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摘要放射治疗是一种基于电离辐射（Irradiation，IR）产生细胞毒性效应的治疗方法，是目前临床治疗实体肿瘤最有效的方法之一。不同细胞对电离辐射的敏感性差异是放疗的应用基础。由于电离辐射对细胞的损伤效应属于确定性效应，增加辐照剂量可以提高敏感性较差的肿瘤的治疗效果，但也使周边正常组织受到过多的辐照，引发严重的副反应。临床上通过严格控制电离辐射剂量可以减少放疗的副作用。然而，肿瘤细胞的辐射抗性常导致放射治疗效果不佳。通过提高肿瘤细胞辐射敏感性，可以在不增加电离辐射剂量的情况下有效杀伤肿瘤细胞，保护周围正常组织。因此，辐射增敏剂的研发是放射医学领域关注的热点。<br>　　铁死亡是一种新型的细胞程序性死亡方式，也是放疗杀伤肿瘤细胞的重要机制。研究发现，电离辐射不仅能够直接破坏靶细胞核酸，引起碱基损伤和 DNA单链或双链的损伤，还可产生活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和过度的脂质过氧化，促进铁死亡发生。增强肿瘤细胞铁死亡因而是调节细胞辐射敏感性的有效方案。近年来，纳米技术的快速发展为肿瘤治疗提供了新的策略。纳米材料有体内循环时间长、易于人工修饰、可用于靶向释药等特点。整合细胞铁死亡和纳米技术的优势，研发具有肿瘤靶向性且能够触发细胞铁死亡的纳米材料在放疗增敏研究领域备受关注。<br>　　钴（Co）作为一种人体必需微量元素，是维生素 B12 的组成成分，在人体内发挥着至关重要的生物学作用。新近研究表明，肿瘤微环境中微量元素 Co含量与肿瘤预后呈正相关。由于 Co与铁（Fe）同属于 VIII族元素，Co超载引发的细胞铁死亡可能是导致这一临床发现的潜在原因。受此启发，我们提出利用具有良好生物安全性的 Co基纳米材料增加肿瘤内部 Co含量的治疗方案，并探究其作为铁死亡诱导剂实现肿瘤放疗增敏的可能性。<br>　　为此，本研究首先基于生物矿化策略，以牛血清白蛋白（Bovine serum albumin， BSA）为模板和还原剂，通过肿瘤靶向肽 iRGD 修饰和树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒（Dendritic mesoporous silica nanoparticles，DMSNs）装载，成功制备出具有肿瘤靶向性和穿透性的集束氧化钴纳米颗粒（iCoDMSNs）。联合使用细胞、荷瘤小鼠放射治疗模型，iCoDMSNs 被证实具有良好的放疗增敏能力。为进一步探究该纳米颗粒的放疗增敏机制，我们开展了蛋白质组学研究，发现铁死亡通路关键分子血红素加氧酶 1 （Heme oxygenase 1，HMOX1）显著上调。通过Western blot，q-PCR和免疫荧光染色等分子生物学实验，后续研究明确了 iCoDMSNs 扩大细胞不稳定铁池启动铁死亡的具体分子机制。<br>　　所获得的主要研究结果与结论如下：<br>　　1．基于生物矿化原理，利用 BSA 和氯化钴（CoCl2）制备出氧化钴纳米量子点CoO@BSA NDs（CoNDs）。随后，成功连接肿瘤穿透肽 iRGD 获得多肽修饰量子点iRGD-CoO@BSA NDs（iCoNDs）。为强化量子点的肿瘤靶向能力，进一步将 iCoNDs加载于树枝状 DMSNs 中，最终制备出集束氧化钴纳米颗粒（iCoDMSNs）。该纳米颗粒在碱性和中性溶液中保持稳定，却能在酸性介质中解聚。iCoDMSNs 因此在肿瘤微酸性环境中具有可控释放的能力。<br>　　2. iCoDMSNs 在体外实验中表现出细胞毒性低以及血液相容性良好的特点。当纳米颗粒通过尾静脉注射进入小鼠体内后，对小鼠血常规、血生化指标以及重要脏器无明显影响，展现出良好的生物安全性。<br>　　3. 通过 3D 肿瘤细胞球体穿透实验证实，iCoDMSNs 具有深度穿透肿瘤细胞的能力。通过尾静脉向荷瘤小鼠模型注射该纳米颗粒后，活体成像以及光声成像显示， iCoDMSNs 可以靶向肿瘤组织，并长时间蓄积在肿瘤部位，表现出良好的肿瘤靶向和肿瘤穿透性。<br>　　4 ． iCoDMSNs 对多种肿瘤细胞具有抑制作用。蛋白组学研究发现，细胞受iCoDMSNs 干预后铁死亡通路变化异常明显，细胞铁死亡信号通路关键蛋白 HMOX1显著上调。细胞实验证实，iCoDMSNs 可明显增加细胞内 Fe2+和脂质过氧化水平，而铁死亡抑制铁抑素-1（Ferrostatin-1，Fer-1）能够逆转上述异常变化并恢复靶细胞存活率，说明iCoDMSNs能通过诱导细胞铁死亡发挥抗肿瘤作用。<br>　　5. 细胞克隆生存实验证实 iCoDMSNs 具有良好的放疗增敏效果，增敏比（Sensitizer enhancement ratio，SER）高达1.7；在荷瘤小鼠模型中，在RT基础上，联合使用 iCoDMSNs 可明显加重瘤组织损伤、缩小肿瘤体积和重量，延长小鼠生存时间。<br>　　6． iCoDMSNs在肿瘤细胞内通过类芬顿反应产生羟基自由基（?OH），影响Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Kelch-like ECH-associated protein 1，KEAP1）再生，进而上调核红细胞2相关因子2（Nuclear factor erythroid 2-related factor 2，NRF2）和下游的HMOX1，导致转铁蛋白受体（Transferrin receptor，TFR）表达增加和溶质载体家族40成员1（Solute carrier family 40 member 1，SLC40A1）表达减少，扩大细胞中的不稳定铁池，诱导肿瘤细胞铁死亡。<br>　　7. 克 隆 生 存 实 验 以 及 小 鼠 荷 瘤 模 型 均 证 实 iCoDMSNs 通 过 对KEAP1/NRF2/HMOX1 铁死亡通路的活化，导致铁含量和脂质过氧化水平升高，进而触发铁死亡实现放疗增敏。<br>　　综上所述，本研究设计、制备、评估了一种合成方法简单、生物安全性好且具有肿瘤穿透能力的放疗增敏剂 iCoDMSNs，明确了钴基纳米材料诱导细胞铁死亡调节细胞辐射敏感性的分子机制，为临床放疗增敏提供了新方案。