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。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，然而其抗肿瘤作用及机制尚不清楚。
作为保健食品的环黄芪醇
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小鼠结肠癌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。随后运用单细胞转录组测序（scRNA-seq）和单细胞染色质可及性测序（scATAC-seq）技术解析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，且抗原递呈相关通路明显富集。随后，研究人员在肿瘤组织中也发现CAG处理组抗原递呈相关基因H2-k1、B2m、Anxa1和CD74的表达水平显著高于对照组。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对照组。
接下来，研究人员采用靶标响应可及性分析（Target-Responsive Accessibility Profiling, TRAP）策略寻找CAG的靶标蛋白进而揭示CAG的抗肿瘤作用机制。紧接着又通过胞内热迁移、微量热泳动和点突变技术确证了CAG和靶标蛋白组织蛋白酶B（Cathepsin B, CTSB）之间的关键结合位点为A77和G198。
有报道指出，肿瘤进展过程中MHC-I在溶酶体中降解可导致肿瘤发生免疫逃逸。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，进而增强抗原递呈呢？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。进一步，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，https://mp.weixin.qq.com/s/U7_w1sIedYTFqxRrVV0MLw），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。
基于靶标确证与单细胞多组学有机结合的天然产物机制研究新策略
澳门威尼克斯网站邓国亮博士生、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、孙东东教授和澳门威尼克斯网站孙洋教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费的资助，以及医药生物技术国家重点实验室、化学和生物医药创新研究院等的支持。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