背景恶性肿瘤是当今世界严重威胁人类健康且发病率极高的疾病,是全世界人类死亡的主要原因之一。据世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球癌症最新数据显示:2020年全球新增癌症病例1930万例,死亡病例近1000万人。目前,肿瘤的治疗手段主要包括手术治疗、化学药物治疗及放射性治疗。其中,手术切除常因癌细胞入侵蔓延至邻近组织或远端转移而受限,化疗和放疗也受限于对体内其他正常组织产生的毒性。在新兴的癌症治疗手段中,化学动力疗法（CDT）在过去几十年中引起了广泛关注。这种治疗策略通常利用金属离子,如Fe3+/2+、Mn2+、Co2+、Cu2+,来启动Fenton反应,该反应可在肿瘤部位产生有细胞毒性的羟基自由基（·OH）,导致癌细胞凋亡或坏死。然而,以前大多数研究更多地关注金属离子的氧化还原特性,而忽略了它们在免疫系统中的功能。例如,Ca2+是免疫反应的第二信使;细胞内Fe2+水平的增加可直接引发免疫反应;Zn2+对先天性和适应性免疫激活至关重要。因此,金属参与的CDT诱导的免疫激活反应是值得深入研究的方向之一。在众多金属离子中,锰作为一种营养性无机微量元素,在发育、繁殖、神经功能和抗氧化防御等多种生理过程中发挥着非常重要的作用。研究显示,Mn2+可以增强环状GMP-AMP 合成酶（Cyclic GMP-AMP synthase,cGAS）对双链 DNA（dsDNA）及其酶活性的敏感性,使cGAS能够在低浓度dsDNA存在的情况下产生次级信使cGAMP,并且通过增强cGAMP-STING结合亲和力,增强STING活性,促进干扰素（IFN）的产生和促炎细胞因子的分泌,从而触发先天性免疫反应,实现肿瘤治疗。最近的成果表明,Mn2+可以不依赖于dsDNA而直接激活cGAS,并触发2’3’-cGAMP的独特合成,扩大了其在肿瘤免疫治疗中的应用。因此,详细研究锰离子的双功能,即:类Fenton反应的引发剂和cGAS-STING通路的激活剂,对于实现肿瘤的有效治疗具有一定的理论和实际意义。基于上述研究背景,本论文设计合成了一种Mn2+/CpG-聚多巴胺纳米颗粒用于肿瘤治疗。该纳米颗粒一方面具有类Fenton反应活性,可催化肿瘤内部双氧水生成·OH,实现化学动力学治疗;另一方面可激活cGAS-STING通路,触发先天性免疫反应,实现免疫治疗。此外,CpG寡核苷酸（CpGODNs）作为免疫佐剂能激活表达在天然免疫细胞上的Toll样受体9（TLR-9）,诱导多种免疫细胞（包括B淋巴细胞、T淋巴细胞、NK细胞以及单核细胞/巨噬细胞）的成熟、分化和增殖,进一步触发更强大的免疫反应。目的为了实现肿瘤的有效治疗,本论文设计合成了一种Mn2+/CpG-聚多巴胺纳米颗粒（MnCpGPNPs）。该纳米颗粒可同时实现化学动力学治疗和免疫治疗,为推进多功能纳米材料在生物医学领域的应用提供实验和理论基础。方法第一章MnCpGPNPs的制备及表征本章基于锰离子和CpG ODNs间的配位作用制备MnCpGPNPs。首先,通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）及马尔文粒径仪等手段对MnCpGPNPs的形貌、尺寸、表面zeta电势及稳定性进行表征;随后,通过X射线光电子能谱（XPS）对MnCpGPNPs的结构和组成进行详细分析;同时,通过电感耦合等离子体光谱仪（ICP-AES）和微量紫外分光光度计对MnCpGPNPs中锰离子和CpGODNs的含量进行检测;最后采用亚甲基蓝光度法及电子顺磁共振波谱（ESR）对MnCpGPNPs的类Fenton反应能力进行评价。第二章MnCpGPNPs的体外抗肿瘤研究本章首先采用活性氧（ROS）荧光探针（DCFH-DA）在细胞（小鼠结肠癌细胞,CT26-WT细胞）层面上,对MnCpGPNPs类Fenton反应能力进行考察;随后,通过MTT法、Hoechst/PI染色法、线粒体膜电位探针、蛋白印迹分析（Western Blot）、酶联免疫吸附试验（ELISA）以及流式细胞术对MnCpGPNPs的体外抗肿瘤效果进行评价,并探讨其作用机制。第三章MnCpGPNPs的体内抗肿瘤研究本章通过建立小鼠结肠癌（CT26-WT）皮下瘤模型、小鼠CT26-WT双肿瘤（原位瘤和远端瘤）模型及小鼠预防性研究模型,详细记录肿瘤的生长曲线,并对小鼠肿瘤进行末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记分析（TUNEL）染色和苏木精-伊红（H＆E）染色,分析肿瘤细胞凋亡情况;随后,采用免疫细胞荧光染色和流式细胞术对肿瘤内部及腹股沟淋巴结中的免疫细胞进行分析;最后,利用ELISA法对荷瘤小鼠血清中细胞因子进行测定,综合评价MnCpGPNPs的体内抗肿瘤效果。结果第一章:本章制备的MnCpGPNPs水合粒径约为250 nm,分散性良好、大小均一,由C、N、O、P及Mn五种元素组成,具有一定的稳定性。MnCpGPNPs还具有pH响应性释放行为,可在酸性条件下快速释放Mn2+和CpG ODNs。MB光度法及ESR波谱测定表明MnCpGPNPs具有类Fenton反应活性,可催化H2O2产生·OH。第二章:本章通过胞内定位、MTT实验、Hoechst/PI染色、流式细胞术、ROS荧光探针、线粒体膜电位及凋亡蛋白表达等手段,证明了 MnCpGPNPs可进入CT26-WT细胞内部,催化肿瘤细胞内源性H2O2生成ROS,调节内源性蛋白Bax、Caspase-3以及对抗凋亡蛋白Bcl-2,诱导肿瘤细胞凋亡;通过流式细胞术、ELISA及相关蛋白表达等方法验证了 MnCpGPNPs中CpG ODNs可促进RAW264.7细胞的M1型极化,并产生TNF-α、IL-2和IL-6等细胞因子,诱导DC细胞成熟,增强免疫刺激活性从而逆转肿瘤微环境的免疫抑制;同时,MnCpGPNPs中Mn2+激活cGAS-STING通路,增强STING、p-IRF3及IFN-β蛋白表达,进一步诱导DC细胞的成熟,共同引发强大的免疫反应。第三章:本章通过建立了 3种小鼠肿瘤模型:小鼠皮下瘤模型、双肿瘤模型及预防性研究模型,结果显示MnCpGPNPs在对原发肿瘤具有良好的杀伤效果的同时,对远端肿瘤也能起到一定的抑制作用;此外,实验结果还发现MnCpGPNPs具有成为纳米疫苗的潜力,以对抗肿瘤的发生。