综述：CRISPR-dCas9在癌症中的表观遗传重编程：技术平台、免疫调节机制及递送挑战

《Gene》：CRISPR-dCas9 epigenetic reprogramming in cancer: platforms, immuno-modulation and delivery challenges

　　

莫斯塔法·萨贝里安（Mostafa Saberian）|阿里·鲁斯塔（Ali Roosta）|雷扎·阿弗里沙姆（Reza Afrisham）

伊朗德黑兰医科大学联合医学院医学实验室科学系

摘要

CRISPR-dCas9（具有催化活性的Cas9）彻底改变了靶向表观遗传编辑技术，能够在不改变DNA序列的情况下对基因表达进行位点特异性调控。除了传统方法之外，新的策略正在迅速涌现。这些策略包括组合表观遗传重编程（将多个染色质修饰因子招募到同一位点）、精确增强子靶向（调节致癌的顺式调控元件）、表观遗传调控免疫通路（重编程肿瘤细胞或免疫细胞以增强抗肿瘤免疫），以及用于基于dCas9的工具的下一代递送系统。本综述综合了2015年至2025年的同行评审文献，重点介绍了组合重编程、增强子靶向、免疫调控表观遗传方法和递送策略方面的有前景但仍处于临床前阶段的进展，并指出了在临床应用之前需要解决的差距。我们重点介绍了多效应因子平台（如SunTag类似阵列、SSSavi模块化对接系统、CRISPRoff记忆写入器），这些平台可以放大和多样化染色质修饰。精确增强子编辑系统（如enCRISPRa/enCRISPRi）能够直接激活或沉默癌细胞中的远端调控元件。表观遗传免疫疗法利用dCas9激活剂上调肿瘤细胞中的NK/T细胞配体（MICA/MICB）和抗原呈递基因（MHC I/II）。最后，我们探讨了应对体内挑战的dCas9递送创新。本综述对这些进展进行了批判性评估，指出了存在的问题（脱靶效应、依赖性），并概述了未来针对多种癌症的精确表观遗传疗法的发展方向。

引言

癌症的发展涉及基因突变和广泛的表观遗传失调（包括DNA甲基化和组蛋白修饰），这些因素可以抑制肿瘤抑制基因或增强癌基因的表达（Ilango等人，2020年）。传统的表观遗传疗法（如DNMT或HDAC抑制剂）对基因组的影响较为广泛，导致脱靶效应和疗效有限（Majchrzak-Celińska等人，2021年）。

此外，由于表观基因组的复杂性和可塑性，表观遗传失调在癌症中的确切影响仍然难以捉摸。与静态的二元基因突变不同，表观遗传改变是动态且可逆的，这显著增加了肿瘤内的异质性和对治疗的适应性抵抗（Flavahan等人，2017年；MacDonald等人，2025年）。特定表观遗传标记的功能结果高度依赖于具体环境，受到DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重塑因子之间复杂相互作用的影响，而这些相互作用尚未完全阐明（Dawson，2017年）。这种生物学复杂性凸显了当前“广谱”表观遗传药物的局限性，因为它们往往无法实现持久的疗效，因为它们无法再现纠正异常基因表达程序所需的精细、位点特异性的调控。

在临床上，实体瘤的治疗格局已从广泛的化疗转向基于生物标志物的系统治疗，包括靶向治疗、免疫检查点阻断和抗体-药物偶联物。然而，耐药性、肿瘤异质性和治疗相关毒性仍然是主要障碍。最近的论文强调了不同实体瘤中的这一未满足的需求，例如胃癌中的DNA损伤反应改变（Ricci等人，2021年）、胆道癌切除后的辅助系统治疗（Rizzo和Brandi，2021年）、晚期肾细胞癌中的免疫肿瘤学组合疗法（Santoni等人，2024年）、胰腺癌手术中的围手术期优化（De Luca等人，2023年）、三阴性乳腺癌中的datopotamab deruxtecan（Schipilliti等人，2024年），以及免疫检查点抑制剂的性别特异性毒性模式（Vitale等人，2024年）。这些研究为将位点特异性的表观遗传策略作为现有系统治疗的更精确补充提供了临床依据。

基于CRISPR-dCas9的系统为位点特异性的表观遗传编辑提供了一个革命性的平台（Goell和Hilton，2021年；Smith等人，2021年）。通过将核酸酶失活的Cas9与染色质修饰结构域（如KRAB、DNMT3A、p300）融合，研究人员可以在癌细胞中精确激活或抑制目标基因（La Russa和Qi，2015年）。例如，与KRAB抑制因子融合的dCas9可以在启动子处沉积H3K9甲基化以沉默基因表达（O’Geen等人，2019年），而dCas9-p300可以添加H3K27乙酰化以激活基因（Zhao等人，2021年）。这些CRISPRa/i工具通过重写启动子、增强子和其他调控元件处的局部染色质状态来介导转录（Bendixen等人，2023年）。初步研究已在细胞系和动物模型中证明了沉默的肿瘤抑制基因的重新激活或癌基因的抑制。

