顧瑞，張婷，司偉麗，董曉臣*

（1. 南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院 江蘇省柔性電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211816；2. 江蘇省腫瘤醫(yī)院 江蘇省腫瘤防治研究所 南京醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院，江蘇 南京 210009）

癌癥（惡性腫瘤）作為一種高致死率、低治愈率的疾病嚴(yán)重威脅著人類(lèi)健康，開(kāi)發(fā)安全有效的治療策略迫在眉睫[1]。目前，惡性腫瘤的臨床治療方法主要包括手術(shù)切除、放療和化療等[2]。手術(shù)治療是癌癥早期患者的首選方案，如果腫瘤發(fā)生浸潤(rùn)和轉(zhuǎn)移，只能采用姑息性手術(shù)切除原發(fā)病灶和轉(zhuǎn)移病灶，在一定程度上改善患者的生存質(zhì)量[3]。放療和化療在有效治愈腫瘤的同時(shí)，易引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)[4-6]。近年來(lái)，納米醫(yī)學(xué)的快速發(fā)展，為癌癥治療提供了新的手段[7]。在眾多治療方法中，光治療憑借其非侵入性、靶向性好、無(wú)耐藥性、治療時(shí)間短、可與放療和化療協(xié)同作用等優(yōu)勢(shì)在納米醫(yī)學(xué)領(lǐng)域占得了重要地位，但單一光治療對(duì)乏氧腫瘤和深層腫瘤的治療效果較差。氣體遞質(zhì)作為重要的信號(hào)分子，在腫瘤進(jìn)展中依據(jù)其濃度差異，呈現(xiàn)出相反的生理作用，從而受到廣泛關(guān)注。鑒于此，開(kāi)展光聯(lián)合氣體治療的研究對(duì)于提高腫瘤治療效率具有重要意義。

1 腫瘤光治療

光治療主要包括光動(dòng)力治療（PDT）和光熱治療（PTT），其基本原理是以病變組織攝取的光診療試劑為介質(zhì)，在光照下產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的活性氧物種（ROS）或熱，引起細(xì)胞的不可逆損傷，最終誘導(dǎo)細(xì)胞死亡。光治療的具體原理如圖1所示：光試劑在特定波長(zhǎng)光激發(fā)下，由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)多重態(tài)的分子發(fā)生弛豫振動(dòng)，通過(guò)與溶劑分子的碰撞，將振動(dòng)能量以熱的形式傳遞給周?chē)肿?，其自身返回最低振?dòng)能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)光熱治療[8-9]。同時(shí)，由于光試劑單重激發(fā)態(tài)與三重激發(fā)態(tài)振動(dòng)能級(jí)重疊，激發(fā)態(tài)電子改變其自旋態(tài)，導(dǎo)致從單重態(tài)躍遷到三重態(tài)，發(fā)生系間竄越，處于三重態(tài)的光試劑通過(guò)2種不同的途徑（Ⅰ型或Ⅱ型光動(dòng)力）產(chǎn)生ROS：Ⅰ型PDT中，處于三重態(tài)的光敏劑分子與細(xì)胞膜或生物分子作用，轉(zhuǎn)移1個(gè)氫原子或電子生成自由基，后者再與氧發(fā)生作用，生成超氧陰離子自由基（O2·-）以殺傷腫瘤細(xì)胞[10-12]；Ⅱ型PDT中，處于三重態(tài)的光敏劑分子直接與三重態(tài)氧分子作用，促其分子軌道上電子躍遷，產(chǎn)生單線態(tài)氧以損傷腫瘤細(xì)胞[13]；而其余激發(fā)態(tài)分子將以熒光或磷光輻射方式回到基態(tài)，可以用于活體光學(xué)成像。

圖 1 光治療機(jī)制[8-13]Figure 1 Mechanism of photodynamic and photothermal therapy[8-13]

