摘要
肿瘤微环境(Tumor microenvironment,TME)存在缺氧、弱酸以及轻微氧化应激的特点，其中缺氧与肿瘤的增长和转移息息相关，是癌症治疗效果差的主要原因。纳米酶的发现为缓解肿瘤缺氧提供了新方法，其可以通过模拟过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性将TME中高浓度的H2O2催化生成O2缓解缺氧，进而提高氧气介导的相关疗法的治疗效果并抑制癌细胞转移。然而，纳米酶的类CAT催化活性会受到环境pH的影响，特别是在酸性的TME中，纳米酶的产氧能力会被限制甚至完全丧失。因此，设计一种在酸性环境下具有优异类CAT催化活性的纳米酶对于癌症治疗是非常必要的。在众多类型纳米酶中，贵金属纳米酶因其优异的多类酶催化活性和独特光学性质，在癌症治疗领域得到了广泛关注。一方面，可以通过掺杂这种简单的方式改变贵金属的组成以及电子结构，由此表现出的协同效应和电子效应会增强其催化活性;另一方面，贵金属纳米颗粒自身的光学特性，使它在激发光的作用下发生局域表面等离子体共振(Localized surface plasmon resonance,LSPR),此过程中伴随的局域热效应和热电子则有望进一步提高纳米酶的催化活性。基于此，本文提出了一种掺杂-LSPR策略来增强酸性条件下贵金属纳米酶的类CAT催化活性，以实现氧气介导的癌症多手段高效协同治疗。 本论文的主要研究内容如下: 1.贵金属类CAT纳米酶的合成。通过种子介导生长法合成了具有优异等离子特性的金纳米星(AuNS),然后利用水热还原法在金表面沉积铂(Pt)原子得到铂-金纳米星(Pt-AuNS),最后负载天然葡萄糖氧化酶(Glucose oxidase,GOx)并利用聚乙二醇(Polyethyleneglycol,PEG)对其进行表面修饰以提高生物相容性，构建了具有优异酸性产氧能力的贵金属纳米酶(Pt-AuNS-GOx)。 2.Pt-AuNS-GOx的催化活性考察。H2O2分解产O2实验表明Pt-AuNS-GOx在pH为4到9的范围内表现出优异的类CAT催化活性，密度泛函理论(Density functional theory,DFT)计算证明这主要归结于Pt掺杂导致的酸性条件下H2O2分解为O2的能量势垒的有效降低。同时，实验发现近红外光照射下LSPR引起的光热效应和热电子效应可进一步将Pt-AuNS-GOx的类CAT催化活性，产氧速率提升了 3倍。此外，Pt-AuNS-GOx还被发现具有类氧化酶(Oxidase,OXD)的催化活性，且LSPR可进一步提升其类OXD酶催化活性一个数量级，实现谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的有效消耗，具备实现肿瘤氧化治疗的能力。另外，Pt-AuNS-GOx表明修饰的GOx可有效消耗葡萄糖，并可发生GOx/CAT级联催化反应，具备实现肿瘤饥饿治疗的潜力。 3.Pt-AuNS-GOx的体外/内抗癌效果。基于Pt-AuNS-GOx的多类酶(类CAT、类OXD、GOx/CAT级联催化)活性，将其与小鼠乳腺癌细胞(4T1细胞)共同孵育，结果表明它可以下调细胞内能量分子，消耗GSH并导致脂质过氧化物积累，在近红外光照条件下可以大幅增强癌细胞内氧化应激水平，实现肿瘤细胞的高效杀灭，具有优异的抗癌潜力。通过建立小鼠乳腺癌模型，考察Pt-AuNS-GOx的体内抗癌效果，结果表明Pt-AuNS-GOx在近红外光照条件下可通过三重疗法(饥饿疗法、光热疗法、氧化疗法)协同作用实现肿瘤细胞的大片凋亡坏死，且其高效的产氧性能可下调缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1α)缓解缺氧TME,成功抑制癌细胞转移。 综上所述，通过掺杂和局域表面等离子体共振(LSPR)这两种手段，获得了在酸性环境下具有超高双类酶活性(类OXD和类CAT酶活)的贵金属纳米酶，并进一步与天然酶GOx联用，取得了优异的级联抗癌效果。本论文的研究成果对于高效贵金属纳米酶的设计和开发具有一定的指导意义，有望实现针对TME特征的高效抗癌治疗。
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