来源：Research科学研究
近期，南京中医药大学曹鹏教授团队针对肠易激综合征（Irritable Bowel Syndrome，IBS）发病与药/食摄入生姜的潜在相关性开展了深入研究，通过动物水平药理实验结合肠类器官、化学-计算生物学等方法，发现生姜中主要成分6-姜酚通过体内胃酸或热加工转化为6-姜烯酚，进一步结合调节肠道隐 窝干细胞分化的关键因子eIF3A，抑制隐窝干细胞分化并加重肠道炎症，最终加剧IBS模型小鼠的疾病症状，本研究有望拓展姜类药材的用药禁忌，对生姜的安全应用具有重要意义，为精准医学下药食同源类中药的安全药理学研究提供新思路。 相关成果以“6-Shogaol Derived from Ginger Inhibits Intestinal Crypt Stem Cell Differentiation and Contributes to Irritable Bowel Syndrome Risk”为题发表在Research上。
Citation:Zhao B,Ye J,Zhao W,Liu X,Lan H, Sun J,Chen J,Cai X,Wei Q,Zhou Q,Zhang Z, Wu Y,Yang Y,Cao P. 6-Shogaol Derived from Ginger Inhibits Intestinal Crypt Stem Cell Differentiation and Contributes to Irritable Bowel Syndrome Risk.Research. 2024 Nov 7;7:0524. DOI: 10.34133/research.0524.
研究背景
肠易激综合征（IBS）是一种常见的慢性功能性肠道疾病，饮食因素在疾病的发展过程中起着重要作用。据统计，约90%的IBS患者通过排除性饮食策略以预防或缓解胃肠道症状，因此，优化IBS患者的饮食禁忌对于症状缓解至关重要。生姜是全球广泛使用的香料和调味品之一，IBS患者食用生姜的效应却一直存在争议。研究表明，食用生姜的人群中IBS的发病率及其相关炎症激活水平较高；相反证据显示生姜可作为治疗腹泻型IBS的一种潜在药物。不仅如此，现有研究受到人群异质性、纳入标准、研究系统性以及样本量等方面的限制，亟需进一步明确生姜对IBS的具体影响，为临床医生提供优化生姜应用的循证依据。
研究进展
该项研究通过构建动物模型探讨了生姜在体内对IBS症状的加剧作用，并利用肠类器官和点击化学技术等阐明了生姜加剧IBS症状的机制、成分和作用靶点，该研究为IBS患者的饮食排除管理策略提供了新的参考依据。
首先，该项研究评估了不同诊断标准的IBS全球发病率与生姜摄入量的相关性，同时进一步建立了两个实验性IBS小鼠模型（应激IBS和促炎），通过给予小鼠生姜提取物（GE）和生姜粉（GP）进行灌胃实验来验证生姜加剧IBS的体内作用，结果显示小鼠每天摄入超过90mg/kg的生姜可能会加剧IBS症状的风险。此外，病理研究显示，膳食生姜抑制了回肠隐窝干细胞的分化，进一步减少杯状细胞的数量和分泌功能，这影响了粘液层的厚度，进而导致炎症浸润，加剧了IBS症状（见图1）。
图1 食用生姜通过抑制隐窝干细胞分化和加剧肠道炎症来加重IBS症状
鉴于膳食生姜对肠道隐窝干细胞（ICSCs）分化和再生的影响，作者构建了肠道类器官干细胞分化筛选模型，分析生姜加重IBS的主要成分。结果显示，主要活性成分6-姜烯酚是体内胃酸转化的主要产物，对肠道类器官分化的抑制作用最显著。随后，作者针对性的比较了6-姜烯酚及其原型成分6-姜酚对肠类器官分化的影响，发现与6-姜酚相比，6-姜烯酚抑制作用更严重（图2）。
图2 6-姜烯酚是生姜中加重IBS的主要成分
胃酸和加热转化是生姜制备、加工和消化过程中涉及的主要过程。在酸性条件下，如胃酸消化，或加热条件下，6-姜酚大量转化为6-姜烯酚，转化率高达40%。因此，为了在真实环境中验证生姜抑制肠隐窝分化的潜在作用，于是模拟了生姜提取物及其主要成分6-姜酚在体外胃酸孵育和高温处理过程。研究结果表明，生姜提取物及其主要成分6-姜酚在高温和酸性条件下处理后，与未处理组相比，对类器官分化和再生的抑制作用显著增强。进一步应用人源原代肠上皮细胞和人小肠类器官验证了上述结果（图3）。
图3 模拟胃酸消化和高温加工真实环境验证生姜中有毒成分的体内转化