筆者所在課題組長(zhǎng)期致力于新型光試劑的設(shè)計(jì)、合成及性能研究，構(gòu)建了多種光診療體系用于腫瘤光動(dòng)力和光熱治療。例如，將三苯基膦金單元作為“自旋轉(zhuǎn)換器”引入到吡咯并吡咯二酮（DPP）母核中，設(shè)計(jì)合成了單線態(tài)氧產(chǎn)率高且摩爾消光系數(shù)優(yōu)異（ε= 4.382×104L · mol-1· cm-1）的近紅外（NIR）有機(jī)光敏劑ThDPP-Au，實(shí)現(xiàn)了腫瘤的光動(dòng)力光熱協(xié)同治療[14]；為了克服腫瘤內(nèi)乏氧環(huán)境對(duì)光治療性能的影響，采用2-吡啶酮基雙嵌段聚合物（PEGPy）包覆高單線態(tài)氧產(chǎn)率的吡咯并吡咯二酮-四苯乙烯（DPPTPE），PEG-Py可以捕獲DPPTPE在光照條件下產(chǎn)生的1O2，形成穩(wěn)定的內(nèi)過(guò)氧化物中間體，并在黑暗和缺氧的腫瘤微環(huán)境中釋放1O2，為開(kāi)發(fā)具有高效光動(dòng)力和光熱特性光敏劑的個(gè)性化癌癥治療提供了范例[15]；為了提高藥物的靶向性，采用聚乙二醇-葉酸（PEG-FA）和聚乙二醇-三苯基膦（PEGTPP）對(duì)NIR吸收的氮雜氟硼二吡咯（aza-BODIPY）衍生物MeOABBr進(jìn)行包覆，獲得了腫瘤和線粒體雙重特異靶向性的納米顆粒（FMAB NPs），在NIR的輻照下實(shí)現(xiàn)光動(dòng)力和光熱的協(xié)同治療，引起線粒體功能障礙，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[16]，提高腫瘤治療效率。

2 腫瘤氣體治療

2.1 一氧化氮

作為自由基信使分子，NO與大量生物生理代謝過(guò)程相關(guān)[17]。內(nèi)源性NO主要是由生物組織中的L-精氨酸在一氧化氮合酶（NOS）催化下產(chǎn)生[18]，在生理濃度下，NO與可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（sGC）的血紅素基團(tuán)結(jié)合，催化其底物三磷酸鳥(niǎo)苷（GTP）轉(zhuǎn)化為二級(jí)信號(hào)分子環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷（cGMP），從而調(diào)節(jié)蛋白激酶（PKG）信號(hào)通路[19]；NO還可調(diào)控三磷酸腺苷（ATP）依賴(lài)性鉀離子通道，并通過(guò)S-亞硝基化過(guò)程調(diào)控蛋白的修飾[20]；在高濃度下NO表現(xiàn)出細(xì)胞毒性，可能產(chǎn)生的有害作用包括抑制線粒體酶和脂質(zhì)氧化損傷等。由NO濃度引發(fā)的生物學(xué)不利影響多是基于NO和ROS之間的相互作用，NO與O2·-形成過(guò)氧亞硝酸鹽（ONOO-），并異構(gòu)化生成羥基自由基型反應(yīng)物，對(duì)生物大分子造成不可逆的氧化損傷[21-22]。

