《Phytomedicine》：8-shogaol from White Ginger induces cell apoptosis and autophagy in human colon cancer HCT116 cells and
in vivo
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本研究通过miRNA omics分析，揭示了8-姜酚通过抑制PI3K/AKT信号通路诱导HCT116结肠癌细胞凋亡和自噬的分子机制，为开发天然抗癌药物提供了新证据。
张睿|冯静瑜|塔库尔·基兰|胡飞|张建国|马一龙|魏赵军
合肥工业大学食品与生物工程学院，中国合肥230601
摘要
背景
结直肠癌（CRC）是全球主要的健康挑战之一，其发病率和死亡率在各种人群中均呈上升趋势。生姜（Zingiber officinale Roscoe）是一种广为认可的传统药用植物，具有明确的治疗和烹饪用途。8-姜辣素是生姜中的关键酚类成分，表现出多种药理活性，包括抗肿瘤、抗炎和镇痛作用。然而，其对结肠癌的具体作用机制尚未完全明了。
目的
本研究探讨了8-姜辣素对人类结肠癌HCT116细胞的抗癌效果及其潜在的分子机制。
方法
利用miRNA组学技术阐明了8-姜辣素诱导HCT116细胞凋亡的分子机制。通过流式细胞术、免疫组化和Western blotting技术在体内和体外验证了细胞凋亡和自噬现象。
结果
在检测到的1,289个miRNA中，我们发现了193个差异表达的miRNA（98个上调，95个下调），KEGG通路分析显示PI3K/AKT信号通路显著富集。体内实验表明，8-姜辣素（40mg/kg）显著抑制了肿瘤生长。此外，8-姜辣素通过调节关键调控蛋白（Bcl-2、Caspase 3、AKT、PI3K）专门在G2/M期诱导细胞周期停滞并增强HCT116细胞的凋亡作用。8-姜辣素还通过调节相关蛋白（LC3II/LC3I、ULK-1、Beclin-1）诱导自噬。机制研究表明，8-姜辣素通过抑制PI3K/AKT信号通路来诱导自噬和凋亡。
结论
我们的研究结果表明，8-姜辣素通过调节PI3K/AKT通路发挥强大的抗癌作用，同时诱导凋亡和自噬。这项研究为8-姜辣素在治疗CRC中的潜在疗效提供了全面的分子机制见解。
引言
结直肠癌（CRC）已成为全球主要的健康问题，其发病率和死亡率持续上升。它现在是第三大常见恶性肿瘤，约占所有癌症病例的10%，在癌症相关死亡中排名第二（Ma等人，2025年；Marcellinaro等人，2024年；Xu等人，2024年）。即使采用手术、化疗和放疗等适当的多模式治疗，死亡率仍然很高（Du等人，2023年；Lo等人，2022年）。因此，迫切需要发现天然抗肿瘤药物。由于天然化合物的毒性较低且具有广泛的生物活性，它们已成为传统癌症治疗的替代品或补充手段（Feng等人，2025年；Wang等人，2024年）。
生姜（Zingiber officinale Roscoe）是一种著名的传统药用草本植物，具有很高的药用和烹饪价值。其生物活性主要归因于多种关键化学成分，包括挥发油、姜辣素相关化合物（姜醇、姜辣素）、黄酮类、多糖、维生素和矿物质以及膳食纤维。近年来，由于与传统药物相比毒性较低且副作用较少，生姜越来越多地被用作各种癌症的辅助疗法或膳食补充剂（Kan等人，2025年；Xiang等人，2024年；Zhao等人，2025年；Zhou等人，2023年）。作为生姜的主要活性成分，姜辣素以其抗肿瘤、抗炎和镇痛作用而闻名。特别是在抗肿瘤研究领域，近年来已成为国内外研究的热点（Cheng等人，2024年；Wang等人，2024年）。例如，6-姜辣素通过诱导细胞周期G2/M期停滞并靶向Notch信号通路来抑制自噬并加剧癌细胞的凋亡（Ray等人，2015年）。一项研究表明，8-姜辣素可以通过靶向TRPV1来缓解急性疼痛和炎症（Cheng等人，2024年）。
自噬和凋亡是两种主要的程序性细胞死亡类型，共同维持细胞稳态。这两种过程在调节细胞命运方面相互作用。凋亡可防止肿瘤细胞存活，而自噬是通过自噬溶酶体降解细胞内的受损细胞器、蛋白质和其他物质的过程。它与肿瘤进展和抑制密切相关（Yuan等人，2025年）。先前的研究表明，多种天然植物分子可以诱导癌细胞的凋亡和自噬（Li等人，2024年）。PI3K/AKT/mTOR通路的失调与多种恶性肿瘤的发展和进展密切相关（Ameral等人，2018年；Endicott等人，2020年）。因此，针对这一通路的分子靶向疗法已成为研究重点。研究表明，激活PI3K/AKT/mTOR通路在HCT116细胞增殖中起关键作用（Gao等人，2020年）。此外，Gao等人（2020年）观察到，在癌细胞中抑制这一通路可诱导凋亡和自噬。然而，关于8-姜辣素在结直肠癌中的凋亡和自噬作用的研究仍然很少。
