调控自噬增敏光热治疗肿瘤机制和效应的研究

Nanomaterials-associated photothermal therapy efficiently kills tumor cells by hyperthermia at a high temperature. However, such high temperature would also induce severe thermal damage of health tissues and inflammatory response, increasing the risk of tumor metastasis and regrowth. In this investigation, we will study the inhibition of autophagy sensitized photothermal treatment of tumor. Photothermal therapy would damage the biological macromolecules and organelles in tumor cells and thus induce autophagy. We will try to inhibit the photothermal therapy-induced autophagy in tumor cells by different autophagy inhibitors, and test their efficiency in inhibition of autophagy and sensitization to kill tumor cells. We will also analyze the expression variation of autophagy-related genes and the changes of autophagy flux during autophagy inhibition-associated photothermal therapy. Autophagy inhibitors resulting in the best therapeutic outcomes will be chosen for the in vivo study. PEG-PLGA will be employed to fabricate nanomedicine with the loading of both photothermal agent of indocyanine green and the chosen autophagy inhibitor. Finally, the therapeutic effect of the nanomedicine will investigated in vivo. This study will reveal the potential mechanism of autophagy inhibition-sensitized photothermal therapy, and will provide a new strategy for the low-temperature photothermal therapy of tumors.

纳米材料介导的光热治疗利用光热转换效应产生的局部高温杀灭肿瘤细胞，但是局部高温会造成严重的正常组织热损伤和炎症反应以及其他副作用，并增加肿瘤转移和再生风险。为此，本项目拟开展抑制细胞自噬增敏光热治疗肿瘤的研究。光热治疗引起细胞内生物大分子和细胞器损伤进而诱发细胞自噬水平提高，我们利用自噬通路中不同靶点抑制剂抑制光热治疗诱导的肿瘤细胞自噬，比较不同抑制剂抑制细胞自噬的效率以及增敏光热治疗杀伤肿瘤细胞的效果，并从基因和分子层面了解自噬相关基因表达水平以及自噬抑制情况，筛选出综合治疗效果最好的自噬抑制剂；进一步，利用聚乙二醇-聚乳酸-羟基乙酸共聚物封装光热治疗分子吲哚菁绿和筛选出来的自噬抑制剂，构建纳米治疗载体，在动物模型中评估抑制自噬增敏光热治疗肿瘤的效果。通过该项研究，揭示抑制自噬增敏光热治疗肿瘤的机制和规律，为实现低温高效的光热治疗肿瘤提供新的方法和思路。

光热治疗产生的局部高温会严重损伤肿瘤周围的正常组织，进而诱发炎症反应和增加肿瘤转移风险；同时，低的递送效率导致需要注射大量的纳米材料以满足治疗需求，从而增加了系统毒性风险。为此，发展低温、高效的光热治疗成为必要趋势。本项目针对光热治疗杀伤癌细胞的机制进行了深入性研究，发现光热治疗通过热效应破坏细胞器和生物大分子，进而诱导癌细胞发生自噬，并研究证明利用自噬抑制剂抑制自噬，可以大幅度增强癌细胞对光热治疗的敏感性，实现1+1>2的协同治疗效果，并在温和温度下（42℃），利用光热治疗完全抑制肿瘤生长。我们利用分子库筛选机制，在20个自噬抑制剂中筛选出增敏光热治疗肿瘤效果最佳的4种自噬抑制剂：氯喹、羟基氯喹、蝙蝠葛苏林碱和蝙蝠葛碱。进一步筛选证实蝙蝠葛苏林碱展现出更加高效的增敏效果。通过分子库筛选机制，揭示了抑制肿瘤细胞自噬增敏光热治疗的普遍规律，并成功选出比氯喹增敏效率更高的自噬抑制剂蝙蝠葛苏林碱。我们还将自噬调控辅助光热治疗应用于原位骨肿瘤的治疗。从 纳米药物PPA/CQ中释放的 CQ，通过阻止肿瘤坏死因子 (TNF)受体相关受体3的降解来抑制破骨细胞生成，从而减弱骨肿瘤中的骨质溶解。另一方面，CQ阻断了癌细胞的自噬，从而提高了癌细胞的光热杀伤能力。通过自噬调控双向打破肿瘤细胞与骨微环境之间的恶性循环，同时有效地抑制骨肿瘤生长和骨溶蚀发生,初步证明自噬抑制剂辅助的光热疗法是治疗恶性骨肿瘤的一种有前途的策略。