耐药性和免疫抑制是结直肠癌(CRC)化学免疫治疗效果的常见障碍，由线粒体伴侣蛋白调节。

2025年4月23日，武汉大学张先正团队在Nature Nanotechnology在线发表题为“An orally administered gene editing nanoparticle boosts chemo-immunotherapy in colorectal cancer”的研究论文，该研究表明肿瘤坏死因子受体相关蛋白1 (TRAP1)基因的破坏导致肿瘤细胞中亲环素D的移位，该基因编码肿瘤细胞中的线粒体伴侣蛋白。

这一过程导致线粒体通透性转换孔的持续开放，从而增强化疗诱导的细胞坏死并促进免疫反应。基于这一发现，开发了一种基于两性离子和多糖聚合物包被的纳米复合物的口服CRISPR–Cas9递送系统，该系统破坏了CRC中的TRAP1基因。该系统穿透肠粘液层并经历上皮细胞转位，在结直肠癌组织中积累。它通过克服化疗耐药性和激活原位、化疗耐药性和自发性CRC模型中的肿瘤免疫微环境来增强化疗疗效，具有显著的协同抗肿瘤作用。这种口服CRISPR–Cas9给药系统代表了CRC临床管理的一种有前途的治疗策略。

近年来，已经观察到化疗诱导肿瘤细胞的免疫原性细胞死亡(ICD ),导致肿瘤部位的免疫浸润增加。它已与免疫检查点阻断(ICB)联合使用，以提高结直肠癌(CRC)的免疫应答率。然而，对这种化学免疫疗法的反应存在显著的个体差异，许多患者因化疗耐药而经历治疗失败，导致不良结果，特别是微卫星稳定的CRC患者。线粒体应激是化学抗性的重要因素；紧张的线粒体触发下游分子警报，防止化疗药物损害肿瘤细胞核。此外，已经发现化学抗性肿瘤促进免疫抑制肿瘤微环境(TME)的发展，这进一步破坏化学免疫疗法。

一些线粒体蛋白参与调节这一过程。特别是，肿瘤坏死因子(TNF)受体相关蛋白1 (TRAP1)在CRC组织中特异性过表达，与亲环素D (CypD)形成复合物，以防止其移位，从而打开线粒体通透性转换孔(mPTP)并抵抗氧化应激信号。值得注意的是，CypD易位介导的线粒体通透性转换(MPT)与各种炎症状态密切相关。从机制角度来看，TRAP1抑制可能诱导CypD介导的坏死和随后的免疫浸润。然而，TRAP1的存在阻止了这种炎症信号在CRC中的发生。

机理模式图（图源自Nature Nanotechnology）

很少有关于口服CRISPR–Cas9治疗CRC的报道，因为胃肠道消化环境和肠粘膜屏障会降解CRISPR–Cas9，这对给药系统的防污和运输能力提出了很高的要求。氧化三甲胺(TMAO)是深海鱼中发现的两性离子化合物。与普通两性离子头基(如甜菜碱)相比，其正负电荷位点之间的直接连接理论上赋予了TMAO优越的水合和防污性能。这种防污性能可以为阳离子基因载体提供粘液渗透能力，由于与带负电荷的粘蛋白相互作用，阳离子基因载体经常被捕获在粘液中。作为肠道微生物群的代谢产物，TMAO表现出独特的转运机制，有助于基因递送系统穿过肠道上皮粘膜层。两性离子和水分子之间强有力的相互作用有效地抑制了冰晶的形成，表明了其作为冷冻保护剂的潜力。此外，TMAO形成水合层的卓越能力可以保护蛋白质免受尿素的变性影响。这些特性使TMAO成为在暴露于消化道环境和冻干保存过程中保护基因递送系统免受损害的有前途的候选物。

该研究已经证明肿瘤细胞中TRAP1失活通过CypD易位介导的持续MPT效应增强了化疗诱导的ICD和免疫浸润。基于此，还开发了一种口服CRISPR–Cas9给药系统，HTPBD，涂有两性离子和多糖聚合物，用于靶向敲除CRC中的TRAP1。该系统保护质粒免受恶劣胃肠环境的影响，快速穿透肠粘液层，并通过转运蛋白介导的胞转作用在CRC位点实现有效富集。值得注意的是，口服给药系统有效地激活了“冷”肿瘤化疗后的免疫浸润，增强了ICB的疗效，并在耐药和自发性结直肠癌模型中证明了有效的抗肿瘤作用。口服CRISPR–Cas9给药系统诱导的MPT致敏化学免疫疗法代表了一种在未来临床管理中用于冷胃肠肿瘤的有前途的治疗策略。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41565-025-01904-5#Sec27

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