低氧激活前药是一类对正常组织无毒或毒性低,而在肿瘤低氧区被高表达的还原酶还原产生毒性的一类药物。该类药物因为其特殊作用机制,与传统化疗药物相比具有独特的体内安全性优势。目前该类药物正处于临床研究阶段,然而研究结果表明,体内清除速度较快以及难以扩散到肿瘤低氧区是制约其临床应用的重要因素。单一使用低氧激活前药的治疗效果有限,目前的研究重点主要集中在低氧激活前药的联合应用,包括与传统化疗、放疗、肿瘤栓塞疗法、免疫检查点抑制剂等的联合治疗。将纳米药物递送技术应用于联合治疗是近年来的研究热点,然而将两个或两个以上的药物通过非共价方式共载于同一个载体的传统联合策略效果不佳,其缺陷包括载药量低、稳定性差、药物易于提前泄露等。前药自组装纳米递送系统是由前药偶联物自身自组装形成的,具有前药策略与纳米药物递送策略的双重优势,因此在联合治疗的应用方面具有很大的潜力。光动力治疗(PDT)是指在光的照射下光敏剂被激发,而后与氧气、水或其他生物分子等生成以活性氧(ROS)为主要产物,对肿瘤进行杀伤的一种治疗手段。然而在PDT过程中,氧气是制约其治疗效果的一大因素。肿瘤由于整体呈现低氧状态,并且氧含量随着距离实体瘤表层距离的深入而不断减少,因此,PDT的抗肿瘤疗效受到很大的限制。有研究表明,PDT发挥作用后会进一步加剧肿瘤的低氧状态,而当与低氧激活前药进行联合应用后,会促进低氧激活前药的激活,实现协同治疗作用。在这里,我们设计了三种二聚体前药化合物,将PR104A与焦脱镁叶绿酸a(PPa)分别以单硫键、酮缩硫醇键和非敏感碳链进行桥连,分别得到PR104A-S-PPa、PR104A-TK-PPa和PR104A-PPa。三种二聚体前药都能够在DSPE-PEG2k的稳定作用下自组装形成纳米粒(PSP纳米粒、PTKP纳米粒和PP纳米粒),纳米粒粒径均一,稳定性好。在激光照射下,PSP纳米粒和PTKP纳米粒能够实现光诱导电子转移(PET)与ROS双模式触发的PR104A药物释放。前药自组装纳米粒由于呈现分子聚集状态,因此遭受聚集诱导淬灭(ACQ)效应的困扰导致ROS生成效率低。而正是由于前药分子间的堆砌使得PET反应的发生成为了可能,激光照射后被激发的PPa优先与连接链中的硫原子发生PET反应,生成硫自由基阳离子。而硫自由基阳离子可以促使C-S键发生断裂,促进PR104A的释放。当PET反应造成前药自组装纳米粒解聚后,ACQ效应消失,激光照射下被激发的PPa恢复与周围氧气通过PDT生成ROS的能力。而ROS的生成可以进一步促进ROS敏感键单硫键及酮缩硫醇键的响应,再次释放出游离的PR104A。这种根据纳米粒子聚集形态的变化而具有不同释放特性的光触发双模式响应型前药自组装纳米粒能够最大限度释放出游离的PR104A。所释放出的PR104A能够在PDT消耗氧气作用下被有效激活,进而发挥协同抗肿瘤作用。通过研究结果证明,PTKP纳米粒与PSP纳米粒相比具有更好的体内循环稳定性、更多的肿瘤部位蓄积以及更快速的PET触发和ROS触发的双模式PR104A释放,因此,PTKP纳米粒在药效学考察时表现出最好的抗肿瘤生长以及抗肿瘤转移能力。传统化疗药物据报道能够通过邻位效应放大自身的肿瘤渗透及肿瘤杀伤能力。邻位效应是指载有化疗药物的纳米粒子被肿瘤细胞摄取后,肿瘤细胞就变成了药物储库。当肿瘤细胞凋亡后,剩余的药物会被释放出来继续感染邻近的其他肿瘤细胞。关于邻位效应的具体机制仍不是十分明确,我们猜测这种效应可以由凋亡小体所介导。化疗的邻位效应在实际中表现并不明显,可能由于在向实体瘤深部进行药物递送过程中化疗药物发挥毒性被逐渐消耗,并且随着向肿瘤内部的深入,内部的低氧肿瘤细胞会对传统化疗药物产生耐受性,造成了化疗药物经邻位效应渗透的障碍。低氧激活前药在常氧细胞中无活性而能够选择性杀伤低氧肿瘤细胞,因此将低氧激活前药与传统化疗药物进行联合使用可能会克服该递送障碍,促进邻位效应介导的肿瘤渗透及全面杀伤肿瘤的效果。在这里,我们将喜树碱(CPT)与PR104A通过二硫键及非敏感碳链进行桥连,设计了二聚体前药化合物CPT-SS-PR104A及CPT-CC-PR104A。两种前药分子都能在蛋黄卵磷脂及DSPE-PEG2k的稳定作用下自组装形成纳米粒(CSSP纳米粒和CP纳米粒)。当前药自组装纳米粒蓄积于肿瘤部位时,外层常氧肿瘤细胞摄入纳米粒,在胞内高水平GSH的作用下,二硫键断裂同时释放出两种游离药物。CPT作用于常氧细胞导致细胞凋亡,而PR104A保持无毒状态。凋亡细胞释放的凋亡小体包裹剩余的药物通过邻位效应向内部递送。被低氧肿瘤细胞摄入后,CPT由于在渗透过程中被常氧区肿瘤细胞所消耗导致活性药物减少,并且CPT对低氧肿瘤细胞的敏感性降低,因此CPT毒性下降。而PR104A则可在低氧肿瘤细胞内被激活产生毒性,杀死低氧肿瘤细胞实现邻位效应介导的继续向肿瘤深部递送。通过研究结果证明,CSSP纳米粒具有很好的还原响应双药释放能力,体循环稳定,肿瘤蓄积高,对低氧与常氧细胞都具有很好的毒性,在肿瘤球模型中表现很好的渗透与杀伤效果,在体内药效实验中表现出很好的抗肿瘤生长以及抗肿瘤转移能力。