光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)凭借其非侵入性、可控性和选择性,在抗肿瘤治疗中显示出巨大的优势。PDT不仅通过活性氧(Reactive oxygen species,ROS)促进肿瘤细胞的死亡,还可诱导肿瘤细胞发生免疫原性细胞死亡(Immunogenic cell death,ICD),刺激树突状细胞的成熟和抗原的呈递,从而激活免疫系统对肿瘤细胞的杀伤和清除。然而,肿瘤微环境的乏氧特性约束了PDT疗效的发挥,并且氧依赖性PDT会进一步消耗氧气导致乏氧问题加剧,限制PDT在深层Apoptosis抑制剂肿瘤组织中的应用。线粒体作为细胞的能量中枢,是细胞进行呼吸的场所。研究发现,线粒体内氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation,OXPHOS)代谢途径是细胞呼吸耗氧的主要过程。此外,研究表明,线粒体靶向型光疗可以有效地抑制三磷酸腺苷合成,加速肿瘤细胞的凋亡。并且线粒体氧化应激已被证实参与ICD的产生。因此,线粒体氧化磷酸化抑制可能是增强PDT缓解肿瘤乏氧的一种策略。阿托伐醌(Atovaquone,ATO)是美国食品和药物管理局批准的抗疟疾药物,被证实可通过抑制辅酶Q活性与呼吸链复合体I-III之间的相互作用,对OXPHOS具有较强的抑制作用。因此,可以利用ATO对OXPHOS的抑制作用减少内源性氧气消耗,从而缓解肿瘤乏氧,将更多的氧气提供给PDT发挥疗效。本研究以聚酰胺-胺型树状大分子为载体,连接线粒体靶向配体(3–丙羧基)三苯基溴化膦(TPP),并包裹光疗试剂Cy Sulfate-reducing bioreactorI(实验室自制)与氧化磷酸化抑制剂ATO,设计合成了一种具有节氧功能的纳米系统(Cy I&ATO/TPP-PAMAM,TPCA)。Cy I具有高ROS产率、荧光量子产率和光热转换功能,同时兼具PDT和光热(Photothermal therapy,PTT)特性,并且可以提供精准的荧光成像功能。ATO可以破坏电子传递链(Electron transport chain,ETC),限制OXPCI-32765体内PHOS过程,减少内源性氧气的消耗,缓解肿瘤微环境的乏氧,从而协助Cy I光疗抗肿瘤疗效的发挥。在近红外光(Near infrared,NIR)照射下,纳米系统TPCA产生过量的ROS,破坏ETC和OXPHOS过程。而OXPHOS的限制减少了氧气消耗,有助于Cy I产生ROS,增强PDT作用,诱导ICD。此外,通过结合Cy I和ATO,可以实现全身抗肿瘤免疫反应,以杀灭未受照射的肿瘤,有望抑制肿瘤转移。在体外实验中,利用免疫荧光法和皮尔森相关系数对TPCA的线粒体靶向作用进行考察。通过膜电位检测试剂,溶氧仪检测和免疫荧光法考察TPCA缓解乏氧能力。采用近红外热成像仪、热电偶温度计、单线态氧荧光探针考察TPCA的PTT、PDT特性和对肿瘤细胞的杀伤作用。利用免疫荧光染色法和流式细胞术对TPCA诱导ICD能力进行研究,检测包括钙网蛋白和树突状细胞在内的ICD重要指标。结果显示,TPCA成功累积在线粒体部位后,可有效地破坏肿瘤细胞呼吸作用,并显著降低缺氧诱导因子-1α的免疫荧光表达。此外,TPCA不仅兼具PTT和PDT性质,具有优异的肿瘤细胞杀伤能力和促凋亡能力,并可成功诱导钙网蛋白的表达,刺激未成熟树突状细胞的活化。在体内实验中,选择结肠癌荷瘤小鼠为实验动物模型考察TPCA的抑瘤效果。在单侧肿瘤小鼠模型中,采用免疫荧光染色法,近红外热成像仪和流式细胞术检测TPCA在体内的PDT和PTT性质,缓解肿瘤乏氧以及诱导ICD和招募免疫细胞的能力。在双侧肿瘤小鼠模型中,采用病理学组织切片和流式细胞术对远端肿瘤的疗效及组织中的免疫细胞浸润情况进行考察。结果显示TPCA在单侧肿瘤模型中不仅可充分发挥光疗抗肿瘤治疗效果,并且可诱导ICD的发生,促进树突状细胞的成熟,招募众多免疫细胞的浸润,成功刺激机体免疫应答。在双侧肿瘤模型中,无论是光照的肿瘤还是未进行光照的肿瘤,都具有显著的抑瘤效果,并且在远端肿瘤中观察到了大量的细胞毒性T淋巴细胞的浸润,充分发挥抗肿瘤免疫应答的能力。综上所述,本研究成功制备了一种PDT节氧型纳米系统。在有效缓解肿瘤乏氧的同时可以促肿瘤细胞的凋亡,诱导机体的免疫反应,从而克服乏氧对PDT的限制和免疫抑制,并展现出良好的抗肿瘤活性。这种新型的节氧纳米系统将将为抗肿瘤治疗提供理论基础与数据支持,为临床的肿瘤光动力学治疗和免疫治疗提供新的思路与方法。