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肿瘤的快速增长导致内部远离血管的细胞处于乏氧状态。乏氧是实体瘤的主要特征之一,会通过调控多种基因的表达造成肿瘤细胞对化疗药物耐药,同时也会直接降低光动力学治疗（Photodynamic therapy,PDT）效果,严重影响了肿瘤临床治疗。研究乏氧对肿瘤治疗的影响,有利于寻找有效的解决办法,提高肿瘤治疗效果。高压氧（Hyperbaric oxygen,HBO）作为临床常用的治疗手段,可以提高机体的氧含量,广泛用于治疗一氧化碳中毒、缺血症等。此外,HBO联合放疗已经用于临床肿瘤治疗研究。但是HBO与化疗药物的联用由于可能产生副作用而受到限制,HBO与PDT的联用也因为光敏剂激发光穿透深度不够导致疗效不佳,纳米药物独特的纳米效应以及理化性质给HBO用于肿瘤治疗带来了新的机遇。本课题在深入研究乏氧导致5-氟尿嘧啶（5-Fluorouracil,5-FU）耐药机制基础上,探讨了HBO对乏氧相关耐药的改善作用。进而构建了新型近红外光（Near infrared,NIR）激发的上转换纳米光敏剂,实现了HBO增敏PDT的作用,并对相关机制进行了研究。主要结果如下:（1）通过细胞毒性实验发现,乏氧（1%O2）导致3种肝癌细胞（BEL-7402、HepG2以及SMMC-7721细胞）对6种化疗药物（5-FU、吉西他滨、阿霉素、顺铂、索拉非尼、6-硫鸟嘌呤）产生不同程度耐药,其中BEL-7402细胞对5-FU的耐药倍数达到134.29。乏氧主要通过两个方面影响5-FU的作用。一方面,乏氧降低5-FU对胸苷酸合成酶（Thymidylate synthase,TS）的抑制效率,因此减少了5-FU引起的S期阻滞,导致5-FU不能有效抑制细胞增殖。为了适应乏氧环境,BEL-7402细胞的TS表达量减少了15.31倍,DNA合成速度减慢。乏氧条件下,5-FU对TS的抑制率明显降低,ATM/ChK1信号通路的激活也被抑制,导致5-FU引起的S期阻滞减少。另一方面,乏氧不仅导致5-FU引起的DNA损伤减少,而且通过调控BCL-2（B-cell lymphoma-2）家族蛋白,减少了细胞凋亡。彗星实验表明,乏氧条件下5-FU诱导的DNA单链和双链断裂明显减少。同时,乏氧促进了抗凋亡蛋白MCL-1表达、抑制了促凋亡蛋白BAK和BIM表达,最终导致细胞凋亡减少。基于以上研究,通过在5-FU作用过程中对乏氧的细胞给予HBO处理,研究了HBO对耐药的改善作用,结果显示HBO的增敏指数为7.88。以上结果说明乏氧对5-FU的作用有多重影响,HBO可以有效改善乏氧导致的5-FU耐药。（2）稀土上转换纳米粒（Upconversion nanoparticles,UCNPs）具有优异的理化性质和荧光性能,常用于生物成像和治疗。通过高温热解法合成粒径为10 nm左右的三层结构上转换发光纳米粒Er3+-UCNPs,该纳米粒在808 nm近红外光照射下可以发射高强度绿色荧光。利用介孔二氧化硅包裹纳米粒,再用PEG表面修饰增加水溶性和生物相容性,随后负载玫瑰红（Rose bengal,RB）,得到上转换纳米光敏剂（Upconversion nanophotosensitizers,UNPSs）,该UNPSs光敏剂负载率为4.28%。在常氧+NIR激光照射下单线态氧（1O2）产生效率为0.65,HBO+NIR条件下为0.98。细胞实验表明,HBO+NIR可以促进UNPSs在细胞内产生活性氧（Reactive oxygen species,ROS）,增强其对肿瘤细胞的杀伤效果。动物组织分布实验显示,尾静脉注射48 h后,UNPSs在肿瘤组织蓄积最多。UNPSs在NIR激光照射下在一定程度上抑制了肿瘤生长,HBO可以显著增强其PDT效果。对相关机制进行了研究,免疫荧光染色和Western blotting结果显示HBO不仅可以显著改善肿瘤组织乏氧以及减少HIF-1α表达,而且可以促进UNPSs在肿瘤组织的深部穿透。与其他对照组相比,HBO+UNPSs+NIR组乏氧改善效果最明显,而且该组UNPSs在肿瘤组织中的穿透深度最远。I型胶原蛋白的免疫荧光染色以及体外模拟胶原蛋白降解实验证实,HBO促进ROS的产生加快了肿瘤胞外基质降解,进而促进更多的UNPSs和氧气进入肿瘤深部,杀死更多肿瘤细胞,如此循环,产生了协同作用。另外,小鼠体内初步安全性评价显示HBO联合UNPSs对肝肾功能几乎没有影响,也不会造成主要器官损伤。以上结果说明HBO联合上转换纳米光敏剂是提高PDT疗效的有效策略。本文系统研究了乏氧导致5-FU耐药的机制以及HBO与5-FU联用对乏氧肿瘤细胞的作用,证实HBO可以改善乏氧导致的化疗耐药;同时通过构建上转换纳米光敏剂联合HBO用于肿瘤PDT治疗,证实HBO可以改善肿瘤微环境、与上转换纳米光敏剂介导的PDT产生协同作用。以上结果为抗肿瘤药物研发提供了参考依据,为提高临床化疗与PDT治疗效果提供了新策略。