鉴于体外类器官筛选出的生姜毒性成分6-姜烯酚，这作者接着利用IBS小鼠模型验证了6-姜烯酚潜在的IBS加重作用，结果显示6-姜烯酚加重小鼠IBS疾病指数的症状表型，增加了肠黏膜的炎性浸润，抑制了ICSCs的分化和再生。为了研究6-姜烯酚在生姜中的主要毒性作用，采用基于高效液相色谱（HPLC）的组分剔除方法去除生姜提取物中的6-姜烯酚及其原型成分6-姜酚。结果表明，生姜提取物（去除6-姜烯酚和6-姜酚）逆转了生姜提取物处理诱导的AWR评分、排便颗粒数和粪便含水量指数，同时逆转了生姜提取物处理诱导的炎症浸润和ICSC分化抑制效应。这些结果表明6-姜烯酚是生姜中的主要毒性成分，并通过抑制隐窝干细胞分化，加剧肠道炎症，加重实验性IBS症状（图4）。
图4 体内IBS模型证实生姜衍生的6-姜烯酚加重IBS症状
为进一步探究6-姜烯酚具体作用机制，作者合成了含炔基的分子探针（6S-1和6S-2），其中6S-1探针对分化的抑制作用与6-姜烯酚的毒性作用相似，故选择6S-1开展后续靶点筛选实验，点击化学结合质谱确定6-姜烯酚特异性靶向真核起始因子3A蛋白（eIF3A），该蛋白被报道与肠道干细胞分化密切相关。此外，免疫荧光实验表明6-姜烯酚主要聚集在肠隐窝底部的ICSC区域。功能研究发现6-姜烯酚与eIF3A的结合通过抑制其与eIF3家族其他成员的相互作用而显著影响翻译起始复合物的形成，而增加eIF3A的表达有效逆转了6-姜烯酚对ICSCs分化的抑制（图5）。
图5 6-姜烯酚通过与eIF3A结合抑制ICSC分化
接着，作者进一步利用质谱鉴定其可能的结合位点，发现6-姜烯酚特异性结合eIF3A的Cys58位点。通过构建了外源性Cys58位点突变的eIF3A进行验证，发现外源性突变的eIF3A不能与6-姜烯酚有效结合，且与6-姜烯酚缺乏共定位。此外，Cys58位点突变eIF3A的引入并没有显著影响6-姜烯酚对肠道类器官的抑制作用（图6）。
图6 6-姜烯酚通过与eIF3A Cys58位点结合阻断eIF3转录起始复合物
进一步作者应用腺相关病毒AAV-mCherry、AAV-eIF3A和AAV-eIF3A（C58A）验证生姜加重IBS的机制。结果显示AAV-eIF3A逆转了生姜提取物处理诱导的IBS加剧，炎症浸润，隐窝干细胞分化抑制，而AAV-eIF3A（C58A）没有表现出该效果（图7）。综上所述，生姜来源的6-姜烯酚与eIF3A第58位半胱氨酸结合，抑制转录起始复合物eIF3的形成，从而抑制隐窝干细胞分化，加剧肠道炎症，加重实验性IBS症状。
图7 过表达eIF3A逆转饮食生姜对IBS的不良反应
未来展望
在实验性IBS模型中，6-姜烯酚通过抑制隐窝干细胞分化加剧肠道炎症。体内来源于生姜的主要成分6-姜酚通过胃酸和热加工转化6-姜烯酚，与调节ICSC分化的关键因子eIF3A的Cys58位点共价结合，抑制了eIF3翻译起始复合物的形成，进一步降低了杯状细胞数量及其分泌功能相关的黏液层厚度，导致回肠隐窝中LPS浸润增加和低度炎症(由于肥大细胞和炎性细胞因子)，最终加剧了小鼠IBS模型的症状（图8）。
图8 生姜的主要成分6-姜烯酚通加剧IBS症状的机制图
本研究通过构建肠炎模型，揭示生姜能够显著加重小鼠模型的疾病活动指数，并促进肠道慢性炎症浸润。进一步扩展研究生姜的潜在禁忌证，然而亟需引入更多的肠道疾病模型以验证其广泛适用性。同时，用于评估食品肠毒性的类器官平台的开发尚处于初期阶段，需进一步优化以提高检测灵敏度和准确性。目前，关于生姜的临床研究样本量有限，对其在IBS及其他胃肠道疾病中的具体作用尚缺乏系统性分析。因此，需要开展更大规模的临床试验，并采用先进的统计学方法（如孟德尔随机化分析）以揭示其潜在机制和临床效应。未来的研究应以稳健的临床终点为导向，结合标准化的研究对照和更具代表性的人群样本，从而为生姜与IBS的关系提供更高水平的证据支持。综上，本研究强调了全面了解生姜在IBS中的潜在加重作用对于其合理、安全的临床使用至关重要，并为食源性IBS的毒理学评价提供了全新思路和研究框架。
作者简介
曹鹏，博士，二级研究员，博导，现任南京中医药大学科研副校长，江苏省中医药研究院首席研究员、江苏卫健委临床中药学交叉医学创新中心主任。国家杰出青年科学基金获得者。主要从事中药药理学研究与新药研发工作。先后主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重点、杰青、优青等国家级项目10项。主研的防治化疗神经毒性中药AC591颗粒获1.1类临床批件，并启动2期临床研究。发表SCI学术论文150余篇。获国家卫生健康突出贡献中青年专家、第九届树兰医学青年奖等荣誉称号。
