张先正，Nature Nanotechnology！

小奇

2025-04-28

近年来，化疗已被发现能够诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（immunogenic cell death, ICD），从而增强肿瘤部位的免疫细胞浸润。基于此，化疗常与免疫检查点抑制剂（immune checkpoint blockade, ICB）联用，以提高结直肠癌（colorectal cancer, CRC）患者的免疫应答率。然而，该类化免联合治疗在不同个体中存在显著差异，许多患者因化疗耐药而治疗失败，尤其在微卫星稳定型（microsatellite stable）CRC患者中，预后较差。线粒体应激被认为是导致化疗耐药的重要因素之一；受到应激的线粒体可激活下游分子预警系统，阻止化疗药物对肿瘤细胞核的损伤。此外，化疗耐药性肿瘤还可促进免疫抑制性肿瘤微环境的形成，进一步削弱化免联合治疗的疗效。

多个线粒体蛋白参与了上述过程的调控，尤其是肿瘤坏死因子受体相关蛋白1（tTRAP1）。该蛋白在CRC组织中高度表达，并可与环孢菌素D（cyclophilin D, CypD）形成复合物，抑制其易位，从而阻止线粒体通透性转换孔（mitochondrial permeability transition pore, mPTP）的开放，抵御氧化应激信号。值得注意的是，由CypD易位介导的线粒体通透性转换（mitochondrial permeability transition, MPT）与多种炎症状态密切相关。从机制角度看，抑制TRAP1可诱导CypD介导的坏死，并进一步引发免疫细胞浸润。然而，TRAP1的存在阻碍了该炎症信号在CRC中的发生。此外，化疗诱导的氧化应激还会上调TRAP1表达，从而加剧化疗耐药。因此，靶向抑制TRAP1被认为是提升化疗效果的重要策略。然而，目前的TRAP1抑制剂面临诸如线粒体蓄积能力差、结合特异性有限以及药物在体内清除过快等挑战。为克服这些问题，已有研究提出使用基于CRISPR–Cas9的递送系统，其具有短期递药但维持长效治疗的潜力。已有研究显示，口服药物剂型可提高患者依从性，因此，开发一种口服CRISPR–Cas9递送系统对CRC的临床治疗具有重要意义。

然而，目前有关CRISPR–Cas9口服递送治疗CRC的报道仍较少，主要原因在于该系统易受到胃肠道消化环境和肠道黏膜屏障的破坏，这对递送系统的抗污性能和跨膜转运能力提出了更高要求。氧化三甲胺（TMAO）是一种存在于深海鱼类中的两性离子化合物，其正负电荷基团之间的直接连接使其理论上具备优于常规两性离子基团（如甜菜碱）的水合能力和抗污性能。这种抗污特性有望赋予阳离子基因递送载体黏液穿透能力，从而避免其与黏液中带负电荷的黏蛋白发生非特异性结合而被滞留。作为一种肠道菌群代谢产物，TMAO具有独特的转运机制，有助于基因递送系统穿越肠上皮黏膜层。此外，两性离子与水分子的强相互作用可有效抑制冰晶形成，表明其作为冷冻保护剂的潜力。TMAO优异的水合层形成能力亦可在尿素等变性环境中保护蛋白质结构。这些特性使TMAO成为在胃肠道环境下保护基因递送系统及其冻干保存过程中免受损伤的理想候选材料。

近日，武汉大学张先正等研究人员发现TRAP1在CRC组织中特异性高表达。进一步研究表明，靶向敲低TRAP1可促进CypD易位，从而在化疗后显著增强肿瘤细胞坏死及免疫细胞浸润。考虑到临床实践中的患者依从性，研究人员构建了一种用于CRC中TRAP1靶向敲除的口服CRISPR–Cas9递送系统。

图| TRAP1在CRC中的表达与MPT相关性分析

具体而言，研究人员将透明质酸（HA）与TMAO以优化比例偶联合成HA-TMAO，并筛选其作为包覆材料，修饰聚（β-氨基酯）-质粒纳米复合物（PBD），构建了HA-TMAO修饰的PBAE基因递送载体（HTPBD）。作为一种口服CRISPR–Cas9递送系统，HTPBD可快速穿透肠道黏液层，并通过TMAO转运蛋白OCTN2（SLC22A5）介导的跨上皮细胞胞吞转运作用进入组织，从而实现在CRC组织中的高效富集。在原位、化疗耐药以及自发性CRC模型中（包括Apc^Min/+基因工程小鼠模型），H统TPBD可在化疗后显著激活肿瘤免疫微环境，提高对ICB治疗的敏感性，并最终展现出优异的抗肿瘤疗效。

图| HTPBD的构建与表征

图| HTPBDTRAP1联合5-FU在化疗耐药和自发CRC模型中的抗肿瘤效果

综上所述，本研究通过靶向敲除TRAP1基因，开发了一种口服CRISPR-Cas9递送系统HTPBD，用于增强结直肠癌的化疗免疫治疗效果。研究结果表明，TRAP1失活能够通过CypD介导的mPTP开放增强化疗诱导的细胞坏死和免疫浸润，克服化疗耐药并重塑免疫抑制肿瘤微环境。HTPBD作为一种口服基因递送系统，具有良好的黏液穿透能力、肿瘤靶向性和生物相容性，能够在体内有效富集并激活免疫反应。HTPBD联合5-FU治疗在体外和体内均显示出显著的抗肿瘤效果，并通过重塑免疫抑制肿瘤微环境，为结直肠癌的临床治疗提供了新的策略和思路。

未来，该研究有望在临床应用中进一步验证HTPBD系统的安全性和有效性，为结直肠癌患者提供一种更为高效、便捷且具有针对性的治疗选择。通过深入探索TRAP1基因敲除与化疗、免疫治疗的协同作用机制，该研究不仅为结直肠癌的治疗提供了新的理论依据，也为其他实体瘤的基因治疗提供了借鉴和参考，有望推动个性化医疗在肿瘤治疗领域的进一步发展。

参考文献：

Zhao, K., Yan, Y., Jin, XK. et al. An orally administered gene editing nanoparticle boosts chemo-immunotherapy in colorectal cancer. Nat. Nanotechnol. (2025). 

https://doi.org/10.1038/s41565-025-01904-5