化療是腫瘤臨床治療的重要手段之一，但多藥耐藥性（MDR）的產(chǎn)生通常導(dǎo)致化療失敗或給藥劑量增加。腫瘤細(xì)胞膜上ATP結(jié)合盒（ABC）轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白過(guò)表達(dá)或功能異常是產(chǎn)生MDR的重要機(jī)制之一，例如P-糖蛋白（P-gp）通過(guò)水解ATP釋放的能量將親脂類(lèi)藥物從細(xì)胞質(zhì)泵出到細(xì)胞外。相比于正常組織細(xì)胞，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在多藥耐藥腫瘤細(xì)胞中的過(guò)表達(dá)加快了親脂類(lèi)化療藥物的泵出。大量實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明：NO能夠與亞鐵血紅素基團(tuán)結(jié)合，切斷下游信號(hào)分子，使P-gp失活，有效逆轉(zhuǎn)MDR，提高腫瘤治療效率。利用NO對(duì)P-gp的抑制作用，F(xiàn)an等[23]報(bào)道了一種生物可降解聚合物mPEGPLGA包覆紫外-可見(jiàn)光（UV-vis）響應(yīng)性NO供體BNN6和化療藥物阿霉素（DOX）的納米載藥系統(tǒng)（mPEG-PLGA-BNN6-DOX），研究了其克服腫瘤細(xì)胞MDR性能。在UV-vis的刺激下，mPEGPLGA-BNN6-DOX可以在腫瘤內(nèi)原位釋放NO，產(chǎn)生的微泡可以破壞納米顆粒的外殼并釋放DOX；NO通過(guò)誘導(dǎo)P-gp失活而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞對(duì)DOX的攝入，大大提高了腫瘤化療效率。

誘導(dǎo)血管擴(kuò)張是NO臨床應(yīng)用上的另一重要特性，且外源性NO可以抑制腫瘤微環(huán)境中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）和精氨酸酶的活性，減少T細(xì)胞活化過(guò)程中關(guān)鍵氨基酸——精氨酸的消耗。例如，Tian等[24]利用硝普鈉與鋅離子相互作用，并以32P同位素標(biāo)記，設(shè)計(jì)合成了一種契倫科夫熒光誘導(dǎo)的NO釋放體系ZnFe(CN)5NO（32P），研究了其在增強(qiáng)腫瘤放射療法和免疫療法上的應(yīng)用性能。32P誘導(dǎo)的契倫科夫熒光使ZnFe(CN)5NO（32P）持續(xù)釋放NO，釋放的NO一方面增加了腫瘤內(nèi)的血氧飽和度，抑制了腫瘤低氧狀態(tài)和缺氧誘導(dǎo)因子-1α （HIF-1α）表達(dá)，克服了腫瘤乏氧導(dǎo)致的放療抗性；另一方面，NO減少了巨噬細(xì)胞對(duì)精氨酸的消耗，促進(jìn)了T細(xì)胞的成熟，顯著提升了免疫治療效果。在NO調(diào)節(jié)血管生成并維持血管穩(wěn)態(tài)性方面，Sung等[25]設(shè)計(jì)合成了可持續(xù)釋放NO的納米供體NanoNO，以使腫瘤脈管系統(tǒng)正常化。研究發(fā)現(xiàn)：低劑量NanoNO可誘導(dǎo)腫瘤血管正?；?，改善免疫抑制性腫瘤微環(huán)境，抑制病灶轉(zhuǎn)移并協(xié)同化學(xué)療法、基于腫瘤壞死因子相關(guān)的凋亡誘導(dǎo)配體（TRAIL）的生物療法和基于疫苗的免疫療法以提高腫瘤治療效果。該策略為NO腫瘤治療開(kāi)辟了新的可能途徑。

2.2 一氧化碳

CO作為穩(wěn)定的自由擴(kuò)散性氣體介質(zhì)，在生理調(diào)控方面發(fā)揮著重要作用[26]。內(nèi)源性CO主要是由血紅素氧化酶（HO）代謝產(chǎn)生，HO主要有氧應(yīng)激誘導(dǎo)型（HO-1）和組成型（HO-2）2種。在機(jī)體應(yīng)激狀態(tài)下（如氧化應(yīng)激、紫外線照射、熱休克、缺氧和NO等）會(huì)刺激上調(diào)HO-1，產(chǎn)生CO并發(fā)揮正調(diào)節(jié)作用保護(hù)正常細(xì)胞，在腫瘤生物學(xué)中有著重要的地位[27]；HO-2主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，其產(chǎn)生的CO在神經(jīng)信號(hào)傳遞中起重要作用，是神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)新熱點(diǎn)[28]。然而，在較高濃度下，CO會(huì)在體內(nèi)產(chǎn)生不利的生物學(xué)效應(yīng)，例如與血紅蛋白結(jié)合所產(chǎn)生的羧基血紅蛋白會(huì)降低血液的攜氧能力，并導(dǎo)致組織缺氧；還可以不可逆地抑制細(xì)胞色素C氧化酶（復(fù)合物Ⅳ）來(lái)抑制線粒體電子運(yùn)輸[29]，該性質(zhì)對(duì)基于CO的抗腫瘤藥物的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義[30]。

