千年古方，纳米新生：科学家破解半夏如何“指挥”免疫细胞对抗肺癌！

    肺癌是全球范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤之一，现有治疗手段在疗效与毒性方面仍面临显著局限。近年来，免疫调节成为肿瘤治疗的重要策略，其中肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）在肿瘤微环境中的极化状态直接影响抗肿瘤免疫应答，其代谢重编程与免疫功能调控受到广泛关注。与此同时，植物来源的纳米囊泡作为天然活性成分的载体，在跨物种信号传递和免疫调节中展现出独特潜力，为中药现代化与纳米医学的融合提供了新思路。

    半夏（Pinellia ternata）作为传统中药材，具有化痰、止咳、抗肿瘤等多重药理活性，但其具体作用机制尚未完全阐明。本研究聚焦于从半夏鲜根中提取的纳米级类外泌体囊泡（PEVs），系统探究其在调控巨噬细胞极化及抑制肺癌生长中的作用与机制。

    该研究于2026年2月发表在《Phytomedicine》（IF：8.3）期刊上，题为《Pinellia exosomal vesicles remodulate tumor-associated macrophage polarization via the serine synthesis/JAK/STAT signaling pathway to inhibit lung cancer growth》。文章首次揭示PEVs通过抑制丝氨酸合成途径关键基因（PHGDH、PSAT1、PSPH）的表达，进而激活JAK/STAT信号通路，促使巨噬细胞向促炎M1型极化，增强其对肺癌细胞的免疫监视与杀伤功能。同时，PEVs还能直接诱导肺癌细胞S期阻滞，并在体内实验中显著抑制肿瘤生长。该研究不仅阐明了半夏免疫调节作用的代谢与信号机制，也为基于植物囊泡的肺癌免疫治疗提供了新的理论与实验依据。

一、研究创新点

➤发现了传统中药半夏中具有免疫调节功能的纳米载体

➤阐明了PEVs重塑肿瘤免疫微环境（TME）的新机制

➤揭示了PEVs跨细胞协同抗肿瘤的双重作用模式：间接免疫调节和直接细胞作用。

➤提出了PEVs中潜在的关键活性成分及其作用假设

➤验证了口服PEVs的体内抗肿瘤活性及良好安全性

 

二、主要研究思路

1、PEVs的提取与表征

    采用差速超速离心法从鲜半夏根中提取PEVs，并通过TEM、DLS、SDS-PAGE、脂质组学与蛋白质组学进行系统表征。

图1. PEVs的提取与表征

 

2、巨噬细胞极化调控实验

    通过使用THP-1来源的巨噬细胞，验证PEVs能促进M0和M2型巨噬细胞向M1型极化，增强其免疫激活功能。

图2. 半夏外泌体（PEVs）促进THP-1来源巨噬细胞向M1样表型的分化与极化

 

3、PEVs对肺癌细胞的抑制作用

    通过共培养体系、条件培养基实验，验证PEVs通过巨噬细胞间接抑制肺癌细胞增殖。

    为确定PEVs诱导的巨噬细胞M1极化是否具有肿瘤抑制作用，本研究采用两种实验方法。第一种方法中，将PEVs处理的巨噬细胞条件培养基分别作用于PC9 、HCC827 、A549和H1975肺癌细胞系基于 CCK -8和集落形成实验，用THP1-PEVs条件培养基处理的肿瘤细胞增殖显著减少（图3 A ，3 B-C）。在第二种方法中，将10 μ g/mL的PEVs加入共培养系统的上室。EdU实验显示肿瘤细胞增殖受到抑制，且细胞核被Hoechst染色（图3 D-E）。

图3. PEVs对肺癌细胞增殖的抑制作用是通过M1样巨噬细胞极化实现的

 

    通过直接处理肺癌细胞，评估PEVs对其增殖、凋亡和细胞周期的影响。

    随着 PEVs浓度的增加，细胞存活率逐渐下降在测试浓度范围内，10-20 μ g/mL的 PEVs 在所有细胞系中表现出最强的抑制效果（图4A）。流式细胞术分析显示，所有细胞系在暴露于 PEV 后均出现S期细胞周期阻滞（图4 B-4C），而这些肺癌细胞中仅检测到微小的凋亡变化（图4 D）。而细胞周期相关蛋白CDK2的表达增加，CCND1的表达减少，表明肺癌细胞进入S期阻滞（图4E） 。这些发现表明，PEVs主要通过诱导S期阻滞对肺癌细胞产生直接抗增殖作用，且不依赖于显著的细胞凋亡。

图4. PEVs对肺癌细胞的直接抑制作用

 

