综合考虑纳米药物体内转运特性、纳米体系的复杂性以及癌症疾病特点,我们分别以紫杉醇(Paclitaxel,PTX)、阿霉素(Doxorubicin,DOX)和顺铂(Cisplatin,Pt)构建了三种肿瘤微环境响应自组装纳米前药用于癌症化疗和免疫治疗。我们首先以PTX为模型药物构建了一种具有自诱导活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)扩增特性的氧化还原双响应纳米前药,用于促进药物快速释放、抑制肿瘤MDR和肺转移。该前药是通过将PTX和聚乙二醇1000琥珀酸酯(TPGS)以氧化还原双响应单硫醚键连接合成前药偶联物(TPGS-S-PTX)。TPGS-S-PTX可自组装形成稳定的纳米胶束(TSP PMs),载药量高达30%以上,且不需要添加其他任何辅料。TSP PMs具有良好的胶体稳定性、长期稳定性、长循环特性及肿瘤靶向性,可同时响应ROS和谷胱甘肽(Glutathione,GSH)而快速释放PTX和TPGS。TPGS可诱导细胞内ROS的产生,用以补偿偶联物解离时消耗的ROS;产生的ROS又可促进药物快速、完全释放,从而建立一种ROS产生的正反馈环路。一方面,细胞内ROS的升高可通过ROS/Cyt C/Casp-9/3途径启动癌细胞线粒体相关凋亡模式;另一方面,升高的ROS可通过改变Bcl-2家族蛋白的表达以及降低癌细胞线粒体膜电位和三磷酸腺苷(ATP)水平来抑制肿瘤多药耐药。结果显示,TSP PMs在S180肉瘤模型、MCF-7/ADR耐药肿瘤模型和三阴性乳腺癌4T1原位肿瘤模型均具有显著的肿瘤生长抑制效果,且可明显抑制4T1肿瘤肺转移。进一步,我们以DOX为模型药物,设计了一种序贯响应及结构可变换纳米前药用以解决药物递送过程中除释放外其他几个关键问题,如纳米药物肿瘤蓄积、深部穿透、高效细胞摄取等,并最终实现显著提高DOX的治疗效果,延长荷瘤小鼠生存期。该DOX多肽前药(2-(Nap)-FFKTPA-DOXAGLDDRGD)由四个部分组成:1)靶头部分(Arg-Gly-Asp,RGD),可特异性识别肿瘤细胞表面特异性高表达整合素受体αvβ3;2)2-(Nap)-FFK可通过分子间氢键形成稳定的纳米纤维结构;3)Ala-Gly-Leu-Asp-Asp(AGLDD)可被肿瘤微环境高表达基质金属蛋白酶-9(MMP-9)切断;4)以4-甲酰苯甲酸(TPA)为连接臂,将DOX与多肽通过p H敏感腙键偶联,可响应弱酸刺激快速断裂而释放药物。在p H7.4条件下,该嵌合肽可自组装形成球形纳米粒(RGD-s NPs),粒径小于50 nm,Zeta电位为-10 m V左右,此种表面性质有利于延长其血管内循环时间,避免蛋白冠的形成。在RGD介导的主动靶向性以及肿瘤高通透性和滞留效应(EPR效应)的作用下,RGD-s NPs可有效蓄积于肿瘤部位。当纳米粒到达肿瘤部位后,在肿瘤特异性高表达MMP-9酶作用下,球形纳米粒RGD-s NPs快速转变成棒状纳米粒S-NFs,其长径为225.7±10.2 nm,短径18±1.6 nm。由于其特定的物理性质,S-NFs能有效穿透至肿瘤深部,且能被肿瘤细胞快速的摄取和具有入核能力。最后在弱酸性环境下,快速地释放出DOX,残留的多肽2-(Nap)-FFKTPA可继续转变成细长的纳米纤维(长度大于5μm),并通过三种可能的途径发挥协同抗肿瘤作用:1)Caspase-3凋亡途径;2)与细胞内微管蛋白相互作用;3)竞争性地与细胞表面受体蛋白相互作用,抑制下游信号通路。结果显示,RGD-s NPs在肝癌H22肉瘤模型中具有最佳的治疗效果,且能显著延长荷瘤小鼠生存期。在第一、二章基础上,我们以Pt,阿杜丁(Adjudin,ADD)和2-(Nap)-FFKPLGVRGGGGG为基础,构建了Pt前药偶联物2-(Nap)-FFKPt-2TPAADDPLGVRGGGGG。该Pt多肽前药具有与第二章构建的DOX前药类似结构转变特性、肿瘤靶向性和深部穿透能力、高滞留性等。此外,结构中引入的ADD,可通过升高细胞内ROS而启动癌细胞线粒体相关凋亡模式抑制肿瘤生长和耐药。体内急毒性实验揭示,Pt在给药剂量为2 mg/kg时即可产生明显的肾毒性,剂量高至5 mg/kg及以上时还会产生胃肠毒性,Pt前药纳米粒(2-NPs)在给药剂量为10 mg/kg时仍无明显的肾毒性和胃肠道毒性,表明所构建的Pt纳米前药可有效改善Pt毒副反应。体内抑瘤实验结果显示,2-NPs在4T1原位肿瘤模型具有显著的肿瘤生长抑制效果,且能有效抑制肿瘤肺转移。量效关系实验表明,1、2、5 mg/kg 2-NPs在给药期间呈剂量依赖性抑制肿瘤生长,剂量越高,效果越好;但停止给药后,高剂量组(5 mg/kg)肿瘤生长反而更加迅速,远超过其他两组。相关机制研究结果显示,2-NPs可通过诱导细胞自噬和内质网应激压力而激活癌细胞免疫原性凋亡,促进钙网蛋白(Calreticulin,CRT)向细胞膜迁移、高迁移率族蛋白-1(HMGB-1)和ATP的释放。ATP作为趋化因子可招募树突状细胞(Dendritic Cells,DCs)至肿瘤微环境;CRT可与DCs表面CD91受体结合诱导其吞噬肿瘤抗原;HMGB-1可与DCs表面Toll样受体-4(TLR-4)结合,熟化DCs并呈递至T细胞,诱导细胞毒性T细胞(CD8+T细胞)增殖和相关细胞因子的释放。2-NPs诱导的免疫原性凋亡激活有利于改善肿瘤抑制性微环境,如CD8+T细胞增多、PD-L1表达降低、Foxp3+Treg细胞减少、IFN-γ增加等。随后,我们在多肽骨架引入WKYMVm(W肽)构建了2-(Nap)-FFKPt-2TPAADDGGGPLGVRG-WKYMVm-m PEG1000前药偶联物,同样可自组装形成稳定球形纳米粒,且具有结构转变特性。W肽是一种甲酰肽受体-1(FPR-1)激动剂,可激活DCs表面FPR-1受体,使DCs更易趋近濒临凋亡的肿瘤细胞,并与之建立稳定的接触,有利于免疫原性凋亡后续步骤的发生。该免疫原性凋亡级联激活与放大Pt纳米前药可有效抑制肿瘤生长和肺转移,延长荷瘤小鼠生存期。