近年研究发现，通过辣椒素等激活与疼痛相关的瞬时感受器电位香草酸受体1（TRPV1），可以使以往不能通过细胞膜的利多卡因四价阳离子衍生物QX-314，进入与疼痛相关的神经元细胞内产生长时选择性感觉阻滞作用。由此，TRPV1受体激动剂与QX-314联用已逐渐成为局部麻醉的研究热点。现对QX-314的发现、特性、局部麻醉作用及其作用机制作一综述。
引用本文： 张茜茜, 张文胜. 利多卡因衍生物QX-314的局部麻醉作用的研究进展. 华西医学, 2015, 30(12): 2364-2367. doi: 10.7507/1002-0179.2015067 复制
局部麻醉药与神经膜上细胞内的电压门控钠通道结合阻滞钠离子内流，从而阻断神经冲动的传导并最终实现麻醉作用。由于钠离子通道在所有的神经细胞上都有分布，因此局部麻醉药的麻醉作用无选择性：在阻滞感觉神经的同时，也能造成运动神经麻痹、交感神经阻滞。因此接受椎管内麻醉或神经阻滞麻醉的患者通常会经历术后数小时的肢体麻痹，循环波动，因而增加麻醉风险和医疗费用。临床麻醉医师和科研工作者一直在寻求能够特异性抑制疼痛而不影响运动神经和自主神经，且持续时间长、副作用小的麻醉药物和方法。有研究发现当感觉神经的瞬时感受器电位香草酸受体1（TRPV1）被激活时，利多卡因衍生物QX-314可以选择性地进入感觉神经细胞内，产生长时间的感觉神经阻滞作用，并对运动神经无影响[1]。这一发现成为目前局部麻醉作用机制研究的一个新方向。本文将围绕QX-314的特性、局部麻醉作用及作用机制等方面进行介绍。
1 利多卡因衍生物QX-314
局部麻醉药的分子结构决定了其能否结合神经节内细胞质中某些通道的特定位点从而发挥局部麻醉作用。经典的局部麻醉药利多卡因是一种叔胺化合物，在体内以质子化的离子和不带电的碱基这两种形式共同存在[2]。碱基形式的利多卡因可以渗透入神经细胞细胞膜，进入细胞后转换为离子形式在细胞内部阻断钠离子通道，从而阻断神经细胞的动作电位，产生神经阻滞作用。20世纪70年代的研究发现了一种在氮原子上增加乙烷基团且带有正电荷的利多卡因衍生物QX-314（结构式：N-二乙氨基乙酰基-2，6-二甲基苯胺）[3]。QX-314因具有带正电荷和膜不渗透性的特性，在一定浓度无法进入细胞，但是将QX-314人工注入神经细胞细胞质后则有明显的钠通道阻滞作用。在很长一段时间内，QX-314仅仅被作为一种工具药使用。
近年有动物实验证实，超过一定浓度的QX-314可以产生剂量相关性的局部麻醉效果，其麻醉时间可达7 h以上[4]。而且由于QX-314是一种季胺化合物，不像传统局部麻醉药具有脂溶性，因此不能透过血脑屏障或仅有少部分可很缓慢地透过血脑屏障，故其中枢毒性可能弱于利多卡因。但有一些文献报道称QX-314作用于中枢神经系统或心脏的毒性都等同或者高于利多卡因[5]。Schwarz等[6]的实验表明大鼠鞘内注射QX-314可导致较长时间的神经封闭，甚至死亡。因此QX-314可能不适合用于椎管内麻醉。正由于QX-314安全性尚无定论，至今QX-314尚未能应用于临床。所以还需要进一步探索QX-314在局部麻醉中应用的安全性，为其真正应用于临床提供确凿依据。
2 TRPV1受体
1997年Caterina等[7]克隆出能被辣椒素激活的一种受体，称为香草酸受体（VR1），后改名为TRPV1受体。随后的研究发现，TRPV1受体是一类和痛觉传递密切相关的离子通道受体，可在炎性痛、内脏痛和癌痛甚至痛觉敏化等多种疼痛的介导中发挥重要作用[8]。因此TRPV1受体是疼痛机制研究和麻醉领域的重要发现。
