近年研究發現，通過辣椒素等激活與疼痛相關的瞬時感受器電位香草酸受體1（TRPV1），可以使以往不能通過細胞膜的利多卡因四價陽離子衍生物QX-314，進入與疼痛相關的神經元細胞內產生長時選擇性感覺阻滯作用。由此，TRPV1受體激動劑與QX-314聯用已逐漸成為局部麻醉的研究熱點。現對QX-314的發現、特性、局部麻醉作用及其作用機制作一綜述。
引用本文： 張茜茜, 張文勝. 利多卡因衍生物QX-314的局部麻醉作用的研究進展. 華西醫學, 2015, 30(12): 2364-2367. doi: 10.7507/1002-0179.2015067 復制
局部麻醉藥與神經膜上細胞內的電壓門控鈉通道結合阻滯鈉離子內流，從而阻斷神經沖動的傳導并最終實現麻醉作用。由于鈉離子通道在所有的神經細胞上都有分布，因此局部麻醉藥的麻醉作用無選擇性：在阻滯感覺神經的同時，也能造成運動神經麻痹、交感神經阻滯。因此接受椎管內麻醉或神經阻滯麻醉的患者通常會經歷術后數小時的肢體麻痹，循環波動，因而增加麻醉風險和醫療費用。臨床麻醉醫師和科研工作者一直在尋求能夠特異性抑制疼痛而不影響運動神經和自主神經，且持續時間長、副作用小的麻醉藥物和方法。有研究發現當感覺神經的瞬時感受器電位香草酸受體1（TRPV1）被激活時，利多卡因衍生物QX-314可以選擇性地進入感覺神經細胞內，產生長時間的感覺神經阻滯作用，并對運動神經無影響[1]。這一發現成為目前局部麻醉作用機制研究的一個新方向。本文將圍繞QX-314的特性、局部麻醉作用及作用機制等方面進行介紹。
1 利多卡因衍生物QX-314
局部麻醉藥的分子結構決定了其能否結合神經節內細胞質中某些通道的特定位點從而發揮局部麻醉作用。經典的局部麻醉藥利多卡因是一種叔胺化合物，在體內以質子化的離子和不帶電的堿基這兩種形式共同存在[2]。堿基形式的利多卡因可以滲透入神經細胞細胞膜，進入細胞后轉換為離子形式在細胞內部阻斷鈉離子通道，從而阻斷神經細胞的動作電位，產生神經阻滯作用。20世紀70年代的研究發現了一種在氮原子上增加乙烷基團且帶有正電荷的利多卡因衍生物QX-314（結構式：N-二乙氨基乙酰基-2，6-二甲基苯胺）[3]。QX-314因具有帶正電荷和膜不滲透性的特性，在一定濃度無法進入細胞，但是將QX-314人工注入神經細胞細胞質后則有明顯的鈉通道阻滯作用。在很長一段時間內，QX-314僅僅被作為一種工具藥使用。
近年有動物實驗證實，超過一定濃度的QX-314可以產生劑量相關性的局部麻醉效果，其麻醉時間可達7 h以上[4]。而且由于QX-314是一種季胺化合物，不像傳統局部麻醉藥具有脂溶性，因此不能透過血腦屏障或僅有少部分可很緩慢地透過血腦屏障，故其中樞毒性可能弱于利多卡因。但有一些文獻報道稱QX-314作用于中樞神經系統或心臟的毒性都等同或者高于利多卡因[5]。Schwarz等[6]的實驗表明大鼠鞘內注射QX-314可導致較長時間的神經封閉，甚至死亡。因此QX-314可能不適合用于椎管內麻醉。正由于QX-314安全性尚無定論，至今QX-314尚未能應用于臨床。所以還需要進一步探索QX-314在局部麻醉中應用的安全性，為其真正應用于臨床提供確鑿依據。
2 TRPV1受體
1997年Caterina等[7]克隆出能被辣椒素激活的一種受體，稱為香草酸受體（VR1），后改名為TRPV1受體。隨后的研究發現，TRPV1受體是一類和痛覺傳遞密切相關的離子通道受體，可在炎性痛、內臟痛和癌痛甚至痛覺敏化等多種疼痛的介導中發揮重要作用[8]。因此TRPV1受體是疼痛機制研究和麻醉領域的重要發現。
