Lidokaina jako lek przeciwnowotworowy: mechanizm działania na komórki

Czy lidokaina może hamować wzrost komórek nowotworowych?

Lidokaina, powszechnie stosowany lek znieczulający miejscowo, może mieć nieoczekiwane właściwości przeciwnowotworowe. Nowe badanie japońskich naukowców wykazało, że lidokaina w stężeniach terapeutycznych (3-5 mM) skutecznie hamuje proliferację komórek raka jelita grubego linii SW480, indukując jednocześnie apoptozę. Mechanizm tego działania wiąże się z obniżeniem poziomu kanału sodowego Na_v1.5, kodowanego przez gen SCN5A, który jest nadekspresjonowany w wielu nowotworach i związany z ich zdolnością do przerzutowania.

Badanie to stanowi kontynuację wcześniejszych obserwacji klinicznych sugerujących, że lidokaina podawana jako znieczulenie regionalne lub dożylnie może zmniejszać częstość nawrotów i przerzutów u pacjentów onkologicznych. Dotychczas jednak mechanizm molekularny tego zjawiska pozostawał niejasny, szczególnie w kontekście roli kanałów sodowych napięciowo-zależnych (VGSC), które są ekspresjonowane nie tylko w neuronach, ale także w komórkach nowotworowych.

Jakie kanały sodowe są ekspresjonowane w komórkach nowotworowych?

Naukowcy zbadali ekspresję genów SCN1A-5A i 8A-11A, kodujących podjednostki α kanałów sodowych Na_v1.1-1.9, w czterech liniach komórkowych nowotworowych: raka szyjki macicy (HeLa), mięsaka kości (U2OS), raka jelita grubego (SW480) oraz raka wątrobowokomórkowego (HepG2). Analiza metodą qPCR wykazała znaczące różnice w profilu ekspresji między liniami komórkowymi.

W komórkach SW480 stwierdzono najwyższą ekspresję genu SCN5A – poziom mRNA był około 2,8-krotnie wyższy niż w komórkach U2OS, które również wykazywały podwyższoną ekspresję tego genu. Z kolei gen SCN9A był głównie ekspresjonowany w komórkach HeLa i HepG2. Co istotne, po zastosowaniu lidokainy poziom mRNA SCN5A w komórkach SW480 wzrósł odpowiednio 2,2-krotnie (1 mM lidokainy) i 5,6-krotnie (5 mM lidokainy), co sugeruje mechanizm kompensacyjny na poziomie transkrypcji.

Badacze zidentyfikowali również dwie warianty splicingowe genu SCN5A: formę noworodkową i dorosłą. Forma noworodkowa, związana z aktywnością przerzutową w rakach płuca i piersi, była ekspresjonowana w komórkach SW480, jednak forma dorosła dominowała i jej poziom wzrastał silniej po leczeniu lidokainą.

Jak lidokaina wpływa na poziom białka Na_v1.5?

Pomimo wzrostu poziomu mRNA SCN5A, analiza metodą Western blot wykazała spadek poziomu białka Na_v1.5 w komórkach SW480 po 24-godzinnej inkubacji z 5 mM lidokainy (p<0,05). To paradoksalne zjawisko sugeruje zaangażowanie mechanizmów regulacji potranskrypcyjnej lub potranslacyjnej.

Badacze wykluczyli udział dwóch głównych systemów degradacji białek. Zastosowanie inhibitora proteasomu MG132 (5 μM) nie zapobiegło spadkowi Na_v1.5, mimo że zwiększyło poziom p21 – białka kontrolowanego przez układ ubikwityna-proteasom. Podobnie, inhibitor autofagii bafilomycyna A1 (200 nM) nie zatrzymał redukcji Na_v1.5, chociaż zwiększył poziom markera autofagii p62.

Analiza frakcji komórkowych wykazała, że Na_v1.5 jest dominująco zlokalizowany w błonie komórkowej komórek SW480, gdzie jego poziom znacząco spadał po leczeniu lidokainą. Jednocześnie w tej samej frakcji wzrastał poziom GDF-15 (czynnika różnicowania wzrostu-15), co potwierdzało prawidłowość rozdziału frakcji i efekt działania lidokainy.

Najprawdopodobniejszym mechanizmem odpowiedzialnym za rozbieżność między mRNA a białkiem jest regulacja przez mikroRNA. Wcześniejsze badania wykazały, że lidokaina indukuje ekspresję miR-382-5p i miR-520a-3p, które mogą hamować translację określonych genów. Identyfikacja konkretnych mikroRNA regulujących SCN5A w komórkach SW480 wymaga dalszych badań.

