综述：CRISPR辅助的益生菌及肠道菌群原位工程：代谢紊乱修饰的新前景

这篇综述系统探讨了CRISPR/Cas基因编辑技术在肠道菌群调控中的革命性应用，聚焦于通过工程化益生菌（如EcN、LGG）和原位菌群编辑（如噬菌体递送CRISPR系统）干预代谢紊乱（如肥胖、糖尿病、PKU）。文章详细解析了CRISPR/Cas9（Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats/CRISPR-associated proteins）的双路径策略：增强SCFAs（短链脂肪酸）生产、靶向代谢通路（如Bt1754基因簇），以及消除抗生素耐药基因（如ndm-1）。作者强调该技术通过调节菌群-宿主互作（如肠脑轴GBA）、免疫平衡和屏障完整性，为代谢疾病的精准治疗提供新范式。

　　

CRISPR在基因编辑中的革新

CRISPR/Cas系统作为细菌的适应性免疫机制，通过Cas核酸酶和向导RNA(gRNA)的协同作用实现精准DNA切割。其核心在于PAM（原间隔序列邻近基序）识别和双链断裂诱导，通过NHEJ（非 homologous末端连接）或HDR（同源定向修复）完成基因修饰。相较于传统技术如TALENs（转录激活因子样效应核酸酶），CRISPR以低成本、高效率优势成为代谢疾病研究的利器，尽管脱靶效应仍是挑战。

肠道菌群编辑的双轨策略

工程化益生菌：

• 肥胖干预：敲除Bacillus subtilis的skfA/sdpC（自溶基因）并插入BCoAT（丁酸合成酶），使菌株BsS-RS06551丁酸产量提升，显著改善小鼠血糖、血脂及肝脏脂肪沉积。
• 苯丙酮尿症(PKU)：EcN工程菌TYS8500通过CRISPR整合pheP（苯丙氨酸转运体）和stlA（苯丙氨酸解氨酶PAL），降低血清苯丙氨酸水平。
• 帕金森病(PD)：EcN-GLP-1分泌菌重塑菌群组成（增加Proteobacteria），增强肠道紧密连接蛋白ZO-1，缓解神经炎症。

原位编辑技术：

• 噬菌体递送CRISPR靶向ndm-1（新德里金属β-内酰胺酶），特异性清除耐药大肠杆菌，恢复抗生素敏感性。
• MAGIC（宏基因组原位接合）技术通过质粒转移编辑Bacteroides属代谢基因簇（如Bt1754），调控碳水化合物利用。

代谢紊乱的菌群调控机制

肠道菌群通过SCFAs（如丁酸）、免疫调节和肠屏障功能影响代谢：

• 丁酸促进GLP-1分泌，改善胰岛素抵抗。
• PAL工程菌降解苯丙氨酸，规避PKU神经毒性。
• 菌群失调（Firmicutes/Bacteroidetes比例失衡）与肥胖、糖尿病正相关，CRISPR编辑可逆转这一趋势。

挑战与前景

技术瓶颈包括递送效率（噬菌体/质粒载体优化）、菌群个体差异及长期安全性。未来方向涵盖个性化FMT（粪便菌群移植）联合CRISPR编辑，以及多基因回路设计（如同时调控SCFAs和炎症因子）。这一领域正从基础研究迈向临床转化，为代谢疾病提供“活体治疗”新思路。