Nature子刊：武汉大学张先正团队开发口服基因编辑纳米颗粒，增强结直肠癌的化疗-免疫疗法

武汉大学张先正教授团队在 Nature 子刊 Nature Nanotechnology 上发表了题为：An orally administered gene editing nanoparticle boosts chemo-immunotherapy in colorectal cancer 的研究论文。

该研究开发了一种可口服的 CRISPR-Cas9 基因编辑纳米颗粒递送系统，通过敲除 TRAP1 基因，导致癌细胞线粒体崩溃，增强化疗诱导的细胞坏死，从而增强结直肠癌的化学-免疫疗法。这种口服 CRISPR-Cas9 纳米颗粒递送系统为结直肠癌的临床治疗提供了一种很有前景的新策略。

近年来，研究人员观察到化疗可诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡（ICD），从而导致肿瘤部位的免疫浸润增加。其已与免疫检查点阻断（ICB）疗法联合使用，以提高结直肠癌（CRC）的免疫应答率。然而，对于这种化疗-免疫疗法，个体反应存在很大差异，许多患者因化疗耐药而治疗失败，导致预后不良，尤其是对于微卫星稳定的结直肠癌患者而言。

线粒体应激是化疗耐药性的一个重要因素；处于应激状态的线粒体触发下游分子警报，从而阻止化疗药物损害肿瘤细胞的细胞核。此外，耐药肿瘤会促进免疫抑制性肿瘤微环境（TME）的发展，这进一步削弱了化疗-免疫疗法的效果。

有几种线粒体蛋白参与调节上述过程。特别是肿瘤坏死因子（TNF）受体相关蛋白-1（TRAP1），其在结直肠癌组织中特异性高表达，与 CypD 形成复合物，阻止其转移以打开线粒体膜通透性转换孔（mPTP），从而抵抗氧化应激信号。值得注意的是，CypD 易位介导的线粒体通透性转换与多种炎症状况密切相关。抑制 TRAP1 可能会引发由 CypD 介导的细胞坏死以及随后的免疫细胞浸润。然而，TRAP1 的存在可阻止结直肠癌中这种炎症信号的出现。此外，化疗引起的氧化应激会提高 TRAP1 的表达水平，这进一步促进了化疗耐药性。

抑制 TRAP1 已成为提高化疗响应的一种颇具吸引力的方法。然而，目前的 TRAP1 抑制剂面临着诸如线粒体积累效果不佳、结合特异性有限以及药物清除过快等挑战。为了克服这些挑战，基于 CRISPR-Cas9 的递送系统已被提出，其具有短期药物递送但能持续发挥治疗效果的优势。有证据表明，口服药物制剂与更高的患者依从性相关。因此，开发一种口服的 CRISPR-Cas9 递送系统对于结直肠癌的临床管理具有重要意义。

在这项最新研究中，研究团队发现，TRAP1 基因的破坏，会导致肿瘤细胞中 CypD 的易位，从而导致线粒体膜通透性转换孔（mPTP）持续开放，进而增强化疗诱导的细胞坏死，促进免疫反应。

由于胃肠道消化环境和肠黏膜屏障的降解作用，关于口服递送 CRISPR-Cas9 用于结直肠癌治疗的报道很少，这对递送系统的防黏附和递送能力提出了很高的要求。 

该研究构建了一种新型纳米颗粒用于递送 CRISPR-Cas9，首先将透明质酸（HA）与氧化三甲胺（TMAO）以最佳比例结合，合成 HA-TMAO，随后将其做为聚β-氨基酯（PBAE）-CRISPR 质粒纳米复合物（PBD）表面的涂层，从而获得最终的 HA-TMAO 修饰的基于 PBAE 的 DNA 载体——HTPBD。其中，TMAO 是来自深海鱼类的天然成分，提供了抗黏液黏附能力，能够轻松穿透肠道黏液屏障。口服后，该系统通过肠道上皮细胞的 OCTN2 介导的转胞吞作用，在结直肠癌组织中积累。

在化疗耐药的结直肠癌小鼠模型中，该口服 CRISPR 系统联合化疗药物 5-FU 和抗 PD-1 单抗，肿瘤抑制率高达 90%，并将小鼠生存期延长了 2.5 倍。在自发成瘤结直肠癌小鼠模型中，将肠道肿瘤减少了 60%，显著提高了免疫细胞对肿瘤微环境的浸润。

总的来说，这种口服 CRISPR-Cas9 纳米颗粒递送系统为结直肠癌的临床治疗提供了一种很有前景的新策略。