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肿瘤,尤其是恶性肿瘤,仍然是威胁全球公共健康的重大难题。传统药物的治疗以肿瘤细胞为靶标,治疗效果有限,并且造成很强的毒副作用。实际上,肿瘤不单单是一群肿瘤细胞的集合,其中包含肿瘤细胞、基质细胞、免疫细胞和各种细胞因子。基质细胞、免疫细胞和各种细胞因子构成了肿瘤微环境,影响肿瘤的生长和药物的治疗效果。肿瘤细胞和免疫细胞的交互作用是肿瘤微环境的核心内容,然而这种交互作用是复杂多变的。肿瘤细胞主要通过免疫负调节分子如环氧合酶-2(COX-2)/前列腺素E2(PGE2)调节免疫细胞分化为免疫抑制细胞,构建免疫抑制的肿瘤微环境。免疫抑制细胞反过来促进肿瘤生长、转移和逃避免疫监视。然而在某些特定条件下,如大量活性氧(ROS)作用下,肿瘤细胞会发生免疫原性死亡,暴露抗原,激活特异性抗肿瘤免疫。本论文从改善肿瘤免疫抑制微环境和增强抗肿瘤免疫的角度出发,利用实体肿瘤与正常组织生理特征差异,设计调控肿瘤免疫微环境的刺激响应性高分子纳米药物,探究解除肿瘤组织免疫抑制状态和激活抗肿瘤免疫对肿瘤治疗的影响,希望可以对肿瘤治疗提供新的解决思路。具体的研究内容和主要结论如下:(1)地塞米松(DEX)可以抑制COX-2的mRNA的表达,降低COX-2以及其下游产物PGE2的产生,中和肿瘤组织促瘤型炎症。以聚乙二醇-b-聚(L-赖氨酸)(mPEG-b-PLL)为药物载体,针对肿瘤组织高表达谷胱甘肽的特征,利用3,3’-二硫代二丙酸修饰聚赖氨酸链段,然后将地塞米松直接键合到改性的聚赖氨酸侧链上,制备谷胱甘肽响应性高分子地塞米松键合药(L-SS-DEX),载药量17.1%。同时制备了不具有刺激响应性的高分子地塞米松键合药(L-SA-DEX)作为对照,其载药量为13.2%。在水溶液中L-SS-DEX和L-SA-DEX分别自组装成是流体力学半径为33 nm和38 nm的胶束,透射电镜照片证明了两种纳米药物自组装胶束的均一尺寸和形貌。体外药物释放实验证明,L-SS-DEX呈现高GSH浓度和低pH响应性释放增强的行为,L-SA-DEX在各种条件下释放出的DEX均小于10%。L-SS-DEX的血液循环时间约为8.9小时,是小分子DEX的2.5倍。静脉注射48小时后的肿瘤组织内L-SS-DEX含量是小分子DEX含量的9.7倍。在小鼠CT26皮下肿瘤动物实验中,L-SS-DEX取得了 86%的肿瘤抑制率,远高于小分子49%的肿瘤抑制率和L-SA-DEX 41%的肿瘤抑制率。与此同时,L-SS-DEX展现出了比小分子DEX和L-SA-DEX更强的肿瘤微环境改善能力,显著地提高了 CD8+T细胞和M1型巨噬细胞的浸润,降低了免疫抑制性的骨髓来源的抑制性细胞(MDSCs)细胞和Treg细胞的浸润。经L-SS-DEX的治疗肿瘤组织的COX-2含量减少到未治疗组的50%,PGE2含量也显著地降低。(2)阿司匹林,一种经典的非甾体抗炎药,可以抑制COX-2活性,降低PGE2的产生,增加肿瘤组织中CD8+T细胞的浸润。针对肿瘤组织高ROS浓度的特征,利用Passerini三组份反应,将阿司匹林与4-甲酰基苯硼酸频哪醇酯和5-异腈-1-戊炔反应,制备ROS响应性的阿司匹林前药,再将阿司匹林前药通过Click反应结合到叠氮改性的葡聚糖载体上,制备得到载药量为10%的ROS响应性高分子阿司匹林键合药(P3C-Asp)。P3C-Asp自组装的纳米胶束的流体力学半径约为40 nm。体外药物释放实验证明,P3C-Asp呈现过氧化氢浓度依赖性药物释放增强,数据。在生物分布实验中,在给药24小时后,肿瘤组织中P3C-Asp的浓度明显是小分子阿司匹林的6倍。在肿瘤治疗实验中,单独使用P3C-Asp获得了 60%的肿瘤抑制率,而小分子阿司匹林仅仅取得25%的肿瘤抑制率。而且P3C-Asp治疗后,约有1.9%的CD8+T细胞浸润在肿瘤组织,远高于小分子阿司匹林治疗后的肿瘤组织CD8+T细胞的含量(0.6%)。当P3C-Asp与αPD-1联合使用时可以完全抑制CT26皮下肿瘤的生长,肿瘤抑制率达到100%,实现增效αPD-1免疫治疗。(3)免疫原性死亡(ICD)因其能有效激活肿瘤特异性抗肿瘤免疫而受到广泛关注。在肿瘤细胞内产生大量的ROS是诱发肿瘤细胞发生ICD的重要原因。设计了一种肿瘤特异性增强氧化应激聚合物结合物(TSEOP)诱导肿瘤细胞发生ICD。利用Passerini反应,将肉桂醛(CA)与4-甲酰基苯硼酸频哪醇酯和5-异腈-1-戊炔反应制备肉桂醛前药(PBCA),将PBCA进一步与3-叠氮丙胺改性的聚(L-谷氨酸)-接枝-聚乙二醇单甲醚/叠氮丙胺(PLG-N3)的通过溴化亚铜催化的Click反应制备得到多分散系数为1.69、数均分子量为81600 Da的肿瘤特异性增强氧化应激高分子共轭物(Tumor Specific Enhanced Oxidative stress Polymer conjugate,TSEOP)。TSEOP在水溶液中自组装成流体力学半径为42 nm的胶束。TSEOP自组装胶束在含有100 mM H2O2的pH 6.8的PBS中孵育24小时后,自组装结构会发生解离,呈现不规则形貌。TSEOP在肿瘤特异性生理条件下,TSEOP快速生成CA和醌甲基化合物(QM)。CA是一种商业化的食品添加剂,能消耗细胞内的巯基化合物,导致线粒体内产生大量ROS。苯硼酸基在H2O2存在下能生成QM,并消耗GSH。CA和QM协同地提高了肿瘤细胞内ROS水平、增强肿瘤细胞氧化应激状态和引起肿瘤细胞发生ICD。更重要的是,在相同条件下,TSEOP对正常细胞(3T3小鼠成纤维细胞)的毒性明显低于肿瘤细胞(CT26鼠源结肠癌细胞)。在进一步的CT26和4T1皮下肿瘤模型实验中,单独使用TSEOP治疗都完全根除肿瘤。疫苗接种和再挑战实验进一步证明TSEOP可以激活特异性抗肿瘤免疫。通过本论文的研究,希望利用刺激响应性高分子材料,实现调控肿瘤细胞与免疫细胞的相互作用,改善肿瘤免疫抑制微环境,激活抗肿瘤免疫,解决肿瘤治疗中的问题,为抗肿瘤纳米药物设计提供指导。