CQ诱导Fe3O4纳米簇自噬性细胞死亡联合热疗用于肿瘤治疗及作用机制研究

According to the problems of Photothermal therapy (PTT) in tumor treatment, such as unevenly distributed heat field leading to tumor residue, recurrence, drug resistance and toxicity, we propose a new idea that combining the biological effects of photothermal nanomaterials which induce tumor cell autophagy and the telophase autophagic inhibitor chloroquine (CQ) to generate autophagic cell death (ACD). Thus, this project plans to establish a new multifunctional Fe3O4 nanocluster system loading with chloroquine, and chooses clinically relevant breast cancer and melanoma as tumor models to evaluate the antitumor activity. Futhermore, the functional mechanism of CQ-loaded Fe3O4 nanocluster in regulating cell autophagy and the effect to tumor microenvironment would be illustrated deeply and systematacially at the level of molecular, cell and animals. Overall, the features of inducing autophagic cell death and changing tumor microenvironment of the combined therapy system have great significant value to improving the clinical effect of tumor of photothermal therapy, suppressing tumor recurrence and reversing drug-resistance.

针对光热治疗存在热场分布不均导致肿瘤残留复发和肿瘤耐药及毒性的科学问题，利用光热纳米材料具有诱发肿瘤细胞自噬的生物效应，提出与末期自噬抑制剂氯喹（CQ）联用诱导产生自噬性细胞死亡的新思路。本课题拟构建负载氯喹的多功能新型Fe3O4光热纳米簇复合物，选择热疗中临床相关度较高的乳腺癌和黑色素瘤作为肿瘤研究模型，评价该复合物的抗肿瘤效果；从分子、细胞与整体动物水平上系统深入阐明负载氯喹的Fe3O4光热纳米簇对细胞自噬调控的作用机制及对肿瘤微环境的影响。该联合治疗体系具有诱导自噬性死亡和改变肿瘤微环境的特点，对提高热疗的临床肿瘤治疗效果、抑制肿瘤复发及耐药有着重要的理论意义和应用价值。

基于光热纳米材料具有肿瘤细胞自噬诱导的特性，课题以新型光热材料Fe3O4纳米粒子作为研究对象，通过表面修饰、结构改造和仿生化包衣等方法，调节和评价体系的光热性能和体内生物效应，开展与末期自噬抑制剂氯喹联用诱导和激活自噬性细胞死亡通路，增强PTT 的抗肿瘤效果，拓展光热纳米材料的诊疗性能及体内应用。通过表面共价修饰对其进行结构改造，构建的新型四氧化三铁硫化金（IONP-Au2SNP）核-卫星式纳米复合物体系在小鼠肿瘤部位能够有效发挥光热效应。基于仿生化技术和纳米簇的尺寸效应，成功构建的仿生化包衣的Fe3O4光热纳米簇显著降低了正常细胞对纳米材料的非特异性摄取，有效实现光热材料对RES系统的“隐身”，延长纳米材料的血浆循环时间，增加光热材料在肿瘤部位的蓄积，通过光热转化作用实现高效治疗甚至治愈皮下肿瘤的理想效果；经激光激发，设计构建的多种Fe3O4 纳米材料的光热效应均可以明显诱导MCF-7的细胞自噬水平上调，引起自噬小体的累积；Fe3O4 纳米材料的光热效应诱发的自噬可被自噬抑制剂调控，联用自噬抑制剂CQ可以显著增强光热效应的肿瘤细胞毒性，产生ACD效应，达到协同抗肿瘤的效果；Fe3O4 纳米材料光热效应对自噬的调节与Beclin-1/VPS34/Atg14蛋白复合物的形成的作用机制相关，CQ可以有效增加细胞质中自噬小体的累积，增强光效效应对肿瘤细胞毒和细胞凋亡作用。课题通过化学、材料、生物、药学等多学科交叉，针对光热纳米材料的生物学特性和系统存在的缺点和局限，将细胞自噬理论、材料表面修饰及仿生化技术应用于生命科学领域，并根据光热材料的体内生物学效应，提出ACD诱导与热疗联合治疗肿瘤的新思路与新方法。研究成果弥补了肿瘤单一热疗的不足，对Fe3O4纳米材料在肿瘤光热治疗领域的应用有着较好的补充和推动作用，也为自噬抑制剂CQ在临床肿瘤治疗的应用提供思路和理论基础。