Лидокаин вызывает гибель раковых клеток, действуя на рецептор горького вкуса

Плоскоклеточный рак головы и шеи характеризуются плохим прогнозом. В настоящее время ведется поиск эффективных и малоинвазивных методов его лечения. Данный вид рака возникает в слизистой оболочке ротовой и носовой полостей, гортани и глотки, наиболее часто — в полости рта и ротоглотке. Основная функция этой области — восприятие вкуса. У человека есть рецепторы, распознающие пять вкусов: кислый, соленый, сладкий, умами и горький (недавно сообщалось об открытии шестого типа рецепторов). Вкусы сладкого, горького и умами воспринимаются через активацию специализированных рецепторов, связанных с G-белком (GPCR). Вкусовые рецепторы GPCR делятся на две группы: рецепторы семейства 1 (T1R), отвечающие за распознавание сладкого и умами, и рецепторы семейства 2 (T2R), отвечающие за распознавание горького. Из 25 известных T2R наиболее хорошо изучен T2R14.

Ранее было показано, что лидокаин обладает противоопухолевым действием и снижает частоту метастазирования при некоторых злокачественных новообразованиях. Авторы статьи, опубликованной в Cell Reports, установили, что лидокаин индуцирует Ca²⁺-ответы в опухолевых клетках через T2R14. Лидокаин деполяризует мембраны митохондрий, повышает уровень активных форм кислорода и индуцирует апоптоз.

Вначале авторы изучили влияние лидокаина на активацию рецепторов горького вкуса. Они проверили действие лидокаина на все 25 T2R и обнаружили значительную активацию только для T2R14. Чтобы понять, активирует ли лидокаин эндогенный T2R14, авторы регистрировали Ca²⁺-ответы в живых клетках опухолей головы и шеи. Дозозависимые Ca2⁺-ответы наблюдались в клетках рака полости рта SCC47 при добавлении 0–20 мМ лидокаина. При этом лидокаин вызывал более высокий Ca2⁺-ответ, чем бензоат денатония — структурно сходный с ним горький агонист, который индуцирует апоптоз в клетках рака головы и шеи, — или другие агонисты T2R.

Внутриклеточные кислые запасы Са²⁺ находятся, к примеру, в лизосомах. Обработка нигерицином вызывал небольшой выход лизосомного Са2⁺, однако после стимуляции лидокаином этого не происходило — очевидно, потому, что лидокаин истощал внутриклеточные кислые запасы Ca²⁺.

Авторы показали, что стимуляция лидокаином вызывает значительный приток Ca²⁺ в митохондрии. Митохондриальный Ca²⁺-ответ при стимуляции лидокаином был значительно больше, чем при стимуляции бензоатом денатония. Также лидокаин сильнее снижал концентрацию Са²⁺ в эндоплазматическом ретикулуме.

Чтобы проверить, что лидокаин вызывает активацию именно T2R14, авторы провели трансфекцию клеток SCC47 гидовой РНК CRISPR, направленной против TAS2R14. Ca2⁺-ответ на лидокаин снизился по сравнению с контрольными клетками.

Затем авторы оценили влияние лидокаина на пролиферацию и жизнеспособность клеток рака головы и шеи. Оказалось, что 10 мМ лидокаина существенно снижает пролиферацию опухолевых клеток уже через 6 часов. Как лидокаин, так и бензоат денатония снижали жизнеспособность клеток SCC47, FaDu и SCC4. Клетки FaDu были более чувствительны к денатонию, клетки SCC4 —к лидокаину. Данные результаты позволяют предположить, что различные типы опухолей головы и шеи могут иметь разную чувствительность к специфическим агонистам T2R. Однако лидокаин эффективно снижал жизнеспособность всех исследованных клеток.

Для установления молекулярного механизма, с помощью которого лидокаин вызывает апоптоз в раковых клетках, авторы проанализировали расщепление каспаз 3 и 7 в культурах клеток после добавления лидокаина, и установили, что 10 мМ лидокаина индуцируют апоптоз в клетках SCC47 и FaDu. Как показал вестерн-блоттинг, в клетках SCC47 расщепление каспазы 7 происходило через 2 ч, а каспазы-3 — через 4 часа. Антагонист T2R14 — 6-метоксифлавонон — через 10 часов блокировал апоптоз в клетках SCC47 и FaDu, обработанных лидокаином.

Авторы продолжили изучение механизмов T2R14-индуцированного апоптоза и отметили увеличение количества как расщепленных, так и нерасщепленных форм каспаз. Однако различий в содержании мРНК каспазы 3 и 7 не наблюдалось вплоть до 6 часов после введения лидокаина. В присутствии циклогексимида, блокирующего трансляцию белка, лидокаин продолжал повышать уровень полноразмерных форм каспаз, что свидетельствует об ингибировании нормальной протеолитической деградации. Кроме того, лидокаин и бензоат денатония вызывали накопление полиубиквитинированных белков. Инкубация клеток SCC47 с ингибитором протеасомы MG-132 вызывала такое же увеличение убиквитина, как и лидокаин или бензоат денатония, однако не активировала расщепление каспаз так же быстро, как лидокаин. Данные результаты позволяют предположить, что дисфункция протеасомы может быть следствием дисфункции митохондрий и избыточной продукции активных форм кислорода, вызванной активацией T2R14.

Таким образом, T2R14 может быть мишенью для терапевтических подходов с использованием лидокаина или других агонистов T2R14 при опухолях головы и шеи. Чтобы лучше понять, следует ли подбирать такую терапию для конкретной группы больных раком головы и шеи, авторы проанализировали данные пациентов с этим типом рака в Атласе геномов рака (TCGA). В анализ вошли 308 пациентов с опухолями полости рта и 75 пациентов с опухолями ротоглотки, из которых 52 были ВПЧ-положительными и 23 ВПЧ-отрицательными. Высокая экспрессия TAS2R14 наблюдалась у 14,3% пациентов с опухолями ротовой полости; среди опухолей ротоглотки — 36% в целом, 46% в ВПЧ-положительных опухолях и 13% в ВПЧ-отрицательных опухолях. Вероятно, высокая экспрессия TAS2R14 ассоциирована с ВПЧ-положительным статусом.

Исследователи планируют провести клинические испытания комбинированной терапии с использованием лидокаина для лечения ВПЧ-ассоциированных опухолей головы и шеи.

Обнаружены четыре гена, отвечающие за резистентность опухолей к химиотерапии