microRNA（miRNA）组学是一个研究miRNA的生物合成、调控机制、功能及其与各种疾病关系的领域（Snigdha和Prasath，2021年）。miRNA在多种疾病中表现出异常表达，可作为早期诊断和预后评估的生物标志物（Hill和Tran，2022年）。在癌症中，miRNA既可以作为癌基因也可以作为肿瘤抑制因子，调节与癌症病因和病理相关的自噬和其他细胞过程。miRNA与从癌症到传染病的多种人类疾病有关（Lu和Rothenberg，2022年）。在癌症中，miRNA可以通过多种自噬信号通路介导病理发生（Lukiw，2022年；Wohlers、Bertram和Lill，2018年）。在结直肠癌组织和细胞中，miR-1229-3p表达的下调与肿瘤进展途径显著负相关，通过靶向miR-1229-3p及其靶基因SETD7可能作为预后监测的潜在标志物。分析miRNA与靶基因之间的相互作用可以揭示基因调控网络，为理解细胞发育、分化和功能提供重要线索（Qin等人，2023年）。然而，关于8-姜辣素相关miRNA的信息很少，我们是首次利用miRNA组学研究8-姜辣素在HCT116细胞中诱导凋亡和自噬的。
本研究旨在利用miRNA组学揭示8-姜辣素通过PI3K/AKT信号通路诱导HCT116细胞凋亡和自噬的分子机制。这项研究具有重要意义，因为它通过细胞培养和治疗、凋亡、自噬和细胞周期停滞、miRNA组学分析以及miRNA表达变化提供了新的见解。这些发现可以提高8-姜辣素作为天然抗肿瘤剂治疗结直肠癌的潜力，并强调进一步研究其临床应用的重要性。
部分内容摘要
化学试剂
生姜（中国铜陵铜陵白姜发展有限公司），8-姜辣素（纯度99%），McCoy's 5A培养基（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆），胎牛血清（中国苏州双Ru生物技术有限公司），凋亡检测试剂盒（Roche，瑞士巴塞尔），以及一级和二级抗体（Thermo Fisher Scientific，美国马萨诸塞州）。
8-姜辣素的提取
根据之前的方法（Kou等人，2017年；2018年），将新鲜未去皮生姜用水清洗、干燥、粉碎后进行提取
从生姜中提取8-姜辣素
LC-MS/MS分析显示，提取物中有一个主要的色谱峰（保留时间Rt =3.62分钟），其峰面积占总可识别峰面积的84.12%，表明该化合物是提取物中的主要成分（图1 A）。质谱分析显示，该化合物在m/z [303.1965]处产生强烈的前体离子峰，对应于其[M+H]-离子（计算值：303）（图1 B）。为了确认其结构，进行了二级质谱分析
讨论
结直肠癌（CRC）是一种多因素影响的常见恶性肿瘤，其发病机制复杂，涉及年龄、遗传、饮食、炎症和环境等多种因素。传统癌症疗法的副作用较大，会损害患者的免疫系统和生活质量（He和Gan，2023年；Hernandez等人，2023年；Juchem等人，2023年）。因此，本研究旨在寻找具有抗癌特性且毒性较低的天然化合物。
生姜
结论
根据我们的实验结果，8-姜辣素（20 μM）显著抑制了HCT116细胞的增殖，并通过触发G2/M期细胞周期停滞来阻断其增殖。此外，8-姜辣素处理导致细胞内ROS水平和钙浓度升高，这两者都表明凋亡被诱导。miRNA组织学分析和蛋白质免疫印迹实验也证实了这一现象
作者声明
张睿：概念构思、方法学设计、软件使用、实验实施、初稿撰写。冯静瑜：实验实施、方法学设计、软件使用。塔库尔·基兰：数据管理、实验实施、撰写及审稿编辑。张建国：数据管理、验证。胡飞：监督指导、撰写及审稿编辑。马一龙：方法学设计、软件使用、监督指导、实验实施。魏赵军：资金筹集、监督指导、撰写及审稿编辑。
伦理声明
所有动物实验均获得了南京生命与健康高等研究院的批准（许可编号：NAALH-W-2412010-2），并遵循美国国立卫生研究院（NIH）关于实验室动物护理和使用的指南进行。
未引用参考文献
Li等人，2024年；Saha等人，2014年；Wang等人，2025年；Yan等人，2021年
CRediT作者贡献声明
张睿：初稿撰写、软件使用、资源准备、方法学设计、实验实施。冯静瑜：验证、软件使用、资源准备、方法学设计。塔库尔·基兰：撰写及审稿编辑、验证、软件使用。胡飞：验证、软件使用、资源准备。张建国：验证、软件使用、资源准备。马一龙：数据可视化、监督指导、软件使用、资源准备。魏赵军：撰写及审稿编辑、监督指导、项目管理、资金筹集、概念构思。
利益冲突声明
鉴于魏赵军担任编辑/副编辑/编委会成员的身份，他未参与本文的同行评审，也未获取任何有关同行评审的信息。
致谢
本研究得到了国家重点研发计划（2022YFF1100300）、宁夏回族自治区重点研发计划项目（2025BEG02020）以及宁夏回族自治区科技创新团队项目（2025CXTD006）的支持
