Introduction
俗话说早吃三片姜，赛过喝参汤，吃生姜对人体健康的好处是众所周知的。生姜作为药食同源材料，含有多种活性化合物，在我国已有5000年的应用历史。早在春秋时期，《论语乡党》就有孔子生平不撤姜食的记载。生姜作为食材，香辣可口，是提味去腥的利器；生姜作为药材，具有解寒、温中止呕的多种功效。许多研究表明，生姜在癌症治疗中具有神奇的作用。姜及其活性成分能抑制各种肿瘤的生长，诱导肿瘤细胞凋亡，从姜中提取的天然产物对结肠癌有直接或协同的抗癌作用。
结肠癌是最常见的恶性肿瘤之一，占胃肠道肿瘤发病率的30%以上。结肠癌患者早期症状不明显，常在中晚期确诊。结肠癌治疗联合应用手术、化疗、免疫治疗、中药等方案，但临床上仍面临诸多困难，需要更多低毒高效的结肠癌治疗。
天然多糖作为一种具有高效抗肿瘤活性的化合物，受到了广泛的关注。与传统化疗药物相比，天然多糖对正常细胞具有低毒性或无毒性，具有更多的生物安全性。以往的研究表明，多糖可以直接或间接地发挥抗肿瘤作用，即通过阻碍肿瘤细胞周期，诱导肿瘤细胞凋亡，或通过免疫激活细胞因子来表达间接抗肿瘤活性。
近年来， 陈贵堂，中国药科大学工学院教授团队 在生姜多糖的功效方面取得了一系列的研究进展。在早期阶段，筛选三种姜多糖和五种姜多糖纯化成分时，发现姜多糖纯化成分UGP1能有效抑制HCT116人结肠癌细胞生长，同时对RAW264.7小鼠巨噬细胞具有免疫增殖作用。在此基础上，通过对细胞周期阻滞、凋亡途径和免疫活性的研究，建立了体外细胞模型和肿瘤动物模型UGP1抗结肠癌机制为食品制药行业抗结肠癌药物的发展和姜多糖的应用提供了参考。
Results and Discussion
UGP1在体外抑制HCT116细胞增殖
首先，确认姜多糖UGP1.抗增殖作用。用MTT检测法检查UGP1对HCT使用116细胞增殖活性的影响Hoechst 33342染色法观察，Annexin V-FITC/PI染色并流细胞仪检测细胞凋亡。如图1A-C所示，姜多糖UGP1（0、25、50、150 μg/mL）以剂量依赖性诱导HCT116细胞凋亡。细胞周期检测结果表明，UGP1可将HCT116细胞周期阻断S期，阻断其有丝分裂(图1D）。接着，检测UGP1对Caspase如图1所示，蛋白质的调节能力E所示，UGP1处理后caspase-3和caspase-9活性显著提高。然后通过蛋白质痕迹检测UGP1处理后HCT116细胞凋亡的蛋白质表达(图116)F）。UGP11可剂量依赖性促进剂量依赖性p53、Bax蛋白质表达，并降低Bcl-2蛋白表达。总之，姜多糖UGP1可能通过p53、Bax/Bcl-2、caspase-3.抑制信号路径HCT细胞增殖并诱导凋亡。
A. HCT116细胞增殖活性检测；B. 观察细胞凋亡形态；C. 细胞凋亡期检测；D. 细胞周期分布检测；E. Caspase蛋白质活性检测；F. 与细胞凋亡有关的蛋白质检测。
图1 UGP1抑制HCT116细胞增殖
UGP1抑制体内结肠癌肿瘤的生长
为进一步验证姜多糖UGP本研究建立了结肠癌的抗癌作用及其作用机制BALB/c小鼠荷瘤模型。如图2A-C所示，UGP以剂量依赖的方式抑制小鼠肿瘤的生长，诱导肿瘤细胞凋亡。与DOX相比，UGP1对小鼠体重没有不良影响(图2)D），并对脾、肾、肝指数产生积极影响(图2)E）。肿瘤凋亡相关蛋白质肿瘤凋亡相关蛋白质p53、Bax、Bcl-2的表达。如图2F所示，姜多糖UGP可以通过上调p53蛋白表达和Bax/Bcl-抑制结肠癌肿瘤发展的比例。
A. 观察肿瘤形态；B. 肿瘤体积曲线；C. 肿瘤切片观察；D. 小鼠体重变化；E. 小鼠器官指数；F. 与肿瘤凋亡有关的蛋白质检测。
图2 UGP抑制结肠癌肿瘤的生长
UGP1免疫调节作用
研究姜多糖UGP首先考察了1的免疫调节功能UGP1对RAW264.7细胞活力和肿瘤坏死因子TNF-α分泌影响(图3)A-B）。UGP1在体外具有良好的免疫调节作用，或通过刺激细胞因子的分泌发挥抗肿瘤作用。对体内血清免疫因子分泌的研究表明(图3)C），UGP细胞因子因子1显著改善TNF-α、IL-6、IL-并抑制分泌TGF-β、bFGF减少肿瘤免疫的逃避和转移。总之，UGP可调动机体免疫反应，调节免疫因子分泌，发挥抗肿瘤作用。
A. RAW264.7细胞增值活性检测；B. TNF-α表达量检测；C. 体内血清免疫因子分泌。
图3 UGP1.免疫调节作用
Conclusion
本文讨论了姜多糖UGP抗肿瘤活性在体外和体内。UGP1可诱导肿瘤细胞周期阻滞，增强Bax和p抑制53蛋白质的表达，抑制蛋白质的表达Bcl-2蛋白质表达，激活下游蛋白质caspase-9和caspase-3的表达。此外，UGP促进炎症细胞因子TNF-α、IL-6、IL-2.减少肿瘤细胞因子的分泌TGF-β、bFGF的分泌。综上所述，姜多糖UGP可通过调整进行调整p53、Bax/Bcl-2、caspase-3.诱导肿瘤细胞凋亡，抑制诱导肿瘤细胞凋亡，抑制结肠癌的生长。
第一作者
钱燕芳，中国药科大学工学院硕士，研究方向为营养和功能性食品。
通信作者
陈贵堂，中国药科大学工学院/国家中药加工研发中心教授、博士生导师。毕业于中国农业大学食品科学与营养工程学院，获工程博士学位，罗格斯大学食品科学系访问学者，入选江苏省大众创业创新计划科技副总项目。主要研究生物活性物质的药理活性和保健机制，特别是功能成分与人类慢性病的关系，采用先进的物理、化学和生物技术，研究功能成分的有效分离和丰富、活性维持和效率，为医疗保健食品的发展提供各种功能因素。已完成国家重点研发项目子项目、国家自然科学基金、江苏自然科学基金等10多个项目，在国内外期刊上发表90多篇科研论文，获得10多项授权专利。