4、通路探究及分子机制研究

    转录组测序分析PEVs对巨噬细胞和肺癌细胞基因表达的影响。

    转录组测序显示，PEVs处理后的巨噬细胞出现显著的基因表达重编程（图5A-B）：促炎相关基因（如CXCL8、IFNB1、IL1β）明显上调，而丝氨酸合成途径关键基因（PHGDH、PSAT1）及氧化磷酸化相关基因（如Ndufs3、Ndufa4）则显著下调（图5D）。 KEGG通路富集分析进一步证实，JAK/STAT、NF-κB等免疫相关信号通路被广泛激活（图5C）。在肺癌细胞中，PEVs亦引起共同差异基因表达（图5F），且与巨噬细胞在JAK/STAT等通路上变化趋势一致（图5G），提示其具有跨细胞的协同调控机制。

图5. THP-1巨噬细胞与肺癌细胞暴露于PEVs后的 KEGG 通路分析

 

    验证PEVs抑制丝氨酸合成关键基因（PHGDH/PSAT1/PSPH），进而激活JAK/STAT通路。

    转录变化通过定量PCR和蛋白质印迹法在mRNA和蛋白水平上得到验证（图6A-B）。这些结果表明PEVs通过同时靶向丝氨酸生物合成途径中的多种酶来抑制丝氨酸合成，该抑制效果在肺癌细胞系及公共临床数据中均得到验证（图6D-E），且这些基因在肺癌组织中普遍高表达。通过分子对接分析，发现SPT对 PHGDH 、PSAT1和 PSPH 具有强结合亲和力（图6 C） 。功能实验显示，敲低上述基因可显著激活JAK/STAT通路中促炎方向的磷酸化信号（如p-STAT1/2/4升高），同时抑制免疫抑制相关信号（如p-STAT3/5/6降低）（图6F-G），说明PEVs通过调控丝氨酸代谢重塑JAK/STAT信号轴，进而推动巨噬细胞向M1型极化。这一调控机制在PC9肺癌细胞中同样得到证实（图6H-J）。

图6. 半夏外泌体（PEVs）通过抑制丝氨酸代谢基因调控JAK-STAT信号通路

 

05、动物体内实验

    建立小鼠LLC肺癌移植瘤模型，口服PEVs后观察肿瘤生长、免疫标志物变化及安全性。

    为进一步评估PEVs在体内的抗肿瘤活性，使用LLC肺癌细胞建立了C57BL/6小鼠异种移植模型。将肿瘤细胞皮下注射后，小鼠在7天后开始口服PEVs 。 经过14 天治疗周期后 ， 取肿瘤组织进行分析（ 图7 A） 。在肺癌移植瘤模型中，口服PEVs能显著抑制肿瘤生长（图7B-C），降低肿瘤细胞增殖标记Ki-67的表达（图7D），并表现出良好的生物安全性，主要脏器未见病理损伤（图7E）。免疫荧光分析进一步显示，PEVs治疗后的肿瘤组织中M1型巨噬细胞标记CD86表达上升，M2型标记CD206表达下降（图7G），表明PEVs在体内能有效逆转肿瘤相关巨噬细胞的极化状态，重塑肿瘤免疫微环境。

图7. 半夏外泌体（PEVs）在小鼠模型中抑制肺癌进展体内

 

3、总结

    该文章开创性应用植物纳米囊泡治疗癌症：首次从半夏（Pinellia ternata） 中分离出类外泌体纳米囊泡（PEVs），并证实其通过免疫调控机制抑制肺癌，为中医药现代化与纳米技术结合提供了新范式。揭示新颖的免疫代谢调控通路：发现PEVs通过抑制丝氨酸合成途径（PHGDH/PSAT1/PSPH）调控巨噬细胞向M1型极化，并激活JAK/STAT通路，为肿瘤免疫治疗提供了新的代谢干预靶点。提供低毒、天然的肿瘤治疗策略：PEVs来源于传统中药，具有低毒性、高生物相容性的特点，为开发安全有效的天然抗肿瘤药物提供了新思路。

    多维度验证机制：研究从细胞、动物模型到转录组、代谢组等多层面系统验证了PEVs的免疫调节与抗肿瘤作用，增强了结论的可信度。

 

文献来源：Liu M, Wang T, Fu J, Cui T, Li N, Sun T, Liu J, Su C, Song B. Pinellia exosomal vesicles remodulate tumor-associated macrophage polarization via the serine synthesis/JAK/STAT signaling pathway to inhibit lung cancer growth. Phytomedicine. 2026 Feb;151:157759.