成功的基因输送过程离不开安全高效的基因递送载体。非病毒载体是常用的输送载体之一,主要包括阳离子脂质体和阳离子聚合物,其优点是安全性和生物相容性高、易于化学修饰和大规模生产。但是,非病毒载体基因输送也面临一些问题,制约其抗肿瘤效果及临床转化。首先,非病毒载体与核酸形成的纳米复合物在细胞转染过程中需要克服一系列屏障。其次,单一靶点基因治疗抗肿瘤作用往往有限,以TRAIL基因治疗为例,表达产生的TRAIL蛋白可以诱导肿瘤细胞凋亡,同时也引起肿瘤细胞产生保护性自噬,减弱TRAIL的治疗效果。此外,针对许多实体肿瘤的治疗,只靶向肿瘤细胞并不能实现良好的治疗效果,而改善肿瘤微环境是肿瘤治疗中必要环节,但通过基因递送调控肿瘤微环境的手段不足。针对上述问题,本论文提出了一系列的治疗策略以增强非病毒基因输送的肿瘤治疗效果,为加快其临床转化提供一定的研究基础。论文第一部分重点研究了小分子药物与基因输送联合的策略,以克服DNA输送过程的关键屏障增强转染效率。核膜是DNA进入细胞核的重要屏障,对基因输送效率的影响不容忽视。以聚乙烯亚胺(PEI)为代表的阳离子聚合物载体能够与带负电的质粒DNA结合形成稳定的纳米复合物,但其进入细胞后因粒径较大(～100nm)难以通过核孔进入细胞核,而是依赖于细胞分裂时核膜消失的过程。因此,我们使用了一种高选择性的细胞周期依赖性激酶1(CDK1)的抑制剂RO-3306来调控细胞分裂过程,促进纳米复合物进入细胞核,从而增强其转染效果。通过比较PEI和B-PDEAEA(氧化响应电荷反转阳离子聚合物)为载体的转染过程可发现,不同载体进入细胞核的方式存在差异,其转染效率对细胞周期的依赖性也不同。基于上述实验结果,我们以B-PDEAEA介导的DNA转染过程为研究案例,进一步提出了增强响应降解型聚合物转染效率的方法。B-PDEAEA能够在细胞内ROS的诱导下发生电荷反转从而快速释放DNA分子。但是不同肿瘤细胞内的ROS水平存在差异,ROS水平低的细胞难以实现有效的电荷反转过程。伏立诺他(SAHA,一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂)能够诱导肿瘤细胞内的ROS产生,因此可以用于促进B-PDEAEA的电荷反转过程,促进细胞内载体和DNA的解离,最终提高基因转染效果。结果表明,SAHA能够提高肿瘤细胞内的ROS水平;相应地,SAHA存在条件下使用B-PDEAEA/DNA进行转染能够促进载体与DNA的解离,提高转染效率。SAHA和B-PDEAEA介导的TRAIL治疗基因输送联合能够协同诱导肿瘤细胞凋亡。本论文第二部分主要研究了增强TRAIL基因治疗效果的方法。TRAIL基因输送能选择性地杀伤肿瘤细胞而不损伤正常组织,并且能够克服重组TRAIL蛋白在应用过程中循环时间短和靶向性不足的缺点,是十分具有转化潜力的肿瘤治疗手段。但是,TRAIL蛋白不仅激活细胞凋亡通路,同时也刺激肿瘤细胞产生保护性自噬,降低TRAIL诱导肿瘤细胞凋亡的能力。抑制自噬则能够增强肿瘤细胞对TRAIL蛋白的敏感性,增强TRAIL治疗效果。传统的非病毒载体只具有基因输送功能,自身不具有药理学作用。因此,我们提出了将具有自噬抑制能力的弱碱性药物羟化氯喹(HCQ)嵌合于输送载体的策略,开发了同时具有核酸输送能力和药理学活性的阳离子聚合物载体。通过将DMAEMA(2-(Dimethylamino)ethyl methacrylate)与 MACQ(methacryloyl chloroquine)以一定比例聚合,得到了一系列具有自噬抑制功能的阳离子聚合物载体PDmCQn。其中,PD3CQ1不仅能够实现TRAIL治疗基因的高效输送,还能够利用载体抑制自噬的作用增强细胞对TRAIL蛋白的敏感性,实现更好的抗肿瘤效果。为今后的TRAIL基因治疗和载体设计提供了新的思路。本论文第三部分以研究促结缔组织增生肿瘤的基因治疗为目的,考察了微环境调控在肿瘤治疗中的重要意义。实体肿瘤的微环境在肿瘤的生长和转移过程中具有重要作用,因此改善微环境是肿瘤治疗不可或缺的环节。松弛素(relaxin)是机体内源性的一种激素,具有抑制纤维化的功效,能够高效地降解肿瘤组织中的细胞外基质以改善肿瘤微环境。松弛素蛋白应用中的问题是体内循环时间短,缺乏组织靶向性。因此我们使用了脂质纳米颗粒输送编码松弛素的基因,以实现松弛素在肿瘤中的持续表达。结果表明肿瘤中表达产生的松弛素通过降低肿瘤内部的纤维化程度,能够促进免疫细胞浸润,激活机体免疫反应达到抗肿瘤效果。通过分析肿瘤微环境中松弛素受体的分布,我们发现肿瘤中的巨噬细胞是松弛素受体的主要来源,并进一步阐明了巨噬细胞在降解肿瘤组织纤维方面的重要作用。