Introduction
结肠癌的发病率和死亡率在全球范围内处于前列，而不良的饮食习惯是其高发的主要原因之一。肠道是食物的主要消化和吸收部位，饮食中的生物活性物质在肠道中释放，改善肠道健康，预防或抑制肠道疾病的发生和发展。
阿魏酸（Ferulic acid）是一种广泛存在于谷物、水果、蔬菜和咖啡等植物性食物中的酚类化合物。阿魏酸通常与不消化的食物大分子结合，到达结肠部位，并发挥生物活性。有研究表明，阿魏酸具有抑制癌细胞增殖、促进细胞凋亡、诱导细胞周期停滞等作用，并可调节多种与癌症相关的信号通路。然而，阿魏酸对不同进程的结肠癌细胞的抑制效果及其具体的分子机制仍不清晰。
临床上，Duke's分期系统是用于结肠癌分期的经典标准，将结肠癌分为A、B、C、D四个阶段，分别代表肿瘤的不同侵袭和转移程度。不同阶段的结肠癌细胞在生物环境刺激下的反应有所差异。因而，探讨阿魏酸对不同Duke's分期结肠癌细胞的作用效果及机制，有助于更深入地了解其抗癌潜力。
武汉轻工大学陈曦副教授课题组评估阿魏酸在不同Duke's分期的结肠癌细胞（SW-480、Caco-2和HCT-116）中的抑制作用。这3种细胞系分别对应Duke's B、C和D期，代表了肿瘤进展程度的不同阶段。通过分析阿魏酸对这些细胞的存活率、迁移能力、细胞周期和凋亡的影响，以及其相关的信号通路调控机制，揭示其在不同分期结肠癌中的潜在作用机制，为天然植物化合物阿魏酸预防结肠癌提供新见解，并为其在健康膳食中的应用提供了理论基础。
Results and Discussion
阿魏酸降低结肠癌细胞存活率，并抑制克隆形成（Colony formation）能力
本研究测定了三种结肠癌细胞系（SW-480、Caco-2和HCT-116）在不同浓度阿魏酸处理下，24、48、72小时的细胞存活率。结果显示阿魏酸浓度与3种细胞存活率在48及72小时呈现剂量依赖性抑制作用（图1）。此外，HCT-116细胞在72小时时的IC50最低，表明阿魏酸对其抑制效果最强。为了进一步验证阿魏酸的抑制效果，进行了克隆形成实验，结果显示，随着阿魏酸剂量增加，所有三种细胞系的克隆形成显著减少，表明阿魏酸在不同结肠癌细胞系中均有较强的抑制生长效果（图2）。
图1 阿魏酸对SW-480、Caco-2和HCT-116细胞存活率的抑制效果
图2 阿魏酸对SW-480、Caco-2和HCT-116细胞克隆行程能力的抑制效果
阿魏酸抑制结肠癌细胞迁移活性
对培养72小时的细胞进行了划痕愈合和Transwell迁移实验（图3）。在400μg/mL阿魏酸处理下，SW-480、Caco-2和HCT-116细胞的划痕愈合面积分别减少了10.69 ± 1.28%、38.29 ± 4.46%和14.37 ± 0.77%，与空白组（未添加阿魏酸）相比具有显著差异（P<0.05），表明阿魏酸具有在体外抑制癌细胞转移的能力（图3A）。为进一步验证阿魏酸对细胞迁移的抑制效果，研究还进行了Transwell迁移实验，实验结果显示(图3B)，阿魏酸在72小时内以剂量依赖的方式显著抑制三种细胞系的迁移能力。
图3 阿魏酸（400 μg/mL）对细胞迁移能力的影响
阿魏酸对细胞周期进程和凋亡的影响
阿魏酸处理后，SW-480和Caco-2结肠癌细胞在S期发生了剂量依赖性的细胞周期阻滞，而HCT-116细胞则在G1期发生阻滞（图4A）。阿魏酸对细胞周期的调控在不同Duke's分期的结肠癌细胞系中有所不同，可能与其独特的基因表达和信号通路有关，因此后续实验通过western blotting 及 PCR 对细胞周期相关基因及调控蛋白进行了分析（图 5-6）。通过Annexin V/PI检测阿魏酸对结肠癌细胞凋亡的影响，显示阿魏酸处理后三种细胞系中凋亡细胞比例呈剂量依赖性增加，表明阿魏酸可以有效诱导结肠癌细胞凋亡（图4B）。
图4 阿魏酸（0、200、400 μg/mL)对细胞周期和细胞凋亡的影响
阿魏酸对细胞周期及凋亡相关蛋白的调控作用