TRPV1受體廣泛分布于哺乳動物的感覺神經纖維，尤其是無髓鞘的C類和部分少髓鞘的Aδ類纖維。其中與痛覺相關的TRPV1受體主要表達于背根神經節（DRG）和三叉神經節[3]。激活TRPV1受體的因素包括辣椒素類（如辣椒素）、香草類化合物（如大麻素）、各種炎癥介質（如腺嘌呤核苷三磷酸、緩激肽、P物質、前列腺素、脂質過氧化物）、神經生長因子和降鈣素基因相關肽等物質。此外在體內TRPV1還可以被酸性環境（pH值＜6）和熱刺激（溫度＞42℃）活化[9-11]。目前最為熟知的TRPV1受體激動劑有辣椒素、利妥昔單抗等[12]。
當辣椒素、緩激肽等刺激機體時，分布于皮膚、內臟的痛覺感受器感知后，可激活TRPV1受體，通過鈉離子、鈣離子等離子內流發生去極化，從而以電信號的方式傳遞給痛覺的傳入神經纖維（主要是無髓鞘的C纖維和部分少髓鞘的Aδ纖維），繼而傳給初級神經元（脊髓DRG和三叉神經節），整合后經脊髓最后進入大腦皮質（皮質下中樞）[13]。在這個過程中TRPV1受體從初級感覺神經元信號產生到傳導都起了關鍵作用。此外，TRPV1受體激活后還可調節各種物理化學刺激導致的細胞內外信號分子的轉化、胃腸運動、細胞凋亡、脂肪代謝等生理病理過 程[14-16]。由此可見，TRPV1受體已然成為鎮痛治療的新靶點。
3 QX-314的局部麻醉作用
TRPV1被激活開放后，QX-314進入與疼痛相關的神經元細胞內，阻斷鈉離子電流。由于TRPV1分布的特異性，QX-314選擇性作用于靶向傷害性感受器，阻斷動作電位的產生和傳導，從而抑制痛覺的興奮性，實現僅阻滯感覺神經而不阻滯運動神經的作用。這是一種新的鎮痛作用機制，開啟了局部麻醉的新理念。
3.1 QX-314與辣椒素聯合應用的局部麻醉作用
Binshtok等[1, 17]研究顯示，QX-314和辣椒素合用可長時間阻止機械刺激和熱刺激導致的疼痛信號的發生和傳導，選擇性地阻滯感覺神經。大量動物在體實驗也證明了辣椒素打開TRPV1受體這道“門”，讓QX-314進入細胞內發揮局部麻醉作用。但這種作用僅出現在表達TRPV1受體的小DRG和三叉神經節神經元上，而在不表達TRPV1受體的較大的神經節則未出現[18]。在DRG中單獨使用QX-314 對鈉通道并無影響，加用辣椒素后在細胞內能抑制90%以上的鈉電流[19]，從而阻斷動作電位的產生和傳導。辣椒平是最經典的TRPV1受體拮抗劑，可以阻斷辣椒素激動TRPV1受體所引發的離子內流的去極化和神經肽的釋放。無論是動物在體還是離體實驗都表明了QX-314和辣椒平合用可以降低QX-314的效能[17-19]。這也提示辣椒平可通過TRPV1受體調制QX-314的局部麻醉作用。此外，QX-314和辣椒素、辣椒平合用后縮短QX-314起效時間的作用消失[17]。QX-314和辣椒素的合用是目前應用QX-314產生局部麻醉作用的經典組合。
但是這種方法的不足之處就是辣椒素的刺激性，辣椒素可能引起燒灼性疼痛、神經損傷等不良反應。因此有研究提出可使用非刺激的TRPV1受體激動劑，如丁香油中的活性成分丁子香酚[12]。實驗發現在體外合用QX-314和丁子香酚能減少鈉電流[20]，是否能用于在體還有待研究。研究人員也試圖使用A-887826等各種化學性促滲劑縮短起效時間[21]，但化學性促滲劑應用后是否存在不良反應尚無確鑿證據。避免這些不良反應也是真正實現QX-314臨床應用的重要課題之一。如果能解決這些問題，現有的麻醉方式選擇可能會有很大改變。
3.2 QX-314與利多卡因聯合應用的局部麻醉作用
