就诊）的两次手术后就诊时收集唾液样本。围手术期甲基化组在 3 次就诊中发生了显着变化，这主要是由于术后炎症反应和细胞异质性。为了专门检查阿片类药物的作用，我们从候选基因方法开始，并评估了位于 OPRM1 启动子中的 10 个 CpG。阿片类药物的使用存在显着的横断面变异，对于自行服用处方药的参与者，总剂量范围为 5-210 吗啡毫克当量 (MME)。参与者按累积剂量分为三组：< 25 MME、25-90 MME 和 ≥ 90 MME。使用混合效应模型，4 个 CpG 与阿片类药物剂量显着正相关，双尾 p 值 < 0.05，总体而言，10 个 OPRM1 启动子 CpG 中的 9 个显示预测的较高剂量组相对于最低剂量组更高的甲基化. 在调整年龄、细胞异质性和过去烟草使用后，启动子平均甲基化也与累积 MME（回归系数 = 0.0002，单尾 p 值 = 0.02）和阿片类药物使用持续时间（回归系数 = 0.003，单尾 p 值 = 0.001）呈正相关，但这种影响是显着的仅用于访问 3。一项初步的表观基因组范围关联研究在 RAS 相关信号基因 RASL10A 的启动子中发现了一个显着的 CpG，它可以预测阿片类药物的剂量。本研究提供的证据表明 OPRM1 启动子的高甲基化是对阿片类药物使用的反应，并且 OPRM1 和其他位点的表观遗传差异与治疗性阿片类药物的短期使用有关。但这种影响仅在访问 3 时显着。一项初步的表观基因组范围关联研究在 RAS 相关信号基因 RASL10A 的启动子中发现了一个显着的 CpG，这可能是阿片类药物剂量的预测。本研究提供的证据表明 OPRM1 启动子的高甲基化是对阿片类药物使用的反应，并且 OPRM1 和其他位点的表观遗传差异与治疗性阿片类药物的短期使用有关。但这种影响仅在访问 3 时显着。一项初步的表观基因组范围关联研究在 RAS 相关信号基因 RASL10A 的启动子中发现了一个显着的 CpG，这可能是阿片类药物剂量的预测。本研究提供的证据表明 OPRM1 启动子的高甲基化是对阿片类药物使用的反应，并且 OPRM1 和其他位点的表观遗传差异与治疗性阿片类药物的短期使用有关。