CO可以增加癌細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性，同時(shí)可以有效保護(hù)正常細(xì)胞。基于此，Zheng等[31]制備了Ag3PO4摻雜碳點(diǎn)修飾的C3N4納米顆粒（AgCCN），其可在光照條件下將CO2轉(zhuǎn)化為CO。然后利用富含組氨酸的多肽鏈對(duì)AgCCN進(jìn)行功能化，負(fù)載化療藥物DOX，制備了HisAgCCN以實(shí)現(xiàn)CO2的高效捕獲及轉(zhuǎn)化。HisAgCCN作為光催化劑將腫瘤內(nèi)源性CO2轉(zhuǎn)化為CO，顯著增強(qiáng)了對(duì)前列腺癌的化療效果。代謝組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)研究還證明了HisAgCCN可以通過(guò)增強(qiáng)線粒體生物發(fā)生加重細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激程度，進(jìn)一步提高對(duì)腫瘤細(xì)胞的滅殺能力。為進(jìn)一步拓展CO在治療方面的應(yīng)用，He等[32]將CO供體羰基錳（MnCO）與氧化石墨烯（GO）結(jié)合，構(gòu)建了一種NIR刺激響應(yīng)的CO釋放納米平臺(tái)（MnCO-GO），在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的Raw264.7細(xì)胞炎癥模型研究中發(fā)現(xiàn)，與MnCO-GO共同孵育并經(jīng)NIR輻射刺激CO釋放后，細(xì)胞內(nèi)炎癥相關(guān)細(xì)胞因子[如白細(xì)胞介素-6（IL-6）、白細(xì)胞介素-10（IL-10）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）]水平顯著降低，炎癥得到有效抑制，證明CO具有很好的抗炎作用。

鑒于NO和CO均可刺激鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶途徑，CO也具有血管舒張活性，Li等[33]設(shè)計(jì)合成了一種雙光子激發(fā)H2O2刺激響應(yīng)型CO前藥（黃酮醇-硼酸酯共軛物）。其原理為，硼酸鹽經(jīng)H2O2脫保護(hù)后誘導(dǎo)激發(fā)態(tài)分子內(nèi)質(zhì)子轉(zhuǎn)移（ESIPT），熒光恢復(fù)實(shí)現(xiàn)對(duì)H2O2示蹤，隨后對(duì)活化的黃酮醇進(jìn)行雙光子激發(fā)來(lái)釋放CO，該策略可以顯著增強(qiáng)黃酮醇類(lèi)供體的穩(wěn)定性，而且所產(chǎn)生的CO在斑馬魚(yú)模型中表現(xiàn)出良好的血管舒張作用。

2.3 硫化氫

H2S在生物中多存在于各種哺乳動(dòng)物細(xì)胞和組織中，主要通過(guò)胱硫醚-β-合酶（CBS）、胱硫醚-γ-裂合酶（CSE）和3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶（MST）來(lái)產(chǎn)生[34]。與NO和CO相似，在低濃度下，H2S傾向于發(fā)揮誘導(dǎo)血管舒張、降血壓、細(xì)胞保護(hù)和抗炎作用；而在較高濃度時(shí)，其具有抗增殖作用，通過(guò)線粒體抑制、細(xì)胞凋亡信號(hào)激活和細(xì)胞內(nèi)酸化等多種機(jī)制損害細(xì)胞的活力，最終導(dǎo)致Caspase 9介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[35-36]。內(nèi)源性H2S還可以充當(dāng)自分泌和旁分泌因子來(lái)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)和增殖，使其成為腫瘤檢測(cè)中的重要標(biāo)記物之一。

