癌症,作为一种恶性肿瘤,对人们的生命健康造成严重威胁。基因治疗作为一种新兴的治疗手段有望从根本上治疗癌症。然而高效的基因载体是基因治疗成功的关键。聚合物基因载体由于其免疫原性低、来源丰富、结构可控等优点受到人们的广泛关注。传统的聚合物基因载体如聚乙烯亚胺(PEI)、聚赖氨酸(PLL)、聚酰胺-胺(PAMAM)等普遍存在转染效率低、细胞毒性大等缺点。因此构建一种高转染效率、低细胞毒性的聚合物基因载体成为人们研究的热点。同时,聚合物基因传递体系在体内传输过程中也存在循环时间短、易吸附血液中负电性的蛋白等缺点,因此如何提高聚合物基因传递体系的体内循环时间、减少血液中蛋白的吸附已成为迫切需要解决的问题。为了解决以上这些难题,首先,我们在传统的聚合物基因载体上引入金属配位、静电、氢键以及疏水相互作用以提高聚合物基因载体的转染效率、降低细胞毒性。此外,我们开发了肿瘤微环境响应的聚合物基因载体遮蔽体系以解决聚合物基因传递体系在体内循环时间短、易吸附血液中负电性蛋白的问题。为了提高传统的聚合物基因载体的转染效率,我们首先通过席夫碱键将含锌离子的二吡啶胺化合物接枝到低分子量的聚乙烯亚胺(PEI1.8k)上,合成的聚合物基因载体Zn-DPPA2能够与细胞膜形成金属配位相互作用以促进细胞内吞,最终实现高效的基因转染。细胞毒性结果表明,该聚合物基因传递体系具有可忽略的细胞毒性以及良好的抗血清能力。Zn-DPPA2/pDNA纳米复合物在生理条件下具有良好的尺寸稳定性。通过尾静脉注射纳米复合物到荷瘤小鼠体内,该纳米复合物在肿瘤组织中具体高效的基因转染性能。人们普遍认为聚合物基因载体与细胞膜(或DNA)之间的静电相互作用会影响载体的转染效率。一般地,适宜的静电相互作用有助于DNA的装载、压缩以及内吞,最终促进高效的基因转染。然而聚合物基因载体过高的正电荷密度会导致严重的细胞毒性,进而阻碍载体的转染性能。为了克服聚合物基因载体与细胞膜(或DNA)之间的静电相互作用瓶颈,我们将“分子串”对甲基苯磺酰基精氨酸(简称RT)接枝到传统的聚合物基因载体PLL上,即在基因载体与细胞膜(或DNA)之间引入静电、氢键、以及疏水相互作用,显著提高了基因载体的转染效率。“分子串”RT引入后,构建的聚合物基因载体PLL-RT呈现α-螺旋构象,促进了细胞摄取。静电、氢键、疏水等多重相互作用以及α-螺旋构象的引入对提高聚合物基因载体的转染效率具有协同作用。此外,PLL-RT也具有优异的抗血清能力以及RNA沉默效率。为了验证“分子串”RT对提高传统的聚合物基因载体转染效率的普适性,我们将RT引入到其它的聚合物骨架比如PEI和PAMAM上,也能显著提高这些聚合物基因载体的转染效率、降低细胞毒性。构建的基因载体PLL-RT介导治疗基因在瘤内给药治疗后能够有效地抑制肿瘤的生长。运用基因载体与细胞膜(或DNA)之间引入多重相互作用的策略为构建高效的聚合物基因传递体系提供新的思路。为了进一步提高聚合物基因传递体系在体内的传输效率,我们开发了肿瘤组织H202响应的聚合物基因载体遮蔽体系。采用聚合物基因载体PLL-RT运载pDNA,H202响应的缩硫酮二丙二酸改性的葡聚糖(TDPAD)作为遮蔽材料用于包覆PLL-RT/pDNA复合物。电位、粒径、细胞转染以及内吞实验证明了该聚合物基因传递体系的H202响应性。通过尾静脉给药后,该纳米复合物表现出较长的体内循环半衰期,且该聚合物基因传递体系能够通过EPR效应在肿瘤部位富集。该聚合物基因传递体系介导治疗基因shVEGF的pDNA后运用“一石三鸟”的策略实现高效、协同的抗肿瘤效果。其一,TDPAD/PLL-RT/pDNA纳米复合物在尾静脉给药后,通过EPR效应在肿瘤部位较好地蓄积,TDPAD与肿瘤组织中过量的H2O2反应,促进遮蔽层的脱离,暴露出PLL-RT/pDNA复合物,实现肿瘤细胞的高效内吞,有效降低了肿瘤组织血管内皮生长因子(VEGF)的表达,具有显著的抗肿瘤效果。其二,TDPAD消耗肿瘤组织中的H202,降低了肿瘤组织中H202的水平,协同抑制了肿瘤的生长。其三,TDPAD与H202的反应产生小分子产物巯基丙酸(MPA)能够诱导癌细胞凋亡,发挥抗肿瘤作用。实验表明该聚合物基因传递体系具有良好的生物相容性。我们对“一石三鸟”的策略即聚合物基因载体介导的基因治疗、肿瘤组织中H202消耗以及MPA诱导的癌细胞凋亡这三者的协同抗肿瘤作用进行了详细的验证。该聚合物基因传递体系为体内水平的基因传递提供了一种理想的平台。在本论文中,我们通过在传统的聚合物基因载体与细胞膜(或DNA)之间引入多重相互作用(金属配位、静电、氢键、以及疏水相互作用)以及构建肿瘤组织H2O2响应的聚合物基因载体遮蔽体系的策略克服了聚合物基因传递体系在传输过程中的多重障碍,提高了聚合物基因传递体系体外和体内的传输效率。这些策略为高效的聚合物基因传递体系的构建以及肿瘤基因治疗提供了理论基础。