Jakie białka regulujące cykl komórkowy są modulowane przez lidokainę?

Lidokaina nie tylko obniżała poziom Na_v1.5, ale także wpływała na kluczowe regulatory cyklu komórkowego i transformacji nowotworowej. W komórkach SW480 leczonych 5 mM lidokainy stwierdzono spadek poziomu cykliny D1 – białka promującego przejście z fazy G1 do S cyklu komórkowego (p<0,05). To odkrycie jest spójne z wcześniejszymi obserwacjami zwiększonej populacji komórek w fazie G0/G1 po leczeniu lidokainą w innych liniach nowotworowych.

Co szczególnie interesujące, lidokaina obniżała również poziom zmutowanego p53 w komórkach SW480 (p<0,05). Komórki tej linii wykazują ekspresję mutanta p53 związanego z transformacją nowotworową, w przeciwieństwie do dzikiej formy p53, która działa jako supresor nowotworowy. Wcześniejsze badania wykazały, że lidokaina może zwiększać poziom dzikiego p53 w komórkach raka żołądka MKN45, co sugeruje, że efekt lidokainy na p53 zależy od statusu mutacyjnego tego genu i typu nowotworu.

Czy efekt lidokainy zależy wyłącznie od inhibicji Na_v1.5?

Aby wyjaśnić rolę Na_v1.5 w działaniu przeciwnowotworowym lidokainy, naukowcy zastosowali metodę RNA interferencji (siRNA) do wyciszenia genu SCN5A. Zaprojektowano dwa siRNA (siRNA-1 i siRNA-2), przy czym siRNA-2 okazało się skuteczniejsze, redukując poziom mRNA SCN5A o ponad 70% (p<0,01) i znacząco obniżając poziom białka Na_v1.5.

Kluczowe odkrycie dotyczyło wpływu wyciszenia Na_v1.5 na poziomy cykliny D1 i zmutowanego p53. W komórkach transfekowanych siRNA-2 bez leczenia lidokainą, pomimo skutecznego obniżenia Na_v1.5, nie zaobserwowano spadku cykliny D1 ani zmutowanego p53. Dopiero po dodaniu lidokainy (5 mM) do komórek z wyciszonym SCN5A nastąpiło obniżenie poziomów obu białek (p<0,01).

To odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla zrozumienia mechanizmu działania lidokainy. Sugeruje ono, że lidokaina wywiera swój efekt przeciwnowotworowy poprzez co najmniej dwa niezależne szlaki: jeden związany z inhibicją Na_v1.5 i drugi, niezależny od tego kanału, który wpływa na cyklinę D1 i zmutowany p53. Identyfikacja genów i białek zaangażowanych w ten drugi szlak jest kluczowa dla pełnego zrozumienia potencjału terapeutycznego lidokainy.

Jak silnie lidokaina hamuje wzrost komórek nowotworowych?

Badanie kinetyki wzrostu komórek SW480 wykazało wyraźną zależność dawka-odpowiedź. Przy stężeniu 3 mM lidokainy proliferacja została zahamowana o 50% ± 3,8%, podczas gdy 5 mM lidokainy niemal całkowicie zatrzymało wzrost komórek (p<0,01). Analiza Western blot potwierdziła, że spadek proliferacji korelował ze spadkiem poziomu Na_v1.5 w sposób zależny od dawki.

Immunofluorescencja z użyciem przeciwciał przeciwko Ki-67 – markerowi proliferacji komórkowej – dostarczyła dodatkowych dowodów. W nieleczonych komórkach SW480 88,8% ± 1,9% komórek było Ki-67-pozytywnych, co wskazuje na intensywną proliferację. Po 24-godzinnej inkubacji z 3 mM lidokainy odsetek ten spadł do 53,3% ± 5,7% (p<0,05). Jednocześnie obserwowano zmniejszenie intensywności sygnału Na_v1.5 w błonie komórkowej.

Mechanizm hamowania wzrostu obejmował indukcję apoptozy. Po 30 godzinach leczenia 5 mM lidokainy stwierdzono obecność cleaved caspase-3 – aktywnej formy kaspazy-3, kluczowego efektora apoptozy (p<0,01). Test Annexin V-FITC potwierdził, że lidokaina indukuje apoptozę w sposób zależny od dawki zarówno w komórkach SW480, jak i HeLa.

Czy nadekspresja Na_v1.5 chroni przed działaniem lidokainy?