誘捕早春出蟄活動(dòng)的成蟲(chóng)?？稍谠簝?nèi)按一定距離投放廢筍，一般上午8時(shí)～9時(shí)投撒，下午1時(shí)～2時(shí)收集捕殺。幼蟲(chóng)活動(dòng)性差，爬行緩慢，成蟲(chóng)在清晨也很少飛翔，在其捕食為害時(shí)極易撲捉，利用成蟲(chóng)的假死性用網(wǎng)蟲(chóng)撲殺效果也較好。

為了實(shí)現(xiàn)氣體的可控釋放，Yi等[37]報(bào)道了一種可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)的H2S納米供體，該納米粒子由光敏劑和1，3-二芳基異苯并噻吩（DPBT）組成。在可見(jiàn)光照射下，光敏劑吸收光子產(chǎn)生單線態(tài)氧，隨后與DPBT形成不穩(wěn)定的內(nèi)過(guò)氧化物，內(nèi)過(guò)氧化物在一定條件下迅速裂解，生成2-苯甲酰二苯甲酮和H2S。體外實(shí)驗(yàn)表明，可見(jiàn)光誘導(dǎo)產(chǎn)生的H2S可以有效抑制由氧化應(yīng)激引發(fā)的急性細(xì)胞凋亡，為H2S氣體治療提供了指導(dǎo)。

2.4 二氧化硫

SO2作為一種常見(jiàn)的空氣污染物，會(huì)對(duì)呼吸系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p害。近期研究表明，SO2在哺乳動(dòng)物中可通過(guò)天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶（AAT）的轉(zhuǎn)氨作用在含硫氨基酸代謝過(guò)程中產(chǎn)生，使其成為又一重要的氣體信使[38]。在生理濃度下，SO2在代謝過(guò)程中可以以不同價(jià)態(tài)形式，通過(guò)氧化還原反應(yīng)發(fā)揮正面生理調(diào)控作用，最終以SO42-的形式從尿液中排出，而高濃度SO2產(chǎn)生的細(xì)胞毒性與疾病有著密切關(guān)聯(lián)[39]。SO2進(jìn)入生理環(huán)境中主要以HSO3-/SO32-離子對(duì)形式存在，與二硫醇反應(yīng)生成磺酸鹽，影響細(xì)胞內(nèi)硫醇的含量，從而影響細(xì)胞中的氧化還原平衡[40]；在SO2到SO42-的氧化過(guò)程中，伴隨著一系列與自由基相關(guān)的氧化還原過(guò)程，其中·SO3-作為一個(gè)重要的自由基中間體，具有與·OH相近的氧化性，會(huì)氧化生物大分子（如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA）[41]?；赟O2在細(xì)胞層面展現(xiàn)出的氧化還原性質(zhì)，研究者們?cè)O(shè)計(jì)了一系列相關(guān)的納米體系用于腫瘤治療。例如，Li等[42]發(fā)現(xiàn)具有細(xì)胞毒性的SO2可誘導(dǎo)HeLa細(xì)胞凋亡，并伴有細(xì)胞內(nèi)ROS水平的增加，同時(shí)闡明了SO2在腫瘤治療中的作用機(jī)制，為SO2在抗腫瘤領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。利用腫瘤微環(huán)境谷胱甘肽（GSH）濃度高的特性，Shen等[43]設(shè)計(jì)合成了一種GSH響應(yīng)性聚合物SO2前體，與DOX協(xié)同作用對(duì)抗耐藥型人乳腺癌細(xì)胞（MCF-7 ADR）。體外藥物釋放測(cè)試結(jié)果表明，載有DOX的納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)GSH觸發(fā)同時(shí)釋放SO2和DOX，腫瘤細(xì)胞內(nèi)原位釋放的SO2促進(jìn)了細(xì)胞中ROS濃度的增加，導(dǎo)致癌細(xì)胞的氧化損傷，并恢復(fù)MCF-7 ADR細(xì)胞對(duì)DOX的敏感性，提高了腫瘤治療效率，為腫瘤治療中對(duì)抗MDR提供了新的武器。

