利多卡因体外抗肿瘤作用机制的研究进展△

杨川　刘涛　王娜娜

延安大学附属医院耳鼻喉科，陕西　延安　716000

利多卡因体外抗肿瘤作用机制的研究进展△

杨川刘涛#王娜娜

延安大学附属医院耳鼻喉科，陕西延安716000

利多卡因是应用较为广泛的酰胺类局麻药物，近年来对利多卡因体外抗肿瘤作用的报道较多，研究证实该药可通过去甲基化途径、内质网应激途径、促分裂原活化蛋白激酶（MAPK）途径、类肝素结合样表皮生长因子（HB-EGF）途径以及其他非死亡受体途径诱导肿瘤细胞凋亡，并且相比于正常细胞对肿瘤细胞表现出靶向趋势，本文就利多卡因体外抗肿瘤作用机制研究综述如下。

利多卡因；肿瘤细胞；凋亡；抗肿瘤

利多卡因系酰胺类麻醉药，临床常用于局部皮肤、黏膜麻醉及区域神经阻滞，并有抗炎、抗菌［1-4］等特殊作用。近年来随着对肿瘤发病机制研究的不断深入，研究者逐渐认识到围术期应用不同麻醉药物对肿瘤转移、复发、生存期也存在一定程度的影响，且发现利多卡因这一低细胞毒性、廉价的药物在肿瘤治疗、预防方面具有较好的应用前景［5］，本文就利多卡因体外抗肿瘤作用相关机制研究综述如下。

1　去甲基化途径

研究表明抑癌基因启动子甲基化导致抑癌基因功能失效是肿瘤发生和发展的重要原因之一［6］，国内外学者关于利多卡因的去甲基化作用都进行了相关探索。早期Lirk等［7］分别用普鲁卡因和利多卡因对乳腺癌细胞BT-20（雌激素受体阴性）和MCF-7（雌激素受体阳性）进行了实验，结果表明普鲁卡因和利多卡因均可抑制肿瘤细胞增殖，并且对BT-20的抑制效果更为明显；在引起DNA去甲基化方面，0.01 mmol和0.1 mmol利多卡因可明显减少MCF-7 DNA的甲基化，1 mmol的利多卡因反而明显增加MCF-7 DNA的甲基化；而对BT-20各浓度利多卡因均表现去甲基化作用。在对抑癌基因GSTP1、MYOD1、RASSF1A的DNA甲基化和mRNA表达的评估显示，国内外研究结果存有差异，其中荷兰学者观察到利多卡因增加MCF-7、BT-20细胞MYOD1的DNA甲基化（并不增加其mRNA的表达），对抑癌基因GSTP1、RASSF1A的DNA甲基化及mRNA表达无明显改变［7］。而我国学者观察到利多卡因除能显著减少肿瘤细胞MCF-7和MDA-MB-231 CPG岛甲基化比例，同时对抑癌基因RARβ和RASSF1A在mRNA和蛋白水平均有明显改变，并利用siRNA敲除抑癌基因RARβ和RASSF1A的表达后使利多卡因处理过的MCF-7凋亡受到了明显抑制［8］。针对上述差异中利多卡因增加抑癌基因甲基化而不增加相应mRNA的表达，笔者认为可能与检测中该抑癌基因突变或mRNA发生异构剪切，从而造成了识别上的差异有关，不过这种结构上的变异及技术上的缺陷可被高通量测序技术弥补。因此，基于第二代测序技术的运用将会更加全面、深入地揭示利多卡因针对肿瘤细胞的作用机制，其中可能包括利多卡因通过抑制DNA甲基转移酶，促进抑癌基因去甲基化以引起相关肿瘤细胞凋亡［9］。除此之外，Lirk等［7］亦证实利多卡因的去甲基化作用具有选择特异性，并认为这种选择特异性以及1 mmol利多卡因出现甲基化作用可能与雌激素受体有较大关系［10］。后来，相关研究者在前期基础上拓展了利多卡因的应用范围，认为利多卡因可增加5-aza-2 deoxycytidine（DAC）去甲基化作用，而不增加DAC的细胞毒性作用，并由此认为利多卡因系重要的表观遗传修饰药物，尤其在肿瘤围手术期的应用具有重要意义；并且临床应用中利多卡因不具其他促表观遗传变异药物骨髓抑制、器官毒性样不良反应，常规应用较为安全［11-12］。如此，利多卡因在肿瘤外科以及与化疗、放疗、生物治疗的联合应用，在增效减毒、降低围手术期应激、减少多因素致肿瘤扩散等方面具有重要应用前景［13-16］。