TRPV1受体广泛分布于哺乳动物的感觉神经纤维，尤其是无髓鞘的C类和部分少髓鞘的Aδ类纤维。其中与痛觉相关的TRPV1受体主要表达于背根神经节（DRG）和三叉神经节[3]。激活TRPV1受体的因素包括辣椒素类（如辣椒素）、香草类化合物（如大麻素）、各种炎症介质（如腺嘌呤核苷三磷酸、缓激肽、P物质、前列腺素、脂质过氧化物）、神经生长因子和降钙素基因相关肽等物质。此外在体内TRPV1还可以被酸性环境（pH值＜6）和热刺激（温度＞42℃）活化[9-11]。目前最为熟知的TRPV1受体激动剂有辣椒素、利妥昔单抗等[12]。
当辣椒素、缓激肽等刺激机体时，分布于皮肤、内脏的痛觉感受器感知后，可激活TRPV1受体，通过钠离子、钙离子等离子内流发生去极化，从而以电信号的方式传递给痛觉的传入神经纤维（主要是无髓鞘的C纤维和部分少髓鞘的Aδ纤维），继而传给初级神经元（脊髓DRG和三叉神经节），整合后经脊髓最后进入大脑皮质（皮质下中枢）[13]。在这个过程中TRPV1受体从初级感觉神经元信号产生到传导都起了关键作用。此外，TRPV1受体激活后还可调节各种物理化学刺激导致的细胞内外信号分子的转化、胃肠运动、细胞凋亡、脂肪代谢等生理病理过 程[14-16]。由此可见，TRPV1受体已然成为镇痛治疗的新靶点。
3 QX-314的局部麻醉作用
TRPV1被激活开放后，QX-314进入与疼痛相关的神经元细胞内，阻断钠离子电流。由于TRPV1分布的特异性，QX-314选择性作用于靶向伤害性感受器，阻断动作电位的产生和传导，从而抑制痛觉的兴奋性，实现仅阻滞感觉神经而不阻滞运动神经的作用。这是一种新的镇痛作用机制，开启了局部麻醉的新理念。
3.1 QX-314与辣椒素联合应用的局部麻醉作用
Binshtok等[1, 17]研究显示，QX-314和辣椒素合用可长时间阻止机械刺激和热刺激导致的疼痛信号的发生和传导，选择性地阻滞感觉神经。大量动物在体实验也证明了辣椒素打开TRPV1受体这道“门”，让QX-314进入细胞内发挥局部麻醉作用。但这种作用仅出现在表达TRPV1受体的小DRG和三叉神经节神经元上，而在不表达TRPV1受体的较大的神经节则未出现[18]。在DRG中单独使用QX-314 对钠通道并无影响，加用辣椒素后在细胞内能抑制90%以上的钠电流[19]，从而阻断动作电位的产生和传导。辣椒平是最经典的TRPV1受体拮抗剂，可以阻断辣椒素激动TRPV1受体所引发的离子内流的去极化和神经肽的释放。无论是动物在体还是离体实验都表明了QX-314和辣椒平合用可以降低QX-314的效能[17-19]。这也提示辣椒平可通过TRPV1受体调制QX-314的局部麻醉作用。此外，QX-314和辣椒素、辣椒平合用后缩短QX-314起效时间的作用消失[17]。QX-314和辣椒素的合用是目前应用QX-314产生局部麻醉作用的经典组合。
但是这种方法的不足之处就是辣椒素的刺激性，辣椒素可能引起烧灼性疼痛、神经损伤等不良反应。因此有研究提出可使用非刺激的TRPV1受体激动剂，如丁香油中的活性成分丁子香酚[12]。实验发现在体外合用QX-314和丁子香酚能减少钠电流[20]，是否能用于在体还有待研究。研究人员也试图使用A-887826等各种化学性促渗剂缩短起效时间[21]，但化学性促渗剂应用后是否存在不良反应尚无确凿证据。避免这些不良反应也是真正实现QX-314临床应用的重要课题之一。如果能解决这些问题，现有的麻醉方式选择可能会有很大改变。
3.2 QX-314与利多卡因联合应用的局部麻醉作用
