黄芪的药用历史悠久，始见于汉墓马王堆出土的帛书“五十二病方”，《神农本草经》亦将其列为上品，具有健脾补中、升阳举陷、益卫固表、托毒生肌等功效^[1]。黄芪被李时珍誉为“补气第一要药”，中医临床众多抗肿瘤验方中都含有黄芪，主要发挥其“扶正抗癌”的作用。黄芪活性成分环黄芪醇（cycloastragenol, CAG）是黄芪甲苷的苷元，研究表明其具有抗衰老、抗病毒、抗炎等功能^[2-5]，然而其抗肿瘤作用及其机制尚不清楚。

 近日南京大学Molpharm实验室孙洋团队联合南京中医药大学程海波团队在Journal for ImmunoTherapy of Cancer杂志上发表题为Targeting cathepsin B by cycloastragenol enhances antitumor immunity of CD8 T cells via inhibiting MHC-I degradation的研究论文，发现抗结直肠癌验方仙连解毒方中含有的环黄芪醇可直接靶向组织蛋白酶B 减少肿瘤细胞上MHC-I的降解从而增强CD8 T细胞介导的抗肿瘤免疫，揭示了补气第一要药黄芪“扶正抗癌”的科学内涵。

为了考察环黄芪醇（CAG）的抗肿瘤作用，研究人员首先在MC38和CT26小鼠移植瘤模型上进行了试验，结果发现CAG能够很好的抑制肿瘤的生长。随后运用scRNA-seq和scATAC-seq技术分析CAG抗肿瘤的具体作用机制。通过scRNA-seq分析发现，CAG给药组小鼠肿瘤中C05群肿瘤细胞数目明显减少，并且富集分析发现与抗原递呈相关通路明显相关。随后，研究人员在肿瘤组织中也发现CAG组中抗原递呈相关基因H2-k1、B2m、Anxa1和CD74的表达水平显著高于PBS组。同时scATAC-seq分析也发现CAG组调控抗原递呈相关基因H2-k1、B2m、Anxa1和CD74的转录因子表达水平也显著高于PBS组。

接下来，研究人员使用TRAP技术寻找CAG的靶标蛋白进而揭示CAG的抗肿瘤作用机制。紧接着研究人员通过热迁移、微量热涌动技术、和点突变等技术验证了CAG和靶标蛋白组织蛋白酶B（CTSB）之间的关键结合位点为A77和G198。

有研究报道，肿瘤进展过程中MHC-I在溶酶体中降解导致肿瘤免疫逃逸的发生，而阻断MHC-I降解能抑制肿瘤的生长[6,7]。因此，研究人员猜测CAG是否也能通过调控靶标蛋白CTSB来阻断MHC-I的降解，进而增强抗原递呈？随后，研究人员在MC38和HCT-116细胞株中通过敲低和过表达CSTB，结果发现CTSB与MHC-I的表达呈负相关。并且CAG处理MC38细胞后MHC-I在细胞膜上的聚集明显增加，通过Co-IP实验发现CAG能够抑制CTSB和MHC-I的结合，同时，通过点突变等手段也验证了CAG通过抑制CTSB介导的MHC-I降解进而增强抗原递呈。

最后，研究人员发现CAG和PD-1抗体联用获得了更好的抗肿瘤效果，同时结肠癌类器官与健康人外周血CD8 T细胞共孵育实验进一步提示了CAG具有潜在的治疗结直肠癌的临床价值。研究人员借助中药活性分子CAG的抗肿瘤模式亦提示，阻断MHC-I降解药物和PD-1抗体联合使用对肿瘤具有更好的抑制作用。

  环黄芪醇（CAG）可直接靶向组织蛋白酶B（CTSB）减少肿瘤细胞上MHC-I的降解从而增强CD8 T细胞介导的抗肿瘤免疫

该研究通过单细胞多组学结合靶标确证的研究策略（详细见APSB综述推文介绍：天然产物研究的新机遇和新挑战：当靶标确证遇到单细胞多组学），阐释了补气要药黄芪中活性成分增强抗肿瘤免疫的科学内涵，亦对其他复方或中药活性成分作用机制的研究具有借鉴意义。

南京大学生命科学学院邓国亮博士生、周莉莎博士生和王冰琳博士（现为河南大学基础医学院讲师）是该论文的共同第一作者，南京中医药大学程海波教授、孙东东教授和南京大学生命科学学院孙洋教授为该论文的共同通讯作者。该研究还得到中国药科大学叶慧教授在靶标鉴定上的帮助，在此表示感谢。

原文链接：https://jitc.bmj.com/content/10/10/e004874

参考文献：

[1] 黄芪。中国医药信息查询平台。

[2]     Deng G, et al. Inhibition of NLRP3 inflammasome-mediated pyroptosis in macrophage by cycloastragenol contributes to amelioration of imiquimod-induced psoriasis-like skin inflammation in mice. Int Immunopharmacol 2019;74:105682.

[3]     Li M, et al. Cycloastragenol upregulates SIRT1 expression, attenuates apoptosis and suppresses neuroinflammation after brain ischemia. Acta Pharm Sin B 2020;41:1025-1032.

[4]     Chen C, et al. Anti-aging derivatives of cycloastragenol produced by biotransformation. Nat Prod Res 2021;35:2685-2690.

[5]     Fauce SR, et al. Telomerase-based pharmacologic enhancement of antiviral function of human CD8+ T lymphocytes. J Immunol 2008;181:7400-6.

[6]     Liu X, et al. Inhibition of PCSK9 potentiates immune checkpoint therapy for cancer. Nature 2020;588:693-698.

[7]     Yamamoto K, et al. Autophagy promotes immune evasion of pancreatic cancer by degrading MHC-I. Nature 2020;581:100-105.