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异常的DNA甲基化导致的化疗耐药性,限制了对肾癌(renal cell carcinoma,RCC)有效的化学治疗。本课题组前期的研究表明,有机阳离子转运体2(organic cationic transporter,OCT2)作为铂类抗肿瘤药物的主要摄取转运蛋白,其基因SLC22A2的启动子区域的高甲基化抑制了起始转录,进而导致表达的减少是表观遗传学介导的肾癌耐药性机理之一。表观遗传学药物5-氮杂-2’-脱氧胞嘧啶核苷又名地西他滨(Decitabine,DAC)作为DNA甲基化抑制剂,可逆转SLC22A2的启动子区域的高甲基化进而恢复OCT2转运体的表达,从而逆转肾癌对奥沙利(oxaliplatin,OHP)抗癌药的耐药性。然而实体瘤低氧微环境引起DAC摄取转运蛋白平衡核苷转运体1(equilibrative nucleoside transporters 1,ENT1)的低表达,限制了低氧条件下DAC/OHP的治疗作用。同时,肾癌低氧微环境介导的多药耐药(multidrug-resistant,MDR)基因(编码P-gp)的表达增强,强化了耐药性。因此,改善肿瘤低氧微环境及其介导的耐药性成为了肾癌治疗的重要靶点。血红蛋白(hemoglobin,HB)作为一种广泛存在于脊椎动物体内的携氧蛋白,具有较高的生物安全性和生物相容性,已经作为氧载体被广泛应用于癌症的治疗中。目前的研究表明,血红其蛋白不但可以作为氧载体应用于改善肿瘤的低氧微环境,而且其卟啉结构富含铁离子的特性可以诱导细胞引发铁死亡(ferroptosis)。铁死亡作为一种新型的治疗手段在针对多药耐药性癌症治疗方面得到了广泛的关注,其主要机理为通过胞内芬顿反应(feton reaction)提高脂质过氧化水平,进而引发细胞死亡。然而,肾癌中谷胱甘肽(glutathione,GSH)的过度表达增强了癌细胞对活性分子的解毒能力,阻碍了铁凋亡治疗RCC中的应用。因此,开发一种血红蛋白为基础具有谷胱甘肽消耗能力的氧载体,不仅可逆转表观遗传学和低氧微环境介导的RCC多药耐药性,还可辅助以铁凋亡治疗。本文首先以血红蛋白为基础,设计并制备了具有肾靶性的氧载体(H-Nps)。该载体含有血红蛋白的内核和壳聚糖(chitosan,CHS)包裹的外表面。我们对H-Nps进行表征后,考察了H-Nps改善低氧微环境核联合DAC恢复OCT2表达的作用,并对其肾靶向性进行验证。实验结果表明,H-Nps具有理想的纳米尺寸、较好的稳定性和肾靶向性;利用壳聚糖的肾靶向性和血红蛋白的携氧能力,将氧气分子输送到肾癌细胞中,有效缓改善RCC低氧微环境,提高氧依赖性蛋白ENT1的表达,增加DAC的摄取入胞,降低SLC22A2启动子的甲基化水平,恢复OCT2的表达。增加OHP的抗RCC效果。因此,H-Nps与DAC联用可逆转RCC对OHP耐药。为了进一步发挥血红蛋白诱导铁凋亡的能力,并克服低氧介导的DAC转运蛋白ENT1低表达的问题,我们继续完善设计并通过复乳法(W/O/W)制备了既连接了表观遗传药物DAC又能携氧得多功能肾靶向纳米载体(CHDHNNPs),DAC通过席夫碱(Schiff-base)反应修饰在CHS上,通过肿瘤酸性微环境实现靶向释放。利用血红蛋白携氧能力改善低氧微环境,并通过谷胱甘肽消耗型荧光探针7-硝基苯并-2-氧杂-1,3-二唑(Nitro benzoxadiazole,NBD)修饰的CHS与封装的荧光探针尼罗红(Nil red)进行共定位,实现肾肿瘤的荧光成像,进而增强铁卟啉催化的脂质过氧化引发的铁凋亡。实验结果表明,CHDHNNPs通过靶向释放表观遗传学药物DAC实现SLC22A2的去甲基化,有效地恢复了OCT2的表达,增加了肾癌细胞中OHP的摄入,并通过低氧微环境的改善,下调了P-gp的表达,实现逆转低氧微环境介导的耐药性问题。而消耗GSH型荧光探针修饰的壳聚糖,又能在增强血红蛋白诱导的铁凋亡的同时实现肿瘤荧光成像。本研究构建的靶向SLC22A2 DNA高甲基化和低氧的多功能纳米载体,可逆转肾癌奥沙利铂耐药并实现肿瘤荧光成像,这种治疗策略可为多药耐药肿瘤的化疗提供新思路。