受肿瘤微环境等因素的影响,当前临床常用的肿瘤治疗手段的疗效远无法满足癌症患者的迫切需求。近年来,通过构建新型生物材料来直接杀死肿瘤细胞或通过对肿瘤微环境进行调控来增强肿瘤治疗的疗效,已经成为目前癌症治疗领域的一个重要研究方向。酶作为一种天然的生物催化剂,在维持正常生命活动中发挥着不可替代的作用,其异常表达也是诸多疾病发生的诱因之一。鉴于其丰富的、特异性催化活性,多种酶在肿瘤等疾病的治疗中表现出了良好的应用前景。然而,绝大多数酶因对周围环境敏感而容易变性失活。如何在生理条件下保持高效、持久的酶的催化活力,是推进酶在肿瘤等疾病治疗中应用的核心科学技术问题。因此,在本博士论文研究中,本人根据酶的不同催化性质,设计构建了多种具有不同功能的生物反应器用于肿瘤治疗增效研究,揭示了其与肿瘤微环境、肿瘤治疗增效之间的相互影响机制,为实现安全高效的肿瘤联合治疗开发了多种具有创新作用机制的生物催化活性材料。本博士论文的主要研究内容和结果概括如下:1、温敏可注射型反应器用于肿瘤细胞裂解与氧化应激放大联合治疗研究。在该项研究中,以温敏型壳聚糖-β甘油磷酸钠可注射水凝胶为载体,将磷脂酶（Phospholipase1,PLA1）和胆固醇氧化酶（Cholesterol oxidase,COD）固定在肿瘤部位,构建了一种具有级联催化能力的生物反应器。其中,PLA1能够通过水解磷脂分子来破坏细胞膜的完整性并促进胆固醇氧化酶与底物胆固醇的接触,胆固醇在胆固醇氧化酶的作用下分解为具有细胞毒性的胆甾-4-烯-3-酮和过氧化氢。将该生物反应器固定在肿瘤部位后,可以通过破坏肿瘤细胞膜的完整性并放大肿瘤部位的氧化应激水平,进而协同抑制小鼠皮下CT26肿瘤的生长。2、微酸响应性纳米级联反应器增效肿瘤射频免疫联合治疗的研究。在该部分研究中,本人利用碳酸钙的微酸响应性分解以及对蛋白质、血红素等分子的高效吸附能力,通过碳酸钙辅助的双微乳法将脂肪氧化酶（Lipoxidase,LOX）和血红素（Hemin）共同装载在碳酸钙-PLGA纳米颗粒中,成功构建了一种肿瘤微酸响应性纳米级联反应器——HLCaP NRs。进一步研究发现,HLCaP NRs在弱酸性条件下能够以亚油酸、肿瘤细胞残渣等为底物,催化产生具有细胞毒性的脂质过氧化物自由基并诱导癌细胞发生铁死亡。利用可粘附性水凝胶将其固定在经不完全射频消融后的残余肿瘤部位,发现HLCaPNRs不但能够高效诱导残余肿瘤细胞发生铁死亡来抑制残余肿瘤细胞的生长,还能够激活机体的抗肿瘤免疫反应,并通过联合anti-PD-1免疫疗法,在进一步抑制原位肿瘤生长的基础上高效抑制远端转移肿瘤的生长,实现了对肿瘤的序贯性射频免疫联合治疗。3、生物发光的减毒沙门氏杆菌增效肿瘤光动力治疗与免疫治疗的研究。在该部分研究中,本人通过将含有萤火虫荧光素酶基因的质粒转化至减毒的鼠伤寒沙门氏杆菌中,成功构建了一种生物发光细菌。进一步研究发现,该生物发光细菌与其底物D-荧光素孵育后产生的生物发光可以激发光敏分子二氢卟吩e6（Chlorine6,Ce6）产生有细胞毒性的单线态氧分子,这不仅可以诱导癌细胞死亡并释放肿瘤相关抗原、钙网蛋白（Calreticulin,CRT）、高迁移率族蛋白（High mobility group box 1,HMGB1）等损伤相关模式分子,还能导致部分细菌死亡并释放病原相关模式分子,进而同时激活机体的先天性免疫反应和适应性免疫反应并减少肿瘤内多种免疫抑制性细胞的浸润。与传统的光动力治疗和细菌治疗相比,该策略不仅能够高效的抑制小鼠皮下CT26、强吸光的B16、以及大体积的新西兰兔皮下VX2等多种原位肿瘤的生长,还能够通过激活机体的抗肿瘤免疫反应来抑制远端转移肿瘤的生长,以及诱导机体产生特异性的免疫反应来防止肿瘤的复发。总之,在本博士论文中,充分利用生物材料丰富的理化性质,设计构建多种具有不同催化功能的生物反应器,探索了其在肿瘤微环境调控与肿瘤治疗增效方面的机制,发展了多种具有创新作用机制的序贯性肿瘤联合治疗新策略,揭示了酶介导的生物催化反应在肿瘤治疗方面的广阔应用前景。