肿瘤是威胁人类健康的重大疾病之一，发病率及死亡率逐年提高。手术、放疗与化疗仍是治疗肿瘤的三种常规手段，但这些治疗手段常难以获得理想效果，为了提高对肿瘤的治疗效果，人们不断探索治疗肿瘤的新方法。光动力疗法(Photodynamictherapy，PDT)是一种精确靶向治疗肿瘤的方法，它因具有选择性高、效果显著、对正常组织伤害小及无全身毒副作用等优点，在临床应用中取得了良好的成就。光动力疗法是一种利用光敏剂在肿瘤内有选择性吸收和潴留的特性，然后用光敏剂的特定吸收波长的光照射，在氧分子的参与下，肿瘤组织内产生活性氧物质(Reactive Oxygen Species，ROS)，这些活性氧物质会引起蛋白质、脂类、核酸和其它细胞组分的损伤，从而引起肿瘤细胞的凋亡或坏死，最终实现治疗肿瘤的目的。PDT对肿瘤细胞的杀伤效率受多种因素的影响：光敏剂的种类，激光的波长，细胞类型等。在以上同等条件下，光敏剂的亚细胞定位则成为了影响PDT效率的关键因素，因为它决定光动力损伤的最初位点。很多研究证实线粒体是光动力治疗的重要靶点，且定位在线粒体的光敏剂比定位在其它细胞器的光敏剂能更有效地杀死肿瘤细胞。光照后起始反应是在线粒体上形成单态氧，接着线粒体上的活性氧诱导线粒体通透性改变进而导致线粒体去极化，变形，细胞色素c的释放，最终导致细胞凋亡。线粒体是一种高度动态变化的细胞器，它的形态在片段化和管状化之间不停转换，本文拟通过调节肿瘤细胞线粒体形态以提高肿瘤细胞对PDT的敏感性从而达到提高光动力治疗肿瘤效果的目的。1.本研究用相同剂量的PDT处理线粒体形态不同的HeLa细胞发现：片段化线粒体膜电位的下降速度高于管状化线粒体；用相同浓度的H2O2孵育含有不同形态线粒体的肿瘤细胞后观察到了相同的结果。由此可知，肿瘤细胞内的片段化线粒体比管状化线粒体抗氧化能力弱。2.通过转染Drp1质粒和Mfn2质粒，把HeLa细胞内线粒体分别调节成片段化和管状化，然后用相同剂量的PDT处理两组细胞，结果显示转染Drp1质粒组（以片段化线粒体为主）的细胞死亡率显著高于转染Mfn2质粒组（以管状化线粒体为主）。表明含有片段化线粒体的肿瘤细胞比含有管状化线粒体的肿瘤细胞对PDT更敏感。3.为了研究线粒体形态的变化与细胞周期的关系，本研究采用血清饥饿和化疗药物联合的方法使细胞周期同步化，并用激光共聚焦显微镜观察和统计各周期细胞不同形态线粒体所占的比例，结果显示：线粒体形态随着细胞周期进程而规律性变化，S期管状化线粒体最多，M期片段化线粒体最多。然后用相同剂量的PDT处理各周期细胞，发现细胞死亡率与片段化线粒体的比例呈正相关，M期最高，S期最低。4.为了验证能否把实体瘤内细胞调控在线粒体片段化程度高的M期以提高肿瘤靶向PDT治疗的疗效，本研究建立了裸鼠肿瘤模型，待小鼠肿瘤直径7-9mm时，设立对照组、紫杉醇组和5-氟尿嘧啶组，尾静脉注射药物一定时间后取肿瘤组织剪碎消化成细胞悬液，用流式细胞仪检测各周期细胞的比例，结果显示紫杉醇能显著增加肿瘤组织内M期的细胞比例，5-氟尿嘧啶显著增加肿瘤组织内S期的细胞比例。取以上三组肿瘤组织做超薄切片用透射电子显微镜观察线粒体的形态，测量并统计线粒体的长度。结果显示对照组线粒体呈短棒状和圆球状，5-氟尿嘧啶组线粒体主要呈现出短棒状，紫杉醇组线粒体主要呈现出圆球状。三组线粒体的平均长度分别为487nm,791nm和295nm。免疫组化的结果显示各种处理中，紫杉醇联合PDT处理组凋亡蛋白的释放量最多。通过对各组肿瘤生长速率的统计，结果显示，单独使用两种化疗药物都不能显著抑制小鼠肿瘤生长，低剂量的紫杉醇能显著地增加PDT的治疗效果，而5-氟尿嘧啶联合PDT组与单纯PDT组比较则没有显著性差异。综上所述：本课题通过对肿瘤细胞内不同形态线粒体抗氧化能力的研究，首次提出：1.线粒体形态差异是不同周期肿瘤细胞对PDT敏感性不同的原因之一；2.从调控肿瘤细胞线粒体形态变化的角度选择化疗药物以提高肿瘤细胞对PDT的敏感性，提高PDT的疗效实现化疗药物与肿瘤靶向PDT协同抗肿瘤的效应。本工作不仅对揭示PDT杀伤肿瘤细胞的机制有所贡献，也为临床优化PDT与化疗药物联合抗肿瘤的治疗方案提供了实验依据和新的思路。