2　内质网应激途径

内质网应激（endoplasmic reticulum stress，ERS）系三大凋亡途径之一，是近年发现的新的凋亡途径，在肿瘤形成和治疗方面越来越受到重视［17］。研究表明，利多卡因诱导肿瘤细胞凋亡与内质网应激途径具有密切联系。早期Hong等［18］分别用利多卡因和衣霉素（ERS阳性对照药）处理嗜铬细胞瘤PC12，并用半定量RT-PCR检测各mRNA的表达量，结果表明利多卡因能增加ERS标志物之一伴侣分子CNX、CRT、PDI mRNA水平，并且其强度与衣霉素相当，其中对CNX、CRT的表达影响甚至超过衣霉素；对参与ERS途径的转录因子mRNA表达方面，利多卡因使ATF6、IRE1的表达成倍增加，并表现出剂量依赖特性。而后进行的ERS转录因子活性检测显示，利多卡因仅引起PERK微量增加，但笔者认为这可能与PERK自身磷酸化激活有关，因为同期蛋白质印迹法（western blotting，WB）显示磷酸化的eIF2明显增加。同时，研究者利用内切酶PstⅠ结合琼脂糖电泳技术检测到利多卡因可以诱导XBP1 mRNA的剪切。基于此，Hong等针对ERS未折叠蛋白相关凋亡途径的研究显示利多卡因无论体内、体外均能使ERS途径中抗凋亡因子Bcl-2、Bcl-x1减少，促凋亡因子Bak、BAX增加。随后，国内外相继报道了利多卡因体外通过下调抗凋亡因子，增加内质网应激相关因子诱导神经母细胞瘤SH-SY5Y凋亡，在经RNAi干扰Bip等相关表达后使SH-SY5Y凋亡减弱［19］，并且Chae等［20］证实了ERS下游通路主要依赖caspase-3。

3　促分裂原活化蛋白激酶途径

关于局麻药通过促分裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）途径诱导肿瘤细胞凋亡的理论研究，Lu等［21］证实布比卡因通过MAPK途径致人神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞凋亡，并认为该途径通过氧自由基介导。随后Harato等［22］运用MAPK抑制剂SB202190在Neuro2a细胞上进行了双向佐证。近期学者Chang等［23］用利多卡因对人甲状腺癌细胞8505C和K1进行处理，显示利多卡因可抑制癌细胞生长，使肿瘤细胞亚G1期（二倍体期）明显延长，并随着剂量的增加并依次出现凋亡、坏死；随后，他们用WB检测到了p-ERK1/2减少，p-p38和p-JNK表达增加，但利多卡因并不增加总p38和JNK水平；同时，用Caspase活性分光光度法亦检测到了caspase-3、caspase-7的活化，并伴有PARP的裂解和Bax/Bcl-2比例的增加，并且MAPK/ERK和p38MAPK激酶抑制剂可使caspase-3活性和PARP的裂解受抑制。由此可认为利多卡因等局麻药主要通过MAPK通路对甲状腺癌细胞产生毒性。

4　表皮生长因子受体途径

关于利多卡因抗肿瘤的作用机制研究，日本学者用利多卡因处理人肝癌细胞HT1080、Hos、RPMI-7951，认为利多卡因抑制HT1080细胞的侵袭主要通过抑制类肝素结合样表皮生长因子（heparin-binding epidermal growth factor-like growth factor，HB-EGF）从细胞表面脱落，并且利多卡因可通过调节细胞内Ca2+浓度来促进这一过程［24］。而后Sakaguchi等［25］认为利多卡因通过抑制EGFR酪氨酸激酶活性以发挥抗人口腔癌细胞增殖的作用，该项研究用利多卡因处理高表达表皮生长因子受体的人口腔癌细胞CAL27，表明利多卡因通过抑制EGF刺激EGFR酪氨酸激酶活性途径以抑制CAL27细胞增殖。关于利多卡因相同机制下抑制细胞增殖的报道亦见于Hirata等［26］的研究，但不同于肿瘤细胞的是利多卡因通过抑制EGFR酪氨酸激酶活性而抑制人角膜上皮细胞（HCEC）的增殖。