Roberson等[19]发现利多卡因和QX-314合用可以达到差异性阻滞，即感觉神经阻滞的时间远远超过运动阻滞的时间。利多卡因可以在DRG中引起钙离子内流，且辣椒平可以阻断这种作用。这提示利多卡因可能以某种方式激活TRPV1受体促使QX-314发挥局部麻醉作用。这种差异性阻滞具有广泛的临床运用价值，因为手术过程中需要制动，在运动功能恢复后，仍然有长时间的感觉阻滞可以用于术后镇痛。在大鼠的外周神经的区域麻醉中QX-314起效时间明显慢于同等浓度的利多卡因，而作用时间却是利多卡因的8倍[22]。QX-314和利多卡因联用在人体的作用时间可能远远超过在大鼠的作用时间。利多卡因较为短效的作用时间大大地限制了其临床应用范围，如果能将QX-314和利多卡因成功应用于临床，那么将给予局部麻醉更大的发展空间。
3.3 单独使用QX-314的局部麻醉作用
近年来有研究发现单独使用QX-314在经异氟烷麻醉大鼠的坐骨神经上也可以发挥局部麻醉作用，随后的实验验证是挥发性麻醉剂异氟醚发挥了一定的作用[23]。研究表明乳化异氟醚在不损伤神经的情况下可以降低热刺激激活TRPV1受体的条件阈值[23-25]。实验发现在小鼠的尾神经上单独使用一定浓度的QX-314同样可以产生镇痛作用[22]，但此研究小鼠并未使用挥发性麻醉剂，且未对其运动功能的影响进行探讨[26]。此外，有研究发现当QX-314溶于酸性溶液后，QX-314可以直接进入痛觉感受器，激活TRPV1受体并阻断钠通道，在细胞内产生感官特定的镇痛作用[27]。如果证明在安全的前提下单独使用QX-314能到达区域阻滞的效果，那么这一发现将具有重要意义。
4 QX-314的局部麻醉作用的作用机制
传统观点认为局部麻醉药是通过阻断电压门控钠通道如Nav1.7、1.8、1.9，阻止动作电位的产生和传导，使痛觉信息不能传递到中枢神经系统，从而达到镇痛效果[28]。研究表明，QX-314也和利多卡因等类似，阻断细胞内的钠通道后发挥长时选择性感觉神经阻滞作用[16]。但QX-314需要通过各种方式激活TRPV1受体后才能进入细胞内发挥作用。但现已知机制较为浅显，还需更多实验探索QX-314的作用机制。
那么QX-314是以怎样的方式通过TRPV1受体进入细胞内的呢？有关QX-314到底是直接通过TRPV1通道，或经过其他途径如pannexin通道激活TRPV1受体，还是在QX-314的入口存在“毛孔扩张”现象一直存有争议。最新研究表明QX-314是通过TRPV1通道的标准空隙直接渗透，不需要任何额外的空隙扩张或者激活受体下游的入口[29]。实验发现QX-314对TRPV1受体有双重影响，即低浓度下抑制辣椒素引起的TRPV1电流，而在高浓度下激活TRPV1受体[30]。这也就在一定程度上解释了单独应用QX-314可能产生局部麻醉作用。
QX-314是否与其他的受体有相互作用呢？TRPA1受体是另外一种与冷刺激和各种有害性化学刺激引起的特异性痛觉相关的受体[31]。Leffler等[32]研究显示一定浓度的利多卡因可以激活TRPA1受体，给QX-314提供了另外一个通路进入细胞内，提示了QX-314进入运动神经节里发挥局部麻醉作用可能与其他受体相关，但还需进一步的实验考证。然而Nakagawa等[33]的最新研究表明TRPA1受体等都不是QX-314的作用受体，TRPV1受体才是真正的主要作用受体。
5 结语