Roberson等[19]發現利多卡因和QX-314合用可以達到差異性阻滯，即感覺神經阻滯的時間遠遠超過運動阻滯的時間。利多卡因可以在DRG中引起鈣離子內流，且辣椒平可以阻斷這種作用。這提示利多卡因可能以某種方式激活TRPV1受體促使QX-314發揮局部麻醉作用。這種差異性阻滯具有廣泛的臨床運用價值，因為手術過程中需要制動，在運動功能恢復后，仍然有長時間的感覺阻滯可以用于術后鎮痛。在大鼠的外周神經的區域麻醉中QX-314起效時間明顯慢于同等濃度的利多卡因，而作用時間卻是利多卡因的8倍[22]。QX-314和利多卡因聯用在人體的作用時間可能遠遠超過在大鼠的作用時間。利多卡因較為短效的作用時間大大地限制了其臨床應用范圍，如果能將QX-314和利多卡因成功應用于臨床，那么將給予局部麻醉更大的發展空間。
3.3 單獨使用QX-314的局部麻醉作用
近年來有研究發現單獨使用QX-314在經異氟烷麻醉大鼠的坐骨神經上也可以發揮局部麻醉作用，隨后的實驗驗證是揮發性麻醉劑異氟醚發揮了一定的作用[23]。研究表明乳化異氟醚在不損傷神經的情況下可以降低熱刺激激活TRPV1受體的條件閾值[23-25]。實驗發現在小鼠的尾神經上單獨使用一定濃度的QX-314同樣可以產生鎮痛作用[22]，但此研究小鼠并未使用揮發性麻醉劑，且未對其運動功能的影響進行探討[26]。此外，有研究發現當QX-314溶于酸性溶液后，QX-314可以直接進入痛覺感受器，激活TRPV1受體并阻斷鈉通道，在細胞內產生感官特定的鎮痛作用[27]。如果證明在安全的前提下單獨使用QX-314能到達區域阻滯的效果，那么這一發現將具有重要意義。
4 QX-314的局部麻醉作用的作用機制
傳統觀點認為局部麻醉藥是通過阻斷電壓門控鈉通道如Nav1.7、1.8、1.9，阻止動作電位的產生和傳導，使痛覺信息不能傳遞到中樞神經系統，從而達到鎮痛效果[28]。研究表明，QX-314也和利多卡因等類似，阻斷細胞內的鈉通道后發揮長時選擇性感覺神經阻滯作用[16]。但QX-314需要通過各種方式激活TRPV1受體后才能進入細胞內發揮作用。但現已知機制較為淺顯，還需更多實驗探索QX-314的作用機制。
那么QX-314是以怎樣的方式通過TRPV1受體進入細胞內的呢？有關QX-314到底是直接通過TRPV1通道，或經過其他途徑如pannexin通道激活TRPV1受體，還是在QX-314的入口存在“毛孔擴張”現象一直存有爭議。最新研究表明QX-314是通過TRPV1通道的標準空隙直接滲透，不需要任何額外的空隙擴張或者激活受體下游的入口[29]。實驗發現QX-314對TRPV1受體有雙重影響，即低濃度下抑制辣椒素引起的TRPV1電流，而在高濃度下激活TRPV1受體[30]。這也就在一定程度上解釋了單獨應用QX-314可能產生局部麻醉作用。
QX-314是否與其他的受體有相互作用呢？TRPA1受體是另外一種與冷刺激和各種有害性化學刺激引起的特異性痛覺相關的受體[31]。Leffler等[32]研究顯示一定濃度的利多卡因可以激活TRPA1受體，給QX-314提供了另外一個通路進入細胞內，提示了QX-314進入運動神經節里發揮局部麻醉作用可能與其他受體相關，但還需進一步的實驗考證。然而Nakagawa等[33]的最新研究表明TRPA1受體等都不是QX-314的作用受體，TRPV1受體才是真正的主要作用受體。
5 結語