Ginger polysaccharide UGP1 suppressed human colon cancer growth via p53, Bax/Bcl-2, caspase-3 pathways and immunomodulation
Yanfang Qian1, Chenying Shi1, Chen Cheng1, Dengwei Liao, Junping Liu, Guitang Chen*
College of Engineering/National R&D Center for Chinese Herbal Medicine Processing, China Pharmaceutical University, Nanjing 211198, China
1 Authors contributed to the work equally and should be regarded as co-first authors.
*Corresponding author.
Abstract
In previous study, we got a purified ginger polysaccharide UGP1 and verified its significant antitumor activities on colon cancer HCT116 cells. In this article, we aimed to illustrate the underlying mechanism of UGP1 exerted antitumor activities on colon cancer by using in vitro cell models and in vivo animal models. The results demonstrated that UGP1 could induce S-phase cell cycle arrest, up-regulate the expression of Bax and p53, down-regulate the expression of Bcl-2, and activate the downstream protein caspase-9 and caspase-3, which was related to intrinsic apoptosis pathway on HCT116 cells. Moreover, UGP1 significantly stimulated RAW264.7 cell proliferation and secretion activity. Similarly, UGP1 inhibited tumor proliferation on tumor-bearing mice, increased the expression of p53 and the ratio of Bax/Bcl-2, enhanced the secretion of pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-2, IL-6 and decreased the secretion of pro-tumor cytokines TGF-β and bFGF in serum. In conclusion, it indicated that the UGP1 could suppress human colon cancer growth by inducing apoptosis via the regulation of p53, caspase-3, and Bax/Bcl-2 ratio-dependent pathway and regulating immune system activity. This investigation provided basic theoretical mechanism of ginger polysaccharide-exerted antitumor activities, and contributed to develop a possible functional food or adjuvant agent for prevention or treatment of colon cancer.
Reference:
QIAN Y F, SHI C Y, CHENG C, et al. Ginger polysaccharide UGP1 suppressed human colon cancer growth via p53, Bax/Bcl-2, caspase-3 pathways and immunomodulation[J]. Food Science and Human Wellness, 2023, 12(2): 467-476. DOI:10.1016/j.fshw.2022.07.048.
翻译/编辑：梁安琪；责任编辑：张瑞梅
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780)是由北京食品科学院、中国肉类食品综合研究中心主办、中国食品杂志《食品科学》编辑团队运营的国际同行评价、开放获取的期刊。目的是报告动物源食品领域的最新研究成果，包括肉类、水产品、乳制品、鸡蛋、动物内脏、食用昆虫等原料。研究内容包括食品原料的质量、加工特性、营养成分、活性物质与人体健康的关系、产品风味和感官特性、加工或烹饪中有害物质的控制、产品保鲜、储存和包装、微生物和发酵、非法药物残留和食品安全检测。法律、法规、标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124