5　其他相关途径

5.1非死亡受体激活途径

Werdehausen等［27］用利多卡因处理过表达抗凋亡蛋白Bcl-2和缺乏caspase-9、caspase-8及Fas相关蛋白的转基因人Jurkat T淋巴细胞，结果显示利多卡因通过损伤线粒体膜电位减少Jurkat细胞活性，并且低浓度的利多卡因可激活caspase-3及细胞色素c的释放；但是高浓度的利多卡因未检测到caspase被激活；且利多卡因引起的这种凋亡可被过表达的Bcl-2蛋白或缺乏caspase-9而减弱，并由此认为利多卡因通过线粒体损伤途径引起细胞凋亡而不是死亡受体激活途径。

5.2生物能量途径

早在2000年Karniel和Beitner［28］研究报道利多卡因可通过降低糖酵解关键酶葡萄糖-1，6-二磷酸和果糖-1，6-二磷酸的合成减少黑色素瘤细胞的活性，并认为该机制与局麻药利多卡因引起细胞内Ca2+超载有关。该理论亦于近年被Jose等［29］通过对乳腺癌、前列腺癌、肝癌、骨癌、宫颈癌细胞的研究证实。

6　肿瘤靶向性

近期有学者在体内外分别用利多卡因和布比卡因对乳腺癌细胞MCF-7和正常乳腺上皮细胞MCF-10A进行处理，并进行细胞活力、DNA片段、免疫荧光染色、WB评估，结果表明利多卡因和布比卡因均可抑制肿瘤细胞活性，并且对MCF-7的抑制效果优于MCF-10A，表现出对肿瘤细胞的靶向趋势［30］。正如Kobayashi等［31］和Arita等［32］报道利多卡因诱导肾近曲小管细胞凋亡，而对气管平滑肌细胞无影响一样。局麻药本身对不同肿瘤细胞表现出不一样的抑制效果，具有对特定瘤细胞的选择特异性，但这种对特异细胞的选择机制尚不明确，可能与肿瘤细胞特有的酸碱度、等电点、过表达受体等肿瘤微环境相关。

综上所述，对利多卡因体外抑制肿瘤细胞的研究较多，尽管体外实验中各处理组利多卡因的pH值、渗透压等理化因素的控制缺乏均一性，从某种程度上对利多卡因的药效产生了干扰，但利多卡因所表现出的抗肿瘤疗效仍是值得肯定的，所涉及的凋亡途径众多。目前，关于利多卡因体内抗肿瘤疗效的评价及不良反应的研究尚缺乏报道，这与利多卡因体内应用时有效浓度难以确定，以及利多卡因半衰期较短全身长时间维持应用容易引起中枢系统、心血管系统的不良反应有关［18］。因此关于利多卡因体内抗肿瘤剂量、给药时间以及采取何种手段作用于肿瘤组织有待于进一步研究，尤其是基于纳米粒、阳离子脂质体、聚合物胶束等生物材料的修饰将为利多卡因抗肿瘤的应用提供安全、高效、靶向、缓释的可能。另一方面，有报道利多卡因体外对角膜上皮细胞、肾近曲小管细胞、关节软骨及滑膜细胞等正常细胞有抑制作用［26，33-34］，但Kobayashi等［31］认为上述作用与利多卡因浓度过高有关，加之近些年关于利多卡因在围术期应用降低肿瘤复发率及总体死亡率的报道为利多卡因用于肿瘤治疗提供了新的依据［35-36］，并且临床上未见常规剂量利多卡因引起相应器官损伤的报道。

［1］Borgeat A，Aguirre J.Update on local anesthetics［J］.Curr Opin Anaesthesiol，2010，23（4）:466-471.