QX-314通過TRPV1受體發揮的選擇性感覺神經阻滯作用在動物實驗和離體實驗已得到證實，這個途徑可作為鎮痛和區域神經阻滯的一個新方向。因此，QX-314和TRPV1受體在神經阻滯和疼痛治療方面的應用前景非常廣闊。雖然目前QX-314的應用還有許多問題有待解決，但是可以為我們設計新型藥物以及選擇合適的麻醉方案提供新思路。QX-314的深入研究，將會給局部麻醉領域帶來革命性的變化。
局部麻醉藥與神經膜上細胞內的電壓門控鈉通道結合阻滯鈉離子內流，從而阻斷神經沖動的傳導并最終實現麻醉作用。由于鈉離子通道在所有的神經細胞上都有分布，因此局部麻醉藥的麻醉作用無選擇性：在阻滯感覺神經的同時，也能造成運動神經麻痹、交感神經阻滯。因此接受椎管內麻醉或神經阻滯麻醉的患者通常會經歷術后數小時的肢體麻痹，循環波動，因而增加麻醉風險和醫療費用。臨床麻醉醫師和科研工作者一直在尋求能夠特異性抑制疼痛而不影響運動神經和自主神經，且持續時間長、副作用小的麻醉藥物和方法。有研究發現當感覺神經的瞬時感受器電位香草酸受體1（TRPV1）被激活時，利多卡因衍生物QX-314可以選擇性地進入感覺神經細胞內，產生長時間的感覺神經阻滯作用，并對運動神經無影響[1]。這一發現成為目前局部麻醉作用機制研究的一個新方向。本文將圍繞QX-314的特性、局部麻醉作用及作用機制等方面進行介紹。
1 利多卡因衍生物QX-314
局部麻醉藥的分子結構決定了其能否結合神經節內細胞質中某些通道的特定位點從而發揮局部麻醉作用。經典的局部麻醉藥利多卡因是一種叔胺化合物，在體內以質子化的離子和不帶電的堿基這兩種形式共同存在[2]。堿基形式的利多卡因可以滲透入神經細胞細胞膜，進入細胞后轉換為離子形式在細胞內部阻斷鈉離子通道，從而阻斷神經細胞的動作電位，產生神經阻滯作用。20世紀70年代的研究發現了一種在氮原子上增加乙烷基團且帶有正電荷的利多卡因衍生物QX-314（結構式：N-二乙氨基乙酰基-2，6-二甲基苯胺）[3]。QX-314因具有帶正電荷和膜不滲透性的特性，在一定濃度無法進入細胞，但是將QX-314人工注入神經細胞細胞質后則有明顯的鈉通道阻滯作用。在很長一段時間內，QX-314僅僅被作為一種工具藥使用。
近年有動物實驗證實，超過一定濃度的QX-314可以產生劑量相關性的局部麻醉效果，其麻醉時間可達7 h以上[4]。而且由于QX-314是一種季胺化合物，不像傳統局部麻醉藥具有脂溶性，因此不能透過血腦屏障或僅有少部分可很緩慢地透過血腦屏障，故其中樞毒性可能弱于利多卡因。但有一些文獻報道稱QX-314作用于中樞神經系統或心臟的毒性都等同或者高于利多卡因[5]。Schwarz等[6]的實驗表明大鼠鞘內注射QX-314可導致較長時間的神經封閉，甚至死亡。因此QX-314可能不適合用于椎管內麻醉。正由于QX-314安全性尚無定論，至今QX-314尚未能應用于臨床。所以還需要進一步探索QX-314在局部麻醉中應用的安全性，為其真正應用于臨床提供確鑿依據。
2 TRPV1受體
1997年Caterina等[7]克隆出能被辣椒素激活的一種受體，稱為香草酸受體（VR1），后改名為TRPV1受體。隨后的研究發現，TRPV1受體是一類和痛覺傳遞密切相關的離子通道受體，可在炎性痛、內臟痛和癌痛甚至痛覺敏化等多種疼痛的介導中發揮重要作用[8]。因此TRPV1受體是疼痛機制研究和麻醉領域的重要發現。