然而，大多数早期应用仅针对单个基因或启动子，留下了许多未解决的问题。新兴的研究方向旨在利用组合重编程、远端增强子调控、与免疫相关的表观遗传控制以及先进的递送机制来治疗癌症。本综述批判性地分析了CRISPR-dCas9表观遗传工程在癌症治疗中的这些新方面，综合了最近的原始文献。我们强调了多效应因子策略、增强子靶向平台、免疫通路重编程和下一代递送方面的深入技术见解，同时指出了未解决的问题和未来的机遇。在整个综述中，我们仅使用经过同行评审的数据，避免使用非学术来源的信息，以提供权威且最新的高影响力肿瘤学应用视角。我们区分了有临床前实验证据支持的发现（基于细胞和体内模型）和仍需进一步验证的假设性转化应用。

章节摘录

搜索策略

我们在2015年至2026年间对PubMed/Medline、Web of Science、Scopus和Google Scholar进行了全面搜索。搜索词包括“CRISPR-dCas9”或“表观基因组编辑”与“癌症”、“表观遗传”、“增强子”、“免疫”、“递送”、“重编程”和“组合”的组合。我们纳入了专注于CRISPR-dCas9介导的肿瘤学表观遗传应用的英文同行评审原创文章和综述文章。仅讨论CRISPR核酸酶编辑而不涉及表观遗传的文献被排除在外。

组合表观遗传重编程

癌症中的表观遗传沉默通常涉及多种协同修饰（DNA高甲基化、抑制性组蛋白）（Nowacka-Zawisza和Wi?nik，2017年）。单一效应因子的融合可能不足以稳定地改变这些多因素标记。组合表观遗传重编程旨在同时靶向多个修饰或位点。例如，SunTag系统使用与tandem GCN4肽表位结合的dCas9（Morita等人，2020年）；这些肽表位可以招募多个效应因子。

精确增强子靶向

癌症基因的失调通常源于远端增强子和超级增强子处的突变或表观遗传变化，这些增强子和超级增强子控制着癌基因（如MYC、TAL1等）。精确靶向这些顺式调控元件是dCas9表观遗传疗法的一个新兴领域。专注于启动子的CRISPRa平台并不适合系统地研究远端增强子的功能，因此开发了如enCRISPRa/enCRISPRi这样的增强子靶向系统。

免疫通路的表观遗传调控

肿瘤的免疫逃逸受到表观遗传机制的影响，这些机制会下调抗原呈递并上调免疫抑制配体（Jhunjhunwala等人，2021年）。CRISPR-dCas9提供了独特的途径来表观遗传地重新编程肿瘤-免疫界面。例如，基于dCas9的激活剂可以开启免疫识别相关的基因。Alves等人指出，dCas9-激活剂（dCas9-Act）可用于转录激活细胞应激和肿瘤转化的标志物（MICA等）。

dCas9表观遗传工具的下一代递送

高效的体内递送仍然是CRISPR-dCas9表观遗传疗法的主要瓶颈，尤其是因为这些系统体积较大，通常需要协调递送多个组分。dCas9融合蛋白及其相关引导RNA体积较大，递送仍是一个活跃的研究领域，因为包装效率、组织靶向性和安全性仍然是限制因素（Woodward等人，2024年）。传统的病毒载体存在局限性：AAV的包装效率较低。

在不同癌症类型中的应用

新兴的CRISPR-dCas9表观遗传方法正在多种癌症中进行测试，每种癌症都有独特的靶点。在乳腺癌研究中，Zhang等人发现了六个其启动子甲基化与恶性相关的基因（Zhang等人，2020年）。他们使用dCas9-DNMT3A/3L系统增加了这些基因启动子的CpG甲基化，从而沉默了这些基因。例如，对TENT5B的靶向甲基化显著增加了癌前细胞的增殖（Zhang等人，2025年）。这种因果关系表明

递送效率

高效的递送仍然是CRISPR-dCas9表观遗传编辑器的主要瓶颈，因为该系统通常需要协调递送编辑器、sgRNA，有时还需要额外的效应因子模块（Raguram等人，2022年；Masarwy等人，2024年）。当前的递送平台包括病毒载体、脂质纳米颗粒（LNPs）、类病毒颗粒和细胞外囊泡，每种平台在有效载荷容量、组织趋向性和短暂表达方面都有权衡。

结论

CRISPR-dCas9表观遗传工程正在不断扩展用于研究和调控癌症相关基因表达的实验工具箱。除了简单的二元基因控制之外，当前的研究越来越多地探索组合效应因子招募、增强子水平靶向、免疫细胞重编程以及改进的递送策略，以确定是否可以在癌症模型中实现更持久、位点特异性和情境感知的转录变化。

作者仅使用ChatGPT（OpenAI）协助语言编辑和润色；仅用于语法和润色，不涉及内容生成；所有科学内容、解释和结论均由作者构思和验证。作者对内容负全责。

CRediT作者贡献声明

莫斯塔法·萨贝里安（Mostafa Saberian）：撰写——综述与编辑、撰写——初稿、验证、监督、项目管理、方法学、研究、概念化。阿里·鲁斯塔（Ali Roosta）：撰写——初稿、可视化、资源准备、数据管理。雷扎·阿弗里沙姆（Reza Afrisham）：撰写——初稿、软件使用、资源准备、数据管理。

不适用（文献综述）。

资助

作者未获得本文研究、作者身份或发表的任何财务支持。

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致谢

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