［2］Jiao Q，Wang H，Hu Z，et al.Lidocaine inhibits staphylococcal enterotoxin-stimulated activation of peripheral blood mononuclear cells from patients with atopic dermatitis［J］. Arch Dermatol Res，2013，305（7）:629-636.

［3］Slaton RM，Thomas RH，Mbathi JW.Evidence for therapeutic uses of nebulized lidocaine in the treatment of intractable cough and asthma［J］.Ann Pharmacother，2013，47（4）: 578-585.

［4］Olsen PC，Ferreira TP，Serra MF，et al.Lidocaine-derivative JMF2-1 prevents ovalbumin-induced airway inflammation by regulating the function and survival of T cells［J］.Clin Exp Allergy，2011，41（2）:250-259.

［5］Lirk P，Fiegl H，Weber NC，et al.Epigenetics in the perioperative period［J］.Br J Pharmacol，2015，172（11）:2748-2755.

［6］Lewandowska J，Bartoszek A.DNA methylation in cancer development，diagnosis and therapy—multiple opportunities for genotoxic agents to act as methylome disruptors or remediators［J］.Mutagenesis，2011，26（4）:475-487.

［7］Lirk P，Berger R，Hollmann MW，et al.Lidocaine time-and dose-dependently demethylates deoxyribonucleic acid in breast cancer cell lines in vitro［J］.Br J Anaesth，2012，109（2）:200-207.

［8］Li K，Yang J，Han X.Lidocaine sensitizes the cytotoxicity of cisplatin in breast cancer cells via up-regulation of RARβ 2 and RASSF1A demethylation［J］.Int J Mol Sci，2014，15（12）:23519-23536.

［9］Castellano S，Kuck D，Sala M，et al.Constrained analogues of procaine as novel small molecule inhibitors of DNAmethyltransferase-1［J］.JMed Chem，2008，51（7）:2321-2325.

［10］Lirk P，Berger R，Hollmann MW，et al.At supra-clinical concentrations，lidocaine dose-depend-ently demethylates DNA in estrogen recepto-negative，but not estrogen receptor-positive，breast cancer cell lines in vitro［J］.Reg Anesth Pain Med，2011，36（5）:e155.

［11］Terse P，Engelke K，Chan K，et al.Subchronic oral toxicity study of decitabine in combination with tetrahydrouridine in CD-1 mice［J］.Int J Toxicol，2014，33（2）:75-85.

［12］Lirk P，Hollmann MW，Fleischer M，et al.Lidocaine and ropivacaine，but not bupivacaine，demethylate deoxyribonucleic acid in breast cancer cells in vitro［J］.Br J Anaesth，2014，113（Suppl1）:i32-38.

［13］Snyder GL，Greenberg S.Effect of anaesthetic technique and other perioperative factors on cancer recurrence［J］.Br J Anaesth，2010，105（2）:106-115.

［14］Gottschalk A，Sharma S，Ford J，et al.Review article:the role of the perioperative period in recurrence after cancer surgery［J］.Anesth Analg，2010，110（6）:1636-1643.

［15］Chen K，Wei P，Zheng Q，et al.Neuroprotective effects of intravenous lidocaine on early postoperative cognitive dysfunction in elderly patients following spine surgery［J］. Med Sci Monit，2015，21:1402-1407.

［16］Tikuišis R，Miliauskas P，Samalavičius NE，et al.Intravenous lidocaine for post-operative pain relief after hand-assisted laparoscopic colon surgery:a randomized，placebocontrolled clinical trial［J］.Tech Coloproctol，2014，18（4）: 373-380.

［17］Logue SE，Cleary P，Saveljeva S，et al.New directions in ER stress-induced cell death［J］.Apoptosis，2013，18（5）: 537-546.

［18］Hong DY，Kwon K，Lee KR，et al.Lidocaine induces endoplasmic reticulum stress-associated apoptosis in vitro and in vivo［J］.Int J Mol Sci，2011，12（11）:7652-7661.

［19］Li K，Han X.Endoplasmic reticulum stress is involved in the lidocaine-induced apoptosis in SH-SY5Y neuroblastoma cells［J］.J Mol Neurosci，2015，56（1）:122-130.