通过Western blotting分析了阿魏酸处理72小时后SW-480、Caco-2和HCT-116细胞中与细胞周期和凋亡调控相关的蛋白表达水平，重点检测了Cyclin A2、Cyclin D1、Cyclin E1和p53。结果显示（图5），阿魏酸在SW-480和Caco-2细胞中剂量依赖性地抑制了Cyclin A2的表达，这与这两种细胞系在S期的细胞周期阻滞相一致。然而，在HCT-116细胞中，Cyclin D1和Cyclin E1的表达显著下降，解释了该细胞系在G1期的细胞周期阻滞现象，这是因为Cyclin D1和Cyclin E1分别负责G1期的推进及从G1晚期到S期的过渡。此外，阿魏酸处理使三种细胞系的p53蛋白表达上调，促进了细胞周期阻滞和凋亡的发生。这些结果证实了阿魏酸在抑制结肠癌细胞中的调控作用。
图5 阿魏酸对细胞周期及凋亡相关蛋白的调控
阿魏酸对不同Duke's分期的结肠癌细胞中相关基因表达水平的影响
通过RT-qPCR评估了阿魏酸对相关基因表达水平的影响，以揭示其可能调控的信号通路。检测的基因包括ATM、ATR、Chk1、Chk2、CDK2、CDK4、CDK6、GAPDH、Cyclin A2、Cyclin D1、Cyclin E1、p53、p21、p16、Rb1和E2F1。阿魏酸处理72小时后，结果显示（图6）在SW480和Caco-2细胞中，ATR和Chk1基因上调，而CDK2下调。ATR-Chk1通路的激活导致CDC25的磷酸化失活，从而下调CDK2表达，减少Cyclin A2-CDK2复合物，最终导致S或G2/M期的细胞周期阻滞。在HCT-116细胞中，阿魏酸处理后CDK4和CDK6表达下降，促使Cyclin D的泛素化降解，引发G1期阻滞。同时，ATM激活进一步刺激Chk2的表达，Chk2可促进CDC25A的降解，导致CDK2-Cyclin E复合物的失活，并引起细胞周期阻滞。此外，三种细胞系中p53和p21表达均上调，从而抑制其活性，导致细胞周期阻滞和凋亡。
图6 不同Duke's分期的结肠癌细胞中相关基因表达水平
阿魏酸抑制结肠癌细胞的作用机制探讨
不同类型的结肠癌细胞接触到阿魏酸后，激活了不同的信号通路，对于代表Duke's D期的HCT-116细胞，阿魏酸通过激活ATR/Chk1通路，使细胞周期阻滞在S期，导致CDK4/6和Cyclin D1/E1复合物的下调，并进一步诱导凋亡。而对于代表Duke's B和C期的SW-480和Caco-2细胞，通过ATM/Chk2通路作用，使细胞在G1期阻滞，导致CDK2和Cyclin A2复合物的下调。此外，p53和p21的上调也在一定程度上促进了癌细胞的凋亡，进一步增强了阿魏酸的抗癌效果。
图7 阿魏酸对不同Duke's分期结肠癌细胞的抑制机制
Conclusion
阿魏酸广泛存在于植物性食物中，通常以结合状态存在于食物基质内，这种结合形式有助于阿魏酸顺利到达结肠并发挥抗癌作用。阿魏酸对人类结肠癌细胞系Caco-2、HCT-116和SW-480具有显著的抑制作用，能抑制细胞增殖，降低迁移能力，并诱导细胞周期停滞和凋亡。这些作用机制与不同Duke's分期细胞中的不同信号通路有关：阿魏酸通过ATR/Chk1通路抑制SW-480和Caco-2细胞，而在HCT-116细胞中则通过ATM/Chk2通路实现抑制，此外，p53和p21蛋白的上调也增强了阿魏酸的抑制效果。综上所述，富含阿魏酸的食物可能作为结肠癌预防的潜在策略，有助于开发符合“食药同源”理念的功能性食品。
作者介绍
第一作者
刘增平，武汉轻工大学食品加工与安全2023级硕士研究生，主要研究方向为谷物膳食纤维及多酚的消化、吸收及代谢，以及与肠道菌群的相互作用。
通讯作者
陈曦，副教授, 武汉轻工大学食品科学与工程学院教师，硕士生导师。研究领域主要在谷物中功能因子的体内外代谢与健康效应、全谷物功能性食品创制等方面。担任国际期刊eFood (IF 4.0)青年编委、Food & Medicine Homology 青年编委。主持/参与国家级、部省级、以及横向项目8项；发表学术论文19篇；授权/公开国家发明专利 5件，出版“十三五”规划教材1部（副主编）。
论文网址：https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.9420063