Aby ostatecznie potwierdzić rolę Na_v1.5 w mechanizmie działania lidokainy, naukowcy przeprowadzili eksperymenty z nadekspresją tego kanału. Komórki SW480 transfekowano wektorem ekspresyjnym zawierającym gen SCN5A lub pustym wektorem kontrolnym. Western blot potwierdził znaczący wzrost poziomu Na_v1.5 w komórkach transfekowanych wektorem ekspresyjnym (p<0,01).

Test MTT wykazał, że nadekspresja Na_v1.5 częściowo chroniła komórki przed hamującym działaniem lidokainy. W komórkach kontrolnych 3 mM lidokainy powodowała znaczące zahamowanie wzrostu, podczas gdy w komórkach z nadekspresją Na_v1.5 efekt ten był słabszy (p<0,05). Jednak co istotne, nadekspresja Na_v1.5 nie zapewniała całkowitej ochrony – lidokaina nadal hamowała wzrost komórek, choć w mniejszym stopniu.

To odkrycie potwierdza hipotezę o dwutorowym mechanizmie działania lidokainy: szlaku zależnym od Na_v1.5 oraz niezależnym od tego kanału. Częściowa ochrona przez nadekspresję Na_v1.5 dowodzi, że inhibicja tego kanału jest istotnym, ale nie jedynym mechanizmem przeciwnowotworowego działania lidokainy.

Czy poziom Na_v1.5 wpływa na wrażliwość na lidokainę?

Porównanie czterech linii komórkowych pod względem ekspresji Na_v1.5 i wrażliwości na lidokainę dostarczyło dodatkowych informacji. Western blot wykazał, że komórki SW480 i U2OS wykazują wysokie poziomy Na_v1.5, podczas gdy w komórkach HeLa i HepG2 ekspresja była minimalna (p<0,01).

Test apoptozy z użyciem Annexin V-FITC ujawnił paradoksalny wzorzec. Po leczeniu 3 mM lidokainy komórki HeLa (z niską ekspresją Na_v1.5) wykazywały silniejszą indukcję apoptozy niż komórki SW480 (z wysoką ekspresją Na_v1.5) (p<0,05). To sugeruje, że wysoka ekspresja Na_v1.5 może częściowo chronić komórki przed działaniem proapoptotycznym lidokainy, co jest zgodne z wynikami eksperymentów nadekspresji.

Obserwacja ta ma potencjalne implikacje kliniczne. Nowotwory z wysoką ekspresją Na_v1.5 mogą wymagać wyższych dawek lidokainy dla osiągnięcia efektu terapeutycznego, podczas gdy nowotwory z niską ekspresją mogą być bardziej wrażliwe na standardowe dawki. Określenie profilu ekspresji kanałów sodowych w konkretnych typach nowotworów mogłoby pomóc w personalizacji terapii.

Czy lidokaina ma potencjał jako lek przeciwnowotworowy?

Badanie japońskich naukowców dostarcza solidnych dowodów na przeciwnowotworowe działanie lidokainy w modelu komórkowym raka jelita grubego. Lidokaina w stężeniach terapeutycznych (3-5 mM) skutecznie hamuje proliferację komórek SW480, indukuje apoptozę i obniża poziom kluczowych białek związanych z progresją nowotworową: Na_v1.5, cykliny D1 i zmutowanego p53. Co istotne, mechanizm tego działania jest złożony i obejmuje zarówno szlaki zależne, jak i niezależne od inhibicji kanału sodowego Na_v1.5.

Kluczowym odkryciem jest rozbieżność między wzrostem mRNA SCN5A a spadkiem białka Na_v1.5, co sugeruje istnienie mechanizmów regulacji potranskrypcyjnej, prawdopodobnie z udziałem mikroRNA. Identyfikacja tych mechanizmów jest niezbędna dla pełnego zrozumienia działania lidokainy i potencjalnego opracowania bardziej celowanych terapii.

Ograniczeniem badania jest jego charakter in vitro – wyniki uzyskane na liniach komórkowych wymagają potwierdzenia w modelach zwierzęcych i badaniach klinicznych. Niemniej jednak, fakt, że lidokaina jest już powszechnie stosowana w praktyce klinicznej, ułatwia translację tych odkryć do zastosowań terapeutycznych. Możliwe jest, że odpowiednie dawkowanie lidokainy podczas zabiegów chirurgicznych u pacjentów onkologicznych mogłoby zmniejszać ryzyko progresji nowotworu i przerzutów, co wymaga jednak dalszych badań prospektywnych.