［20］Chae YK，Kang SM，Kim YH，et al.Bupivacaine-induced cytotoxicity related to endoplasmic reticulum stress pathways in SH-SY5Y cells［J］.Mol Cell Tox，2013，9（2）:141-147.

［21］Lu J，Xu SY，Zhang QG，et al.Bupivacaine induces apoptosis via mitochondria and p38 MAPK dependent pathways［J］.Eur J Pharmacol，2011，657（1-3）:51-58.

［22］Harato M，Huang L，Kondo F，et al.Bupivacaine-induced apoptosis independently of WDR35 expression in mouse neuroblastoma Neuro2a cells［J］.BMC Neurosci，2012，13:149.

［23］Chang YC，Hsu YC，Liu CL，et al.Local anesthetics induce apoptosis in human thyroid cancer cells through the mitogen-activated protein kinase pathway［J］.PLoS One，2014，9（2）:e89563.

［24］Mammoto T，Higashiyama S，Mukai M，et al.Infiltration anesthetic lidocaine inhibits cancer cell invasion by modulating ectodomain shedding of heparin-binding epidermalgrowth factor-like growth factor（HB-EGF）［J］.J Cell Physiol，2002，192（3）:351-358.

［25］Sakaguchi M，Kuroda Y，Hirose M.The antiproliferative effect of lidocaine on human tongue cancer cells with inhibition of the activity of epidermal growth factor receptor［J］.Anesth Analg，2006，102（4）:1103-1107.

［26］Hirata M，Sakaguchi M，Mochida C，et al.Lidocaine inhibits tyrosine kinase activity of the epidermal growth factor receptor and suppresses proliferation of corneal epithelial cells［J］.Anesthesiology，2004，100（5）:1206-1210.

［27］Werdehausen R，Braun S，Essmann F，et al.Lidocaine induces apoptosis via the mitochondrial pathway independently of death receptor signaling［J］.Anesthesiology，2007，107（1）:136-143.

［28］Karniel M，Beitner R.Local anesthetics induce a decrease in the levels of glucose 1，6-bisphosphate，fructose 1，6-bisphosphate，and ATP，and in the viability of melanoma cells［J］.Mol Genet Metab，2000，69（1）:40-45.

［29］Jose C，Bellance N，Chatelain EH，et al.Antiproliferative activity of levobupivacaine and aminoimidazole carboxamide ribonucleotide on human cancer cells of variable bioenergetic profile［J］.Mitochondrion，2012，12（1）:100-109.

［30］Chang YC，Liu CL，Chen MJ，et al.Local anesthetics induce apoptosis in human breast tumor cells［J］.Anesth Analg，2014，118（1）:116-124.

［31］Kobayashi K，Ohno S，Uchida S，et al.Cytotoxicity and type of cell death induced by local anesthetics in human oral normal and tumor cells［J］.Anticancer Res，2012，32（7）:2925-2933.

［32］Arita K，Utsumi T，Kato A，et al.Mechanism of dibucaineinduced apoptosis in promyelocytic leukemia cells（HL-60）［J］.Biochem Pharmacol，2000，60（7）:905-915.

［33］Lee HT，Xu H，Siegel CD，et al.Local anesthetics induce human renal cell apoptosis［J］.Am J Nephrol，2003，23（3）: 129-139.

［34］Rao AJ，Johnston TR，Harris AH，et al.Inhibition of chondrocyte and synovial cell death after exposure to commonly used anesthetics:chondrocyte apoptosis after anesthetics［J］.Am J Sports Med，2014，42（1）:50-58.

［35］Scavonetto F，Yeoh TY，Umreit EC，et al.Association between neuraxial analgesia，cancer progression，and mortality after radical prostatectomy:a large，retrospective matched cohort study［J］.Br J Anaesth，2014，113（Suppl1）:i95-102.

［36］Ciechanowicz SJ，Ma D.Anaesthesia for oncological surgery-can it really influence cancer recurrence？［J］.Anaesthesia，2016，71（2）:127-131.

R730.2

A

10.11877/j.issn.1672-1535.2016.14.07.07

2016-04-21）

陕西省高水平大学学科建设专项资金资助项目（2013SXTS06）

（corresponding author），邮箱：hxlt002@163.com