图1. 口服多功能纳米药物通过肠道炎症和肠道菌群调控治疗原位结肠癌
图 2. P3C-Asp的药物释放和ROS清除研究
（A）1H NMR监测PBAsp在ROS触发下的降解；（B）P3C-Asp在不同条件下的药物释放曲线；（C）体外评价P3C-Asp的ROS消耗；（D）ROS对P3C-Asp组装的影响。
在细胞水平上，该团队利用激光共聚焦显微镜和流式细胞仪证明了P3C-Asp可以快速被结肠癌细胞（CT26）内化，并且P3C-Asp的细胞内化量与时间成正比（图3A-B）。原位CRC组织中存在的高水平的脂多糖（LPS）会诱导炎症相关的环氧合酶-2（COX-2）的过表达，诱发促瘤型炎症。团队随后通过蛋白质免疫印迹评价了P3C-Asp治疗对LPS相关的COX-2表达的影响。如图3C所示，LPS显著地升高了CT26细胞的COX-2表达，相比之下，P3C-Asp治疗有效地减弱了LPS对COX-2表达的影响。LPS处理过的CT26细胞经P3C-Asp治疗后，COX-2的表达水平甚至低于未处理过的CT26细胞。考虑到P3C-Asp在较高浓度下也未展现明显的细胞毒性（图3D），P3C-Asp应该是通过释放的SA协同ROS消耗降低COX-2表达。
图3. P3C-Asp的体外评价
（A）CT26细胞对Cy5标记的P3C-Asp摄取的激光共聚焦图像和（B）流式细胞仪以及定量分析结果；（C）不同处理后CT26细胞COX-2表达水平的蛋白质印迹和定量分析结果；（D）细胞毒性结果。
图4. P3C-Asp的生物分布及体内ROS清除研究
（A）口服P3C-Asp后6和12小时，原位CRC荷瘤小鼠和健康小鼠的肠道荧光图像；（B）在原位CRC荷瘤小鼠口服小分子阿司匹林和P3C-Asp后定量检测不同脏器的SA含量；（C）不同治疗后原位CRC肿瘤组织的ROS水平和定量统计结果。
图5. P3C-Asp的原位CRC治疗和免疫微环境分析
（A）治疗方案；（B）治疗结束时各治疗组小鼠的肿瘤离体照片；（C）治疗后肿瘤组织COX-2的表达、（D）细胞因子的含量、（E）免疫细胞的比例以及（F）肝脏的H&E染色图像。
肠道定植约10^14的肠道菌，其中大部分存在于在大肠部位。肠道菌和CRC之间的复杂相互作用也影响CRC的治疗。通过16S核糖体RNA基因测序对治疗后的小鼠粪便样本分析显示，口服P3C-Asp治疗显著地提高了肠道菌群的总体丰富度，并提升了Lactobacillus和Akkermansia的丰度，这两种益生菌与炎症缓解和系统性抗肿瘤免疫反应呈正相关。此外，P3C-Asp的治疗有效地降低了病原体相关的肠道菌的丰度，特别是Bacteroides的丰度。相比之下，小分子阿司匹林治疗并没有取得如此明显的改变。Spearman的相关系数分析表明，平均肿瘤质量与拟杆菌的相对丰度呈负相关，但与细菌总丰度和乳酸杆菌的相对丰度呈正相关（图6D）。上述结果表明，口服P3C-Asp治疗可以使肠道菌群的组成由促瘤型变为抑瘤型。
图6. 治疗后的肠道菌群分析
（A） 治疗后肠道菌群的门和科级分类的相对丰度热图；（B） 治疗后肠道菌群的科级分类的相对丰度热图；（C） 治疗后肠道菌群操作分类单元 (OTU) 丰富度和特定科级分类群的相对丰度；（D） 平均肿瘤质量与观察到的OTU丰富度、拟杆菌和乳酸杆菌的相对丰度之间的Spearman相关性。。
该团队进一步在原位CRC模型上证明口服P3C-Asp与PD-L1抗体联合治疗可以显著降低每只小鼠的肿瘤重量，最终实现90.2%的肿瘤抑制率（图7A-B）。与单独的PD-L1抗体治疗相比，联合治疗使小鼠的中位生存时间延长了36天（图7C）。
图7. 口服P3C-Asp与PD-L1抗体联合治疗原位CRC研究
（A）治疗方案；（B）治疗结束后肿瘤的离体照片；（C）不同治疗后小鼠的总生存时间结果。
综上所述，本研究揭示了肠道炎症和肠道菌群调节对原位CRC治疗的协同治疗作用。多功能的P3C-Asp具有明确的化学结构，通过非侵入性的口服给药方式增强了活性药物在原位CRC组织的特异性释放和积累，高效地抑制了肿瘤生长，具有很高的临床转化潜力，相关技术已经获得中国发明专利授权（ZL202010157217.9）。
研究亮点
肠道炎症和菌群的调控在改善免疫抑制性肿瘤微环境和抑制肿瘤生长方面具有协同作用；
由抗炎药物、ROS清除基团和益生元构成的多功能口服纳米药物（P3C-Asp）可以同时实现肠道炎症和菌群调控，安全且高效地抑制肿瘤的生长和转移； 非侵入性且功能丰富的 P3C-Asp 为胃肠道疾病的治疗提供了一种有前途的候选药物。
文章信息
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通讯作者
宋万通，博士，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师。2008年本科毕业于南京大学，2013 年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，之后留所工作。2016~2018 年在国家公派留学基金的资助下赴美国北卡罗来纳大学教堂山分校进行博士后研究（合作导师：Leaf Huang教授）。主要从事生物医用高分子材料、核酸/疫苗递送载体方向的研究工作，先后主持或完成国家自然科学基金优秀青年科学基金、面上基金，吉林省科技厅优秀青年人才基金等10余项，以第一或通讯作者在Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Biomaterials、Nano Lett.等杂志发表研究及综述论文80余篇，申请中国发明专利20余项；曾获得2018年度美中抗癌协会和亚洲癌症研究基金会青年学者奖，2019年度中美纳米医学与纳米生物技术学会未来之星奖；2020年入选中国科学院青年创新促进会，2021年入选吉林省第八批拔尖创新人才。
第一作者
参考资料
Epigenetics of colorectal cancer: biomarker and therapeutic potential, Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 17 (2020) 111-130. The inflammatory pathogenesis of colorectal cancer, Nature Reviews Immunology, 21 (2021) 653-667. Advances in oral nano-delivery systems for colon targeted drug delivery in inflammatory bowel disease: Selective targeting to diseased versus healthy tissue, Nanomedicine-Nanotechnology Biology and Medicine, 11 (2015) 1117-1132. Oral colon-specific therapeutic approaches toward treatment of inflammatory bowel disease, Expert Opinion on Drug Delivery, 9 (2012) 1393-1407. A ROS-Responsive Aspirin Polymeric Prodrug for Modulation of Tumor Microenvironment and Cancer Immunotherapy, CCS Chemistry, 2 (2020) 390-400.
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