TRPV1受體廣泛分布于哺乳動物的感覺神經纖維，尤其是無髓鞘的C類和部分少髓鞘的Aδ類纖維。其中與痛覺相關的TRPV1受體主要表達于背根神經節（DRG）和三叉神經節[3]。激活TRPV1受體的因素包括辣椒素類（如辣椒素）、香草類化合物（如大麻素）、各種炎癥介質（如腺嘌呤核苷三磷酸、緩激肽、P物質、前列腺素、脂質過氧化物）、神經生長因子和降鈣素基因相關肽等物質。此外在體內TRPV1還可以被酸性環境（pH值＜6）和熱刺激（溫度＞42℃）活化[9-11]。目前最為熟知的TRPV1受體激動劑有辣椒素、利妥昔單抗等[12]。
當辣椒素、緩激肽等刺激機體時，分布于皮膚、內臟的痛覺感受器感知后，可激活TRPV1受體，通過鈉離子、鈣離子等離子內流發生去極化，從而以電信號的方式傳遞給痛覺的傳入神經纖維（主要是無髓鞘的C纖維和部分少髓鞘的Aδ纖維），繼而傳給初級神經元（脊髓DRG和三叉神經節），整合后經脊髓最后進入大腦皮質（皮質下中樞）[13]。在這個過程中TRPV1受體從初級感覺神經元信號產生到傳導都起了關鍵作用。此外，TRPV1受體激活后還可調節各種物理化學刺激導致的細胞內外信號分子的轉化、胃腸運動、細胞凋亡、脂肪代謝等生理病理過 程[14-16]。由此可見，TRPV1受體已然成為鎮痛治療的新靶點。
3 QX-314的局部麻醉作用
TRPV1被激活開放后，QX-314進入與疼痛相關的神經元細胞內，阻斷鈉離子電流。由于TRPV1分布的特異性，QX-314選擇性作用于靶向傷害性感受器，阻斷動作電位的產生和傳導，從而抑制痛覺的興奮性，實現僅阻滯感覺神經而不阻滯運動神經的作用。這是一種新的鎮痛作用機制，開啟了局部麻醉的新理念。
3.1 QX-314與辣椒素聯合應用的局部麻醉作用
Binshtok等[1, 17]研究顯示，QX-314和辣椒素合用可長時間阻止機械刺激和熱刺激導致的疼痛信號的發生和傳導，選擇性地阻滯感覺神經。大量動物在體實驗也證明了辣椒素打開TRPV1受體這道“門”，讓QX-314進入細胞內發揮局部麻醉作用。但這種作用僅出現在表達TRPV1受體的小DRG和三叉神經節神經元上，而在不表達TRPV1受體的較大的神經節則未出現[18]。在DRG中單獨使用QX-314 對鈉通道并無影響，加用辣椒素后在細胞內能抑制90%以上的鈉電流[19]，從而阻斷動作電位的產生和傳導。辣椒平是最經典的TRPV1受體拮抗劑，可以阻斷辣椒素激動TRPV1受體所引發的離子內流的去極化和神經肽的釋放。無論是動物在體還是離體實驗都表明了QX-314和辣椒平合用可以降低QX-314的效能[17-19]。這也提示辣椒平可通過TRPV1受體調制QX-314的局部麻醉作用。此外，QX-314和辣椒素、辣椒平合用后縮短QX-314起效時間的作用消失[17]。QX-314和辣椒素的合用是目前應用QX-314產生局部麻醉作用的經典組合。
但是這種方法的不足之處就是辣椒素的刺激性，辣椒素可能引起燒灼性疼痛、神經損傷等不良反應。因此有研究提出可使用非刺激的TRPV1受體激動劑，如丁香油中的活性成分丁子香酚[12]。實驗發現在體外合用QX-314和丁子香酚能減少鈉電流[20]，是否能用于在體還有待研究。研究人員也試圖使用A-887826等各種化學性促滲劑縮短起效時間[21]，但化學性促滲劑應用后是否存在不良反應尚無確鑿證據。避免這些不良反應也是真正實現QX-314臨床應用的重要課題之一。如果能解決這些問題，現有的麻醉方式選擇可能會有很大改變。
3.2 QX-314與利多卡因聯合應用的局部麻醉作用