QX-314通过TRPV1受体发挥的选择性感觉神经阻滞作用在动物实验和离体实验已得到证实，这个途径可作为镇痛和区域神经阻滞的一个新方向。因此，QX-314和TRPV1受体在神经阻滞和疼痛治疗方面的应用前景非常广阔。虽然目前QX-314的应用还有许多问题有待解决，但是可以为我们设计新型药物以及选择合适的麻醉方案提供新思路。QX-314的深入研究，将会给局部麻醉领域带来革命性的变化。
局部麻醉药与神经膜上细胞内的电压门控钠通道结合阻滞钠离子内流，从而阻断神经冲动的传导并最终实现麻醉作用。由于钠离子通道在所有的神经细胞上都有分布，因此局部麻醉药的麻醉作用无选择性：在阻滞感觉神经的同时，也能造成运动神经麻痹、交感神经阻滞。因此接受椎管内麻醉或神经阻滞麻醉的患者通常会经历术后数小时的肢体麻痹，循环波动，因而增加麻醉风险和医疗费用。临床麻醉医师和科研工作者一直在寻求能够特异性抑制疼痛而不影响运动神经和自主神经，且持续时间长、副作用小的麻醉药物和方法。有研究发现当感觉神经的瞬时感受器电位香草酸受体1（TRPV1）被激活时，利多卡因衍生物QX-314可以选择性地进入感觉神经细胞内，产生长时间的感觉神经阻滞作用，并对运动神经无影响[1]。这一发现成为目前局部麻醉作用机制研究的一个新方向。本文将围绕QX-314的特性、局部麻醉作用及作用机制等方面进行介绍。
1 利多卡因衍生物QX-314
局部麻醉药的分子结构决定了其能否结合神经节内细胞质中某些通道的特定位点从而发挥局部麻醉作用。经典的局部麻醉药利多卡因是一种叔胺化合物，在体内以质子化的离子和不带电的碱基这两种形式共同存在[2]。碱基形式的利多卡因可以渗透入神经细胞细胞膜，进入细胞后转换为离子形式在细胞内部阻断钠离子通道，从而阻断神经细胞的动作电位，产生神经阻滞作用。20世纪70年代的研究发现了一种在氮原子上增加乙烷基团且带有正电荷的利多卡因衍生物QX-314（结构式：N-二乙氨基乙酰基-2，6-二甲基苯胺）[3]。QX-314因具有带正电荷和膜不渗透性的特性，在一定浓度无法进入细胞，但是将QX-314人工注入神经细胞细胞质后则有明显的钠通道阻滞作用。在很长一段时间内，QX-314仅仅被作为一种工具药使用。
近年有动物实验证实，超过一定浓度的QX-314可以产生剂量相关性的局部麻醉效果，其麻醉时间可达7 h以上[4]。而且由于QX-314是一种季胺化合物，不像传统局部麻醉药具有脂溶性，因此不能透过血脑屏障或仅有少部分可很缓慢地透过血脑屏障，故其中枢毒性可能弱于利多卡因。但有一些文献报道称QX-314作用于中枢神经系统或心脏的毒性都等同或者高于利多卡因[5]。Schwarz等[6]的实验表明大鼠鞘内注射QX-314可导致较长时间的神经封闭，甚至死亡。因此QX-314可能不适合用于椎管内麻醉。正由于QX-314安全性尚无定论，至今QX-314尚未能应用于临床。所以还需要进一步探索QX-314在局部麻醉中应用的安全性，为其真正应用于临床提供确凿依据。
2 TRPV1受体
1997年Caterina等[7]克隆出能被辣椒素激活的一种受体，称为香草酸受体（VR1），后改名为TRPV1受体。随后的研究发现，TRPV1受体是一类和痛觉传递密切相关的离子通道受体，可在炎性痛、内脏痛和癌痛甚至痛觉敏化等多种疼痛的介导中发挥重要作用[8]。因此TRPV1受体是疼痛机制研究和麻醉领域的重要发现。