Roberson等[19]發現利多卡因和QX-314合用可以達到差異性阻滯，即感覺神經阻滯的時間遠遠超過運動阻滯的時間。利多卡因可以在DRG中引起鈣離子內流，且辣椒平可以阻斷這種作用。這提示利多卡因可能以某種方式激活TRPV1受體促使QX-314發揮局部麻醉作用。這種差異性阻滯具有廣泛的臨床運用價值，因為手術過程中需要制動，在運動功能恢復后，仍然有長時間的感覺阻滯可以用于術后鎮痛。在大鼠的外周神經的區域麻醉中QX-314起效時間明顯慢于同等濃度的利多卡因，而作用時間卻是利多卡因的8倍[22]。QX-314和利多卡因聯用在人體的作用時間可能遠遠超過在大鼠的作用時間。利多卡因較為短效的作用時間大大地限制了其臨床應用范圍，如果能將QX-314和利多卡因成功應用于臨床，那么將給予局部麻醉更大的發展空間。
3.3 單獨使用QX-314的局部麻醉作用
近年來有研究發現單獨使用QX-314在經異氟烷麻醉大鼠的坐骨神經上也可以發揮局部麻醉作用，隨后的實驗驗證是揮發性麻醉劑異氟醚發揮了一定的作用[23]。研究表明乳化異氟醚在不損傷神經的情況下可以降低熱刺激激活TRPV1受體的條件閾值[23-25]。實驗發現在小鼠的尾神經上單獨使用一定濃度的QX-314同樣可以產生鎮痛作用[22]，但此研究小鼠并未使用揮發性麻醉劑，且未對其運動功能的影響進行探討[26]。此外，有研究發現當QX-314溶于酸性溶液后，QX-314可以直接進入痛覺感受器，激活TRPV1受體并阻斷鈉通道，在細胞內產生感官特定的鎮痛作用[27]。如果證明在安全的前提下單獨使用QX-314能到達區域阻滯的效果，那么這一發現將具有重要意義。
4 QX-314的局部麻醉作用的作用機制
傳統觀點認為局部麻醉藥是通過阻斷電壓門控鈉通道如Nav1.7、1.8、1.9，阻止動作電位的產生和傳導，使痛覺信息不能傳遞到中樞神經系統，從而達到鎮痛效果[28]。研究表明，QX-314也和利多卡因等類似，阻斷細胞內的鈉通道后發揮長時選擇性感覺神經阻滯作用[16]。但QX-314需要通過各種方式激活TRPV1受體后才能進入細胞內發揮作用。但現已知機制較為淺顯，還需更多實驗探索QX-314的作用機制。
那么QX-314是以怎樣的方式通過TRPV1受體進入細胞內的呢？有關QX-314到底是直接通過TRPV1通道，或經過其他途徑如pannexin通道激活TRPV1受體，還是在QX-314的入口存在“毛孔擴張”現象一直存有爭議。最新研究表明QX-314是通過TRPV1通道的標準空隙直接滲透，不需要任何額外的空隙擴張或者激活受體下游的入口[29]。實驗發現QX-314對TRPV1受體有雙重影響，即低濃度下抑制辣椒素引起的TRPV1電流，而在高濃度下激活TRPV1受體[30]。這也就在一定程度上解釋了單獨應用QX-314可能產生局部麻醉作用。
QX-314是否與其他的受體有相互作用呢？TRPA1受體是另外一種與冷刺激和各種有害性化學刺激引起的特異性痛覺相關的受體[31]。Leffler等[32]研究顯示一定濃度的利多卡因可以激活TRPA1受體，給QX-314提供了另外一個通路進入細胞內，提示了QX-314進入運動神經節里發揮局部麻醉作用可能與其他受體相關，但還需進一步的實驗考證。然而Nakagawa等[33]的最新研究表明TRPA1受體等都不是QX-314的作用受體，TRPV1受體才是真正的主要作用受體。
5 結語
QX-314通過TRPV1受體發揮的選擇性感覺神經阻滯作用在動物實驗和離體實驗已得到證實，這個途徑可作為鎮痛和區域神經阻滯的一個新方向。因此，QX-314和TRPV1受體在神經阻滯和疼痛治療方面的應用前景非常廣闊。雖然目前QX-314的應用還有許多問題有待解決，但是可以為我們設計新型藥物以及選擇合適的麻醉方案提供新思路。QX-314的深入研究，將會給局部麻醉領域帶來革命性的變化。