TRPV1受体广泛分布于哺乳动物的感觉神经纤维，尤其是无髓鞘的C类和部分少髓鞘的Aδ类纤维。其中与痛觉相关的TRPV1受体主要表达于背根神经节（DRG）和三叉神经节[3]。激活TRPV1受体的因素包括辣椒素类（如辣椒素）、香草类化合物（如大麻素）、各种炎症介质（如腺嘌呤核苷三磷酸、缓激肽、P物质、前列腺素、脂质过氧化物）、神经生长因子和降钙素基因相关肽等物质。此外在体内TRPV1还可以被酸性环境（pH值＜6）和热刺激（温度＞42℃）活化[9-11]。目前最为熟知的TRPV1受体激动剂有辣椒素、利妥昔单抗等[12]。
当辣椒素、缓激肽等刺激机体时，分布于皮肤、内脏的痛觉感受器感知后，可激活TRPV1受体，通过钠离子、钙离子等离子内流发生去极化，从而以电信号的方式传递给痛觉的传入神经纤维（主要是无髓鞘的C纤维和部分少髓鞘的Aδ纤维），继而传给初级神经元（脊髓DRG和三叉神经节），整合后经脊髓最后进入大脑皮质（皮质下中枢）[13]。在这个过程中TRPV1受体从初级感觉神经元信号产生到传导都起了关键作用。此外，TRPV1受体激活后还可调节各种物理化学刺激导致的细胞内外信号分子的转化、胃肠运动、细胞凋亡、脂肪代谢等生理病理过 程[14-16]。由此可见，TRPV1受体已然成为镇痛治疗的新靶点。
3 QX-314的局部麻醉作用
TRPV1被激活开放后，QX-314进入与疼痛相关的神经元细胞内，阻断钠离子电流。由于TRPV1分布的特异性，QX-314选择性作用于靶向伤害性感受器，阻断动作电位的产生和传导，从而抑制痛觉的兴奋性，实现仅阻滞感觉神经而不阻滞运动神经的作用。这是一种新的镇痛作用机制，开启了局部麻醉的新理念。
3.1 QX-314与辣椒素联合应用的局部麻醉作用
Binshtok等[1, 17]研究显示，QX-314和辣椒素合用可长时间阻止机械刺激和热刺激导致的疼痛信号的发生和传导，选择性地阻滞感觉神经。大量动物在体实验也证明了辣椒素打开TRPV1受体这道“门”，让QX-314进入细胞内发挥局部麻醉作用。但这种作用仅出现在表达TRPV1受体的小DRG和三叉神经节神经元上，而在不表达TRPV1受体的较大的神经节则未出现[18]。在DRG中单独使用QX-314 对钠通道并无影响，加用辣椒素后在细胞内能抑制90%以上的钠电流[19]，从而阻断动作电位的产生和传导。辣椒平是最经典的TRPV1受体拮抗剂，可以阻断辣椒素激动TRPV1受体所引发的离子内流的去极化和神经肽的释放。无论是动物在体还是离体实验都表明了QX-314和辣椒平合用可以降低QX-314的效能[17-19]。这也提示辣椒平可通过TRPV1受体调制QX-314的局部麻醉作用。此外，QX-314和辣椒素、辣椒平合用后缩短QX-314起效时间的作用消失[17]。QX-314和辣椒素的合用是目前应用QX-314产生局部麻醉作用的经典组合。
但是这种方法的不足之处就是辣椒素的刺激性，辣椒素可能引起烧灼性疼痛、神经损伤等不良反应。因此有研究提出可使用非刺激的TRPV1受体激动剂，如丁香油中的活性成分丁子香酚[12]。实验发现在体外合用QX-314和丁子香酚能减少钠电流[20]，是否能用于在体还有待研究。研究人员也试图使用A-887826等各种化学性促渗剂缩短起效时间[21]，但化学性促渗剂应用后是否存在不良反应尚无确凿证据。避免这些不良反应也是真正实现QX-314临床应用的重要课题之一。如果能解决这些问题，现有的麻醉方式选择可能会有很大改变。
3.2 QX-314与利多卡因联合应用的局部麻醉作用
Roberson等[19]发现利多卡因和QX-314合用可以达到差异性阻滞，即感觉神经阻滞的时间远远超过运动阻滞的时间。利多卡因可以在DRG中引起钙离子内流，且辣椒平可以阻断这种作用。这提示利多卡因可能以某种方式激活TRPV1受体促使QX-314发挥局部麻醉作用。这种差异性阻滞具有广泛的临床运用价值，因为手术过程中需要制动，在运动功能恢复后，仍然有长时间的感觉阻滞可以用于术后镇痛。在大鼠的外周神经的区域麻醉中QX-314起效时间明显慢于同等浓度的利多卡因，而作用时间却是利多卡因的8倍[22]。QX-314和利多卡因联用在人体的作用时间可能远远超过在大鼠的作用时间。利多卡因较为短效的作用时间大大地限制了其临床应用范围，如果能将QX-314和利多卡因成功应用于临床，那么将给予局部麻醉更大的发展空间。
3.3 单独使用QX-314的局部麻醉作用
近年来有研究发现单独使用QX-314在经异氟烷麻醉大鼠的坐骨神经上也可以发挥局部麻醉作用，随后的实验验证是挥发性麻醉剂异氟醚发挥了一定的作用[23]。研究表明乳化异氟醚在不损伤神经的情况下可以降低热刺激激活TRPV1受体的条件阈值[23-25]。实验发现在小鼠的尾神经上单独使用一定浓度的QX-314同样可以产生镇痛作用[22]，但此研究小鼠并未使用挥发性麻醉剂，且未对其运动功能的影响进行探讨[26]。此外，有研究发现当QX-314溶于酸性溶液后，QX-314可以直接进入痛觉感受器，激活TRPV1受体并阻断钠通道，在细胞内产生感官特定的镇痛作用[27]。如果证明在安全的前提下单独使用QX-314能到达区域阻滞的效果，那么这一发现将具有重要意义。
4 QX-314的局部麻醉作用的作用机制
传统观点认为局部麻醉药是通过阻断电压门控钠通道如Nav1.7、1.8、1.9，阻止动作电位的产生和传导，使痛觉信息不能传递到中枢神经系统，从而达到镇痛效果[28]。研究表明，QX-314也和利多卡因等类似，阻断细胞内的钠通道后发挥长时选择性感觉神经阻滞作用[16]。但QX-314需要通过各种方式激活TRPV1受体后才能进入细胞内发挥作用。但现已知机制较为浅显，还需更多实验探索QX-314的作用机制。
那么QX-314是以怎样的方式通过TRPV1受体进入细胞内的呢？有关QX-314到底是直接通过TRPV1通道，或经过其他途径如pannexin通道激活TRPV1受体，还是在QX-314的入口存在“毛孔扩张”现象一直存有争议。最新研究表明QX-314是通过TRPV1通道的标准空隙直接渗透，不需要任何额外的空隙扩张或者激活受体下游的入口[29]。实验发现QX-314对TRPV1受体有双重影响，即低浓度下抑制辣椒素引起的TRPV1电流，而在高浓度下激活TRPV1受体[30]。这也就在一定程度上解释了单独应用QX-314可能产生局部麻醉作用。
QX-314是否与其他的受体有相互作用呢？TRPA1受体是另外一种与冷刺激和各种有害性化学刺激引起的特异性痛觉相关的受体[31]。Leffler等[32]研究显示一定浓度的利多卡因可以激活TRPA1受体，给QX-314提供了另外一个通路进入细胞内，提示了QX-314进入运动神经节里发挥局部麻醉作用可能与其他受体相关，但还需进一步的实验考证。然而Nakagawa等[33]的最新研究表明TRPA1受体等都不是QX-314的作用受体，TRPV1受体才是真正的主要作用受体。
5 结语
QX-314通过TRPV1受体发挥的选择性感觉神经阻滞作用在动物实验和离体实验已得到证实，这个途径可作为镇痛和区域神经阻滞的一个新方向。因此，QX-314和TRPV1受体在神经阻滞和疼痛治疗方面的应用前景非常广阔。虽然目前QX-314的应用还有许多问题有待解决，但是可以为我们设计新型药物以及选择合适的麻醉方案提供新思路。QX-314的深入研究，将会给局部麻醉领域带来革命性的变化。