2.5 氫氣

長(zhǎng)期以來(lái)，H2一直被認(rèn)為是相對(duì)不活潑的氣體，但研究發(fā)現(xiàn)，H2作為一種分子質(zhì)量極小的氣體，可以穿透生物膜，擴(kuò)散至細(xì)胞核和線粒體中，與自由基相互作用并清除自由基，例如羥基自由基（·OH）和ONOO-，且其副產(chǎn)物為無(wú)害的水[44]。自從1975年Dole等[45]報(bào)道了H2的治療用途后，許多動(dòng)物研究和臨床試驗(yàn)已證明了H2的抗氧化、抗炎癥、抗凋亡和抗腫瘤功能，使其成為一種很有前途的生物治療氣體。H2治療最常見(jiàn)的途徑包括吸入含氫空氣（HCA）[46]、口服富氫水（HRW）和注射富氫生理溶液（HRS）[47-48]。但現(xiàn)有手段尚無(wú)法在病灶部位控制H2持續(xù)有效地釋放，利用納米載體則可以提高靶向遞送H2的能力，進(jìn)一步提高治療效果。例如，Wan等[49]受自然界光合作用啟發(fā)，設(shè)計(jì)合成了由脂質(zhì)體（LIP）包裹葉綠素a、拉斯科抗酸和金納米顆粒的納米反應(yīng)器（LIP NIR），該反應(yīng)器通過(guò)模擬光合作用產(chǎn)生大量的H2，并將其局部濃度提高到治療水平。LIP NIR系統(tǒng)在體外和體內(nèi)均可以降低氧化應(yīng)激水平，減少促炎細(xì)胞因子IL-6和IL-1β的產(chǎn)生。Zhang等[50]通過(guò)將脂質(zhì)體與半導(dǎo)體聚合物催化劑共價(jià)負(fù)載，構(gòu)建了一種光驅(qū)動(dòng)的“納米反應(yīng)工廠”，在激光照射下可連續(xù)原位產(chǎn)生H2，然后滲透到脂質(zhì)體雙層中有效減輕LPS誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，為H2的生物學(xué)應(yīng)用提供了指導(dǎo)。

3 光治療聯(lián)合氣體治療納米體系

光治療具有低毒性、非侵入性、高重復(fù)性等優(yōu)勢(shì)，在腫瘤治療中取得了一定的進(jìn)展。但由于實(shí)體瘤的乏氧環(huán)境與所處深度的不確定性，材料對(duì)氧氣濃度、光波長(zhǎng)的高度依賴(lài)性，使光治療仍局限于表皮疾病的治療。同時(shí)，光熱介導(dǎo)的光治療誘導(dǎo)細(xì)胞壞死，細(xì)胞膜的損傷導(dǎo)致胞質(zhì)的泄露，極易引起免疫和炎癥反應(yīng)，甚至全身性細(xì)胞因子風(fēng)暴。氣體治療雖然具有多樣生理學(xué)特性，但其對(duì)腫瘤細(xì)胞的固有毒性卻不容樂(lè)觀?；诖耍苌龆喾N光治療聯(lián)合氣體治療的納米體系，提高了納米藥物的細(xì)胞毒性，以實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的治療效果；憑借氣體介質(zhì)的生理學(xué)特性，降低了單一治療模式帶來(lái)的副作用。

3.1 協(xié)同治療提高單一治療療效

單一光治療存在特異性靶向程度差、生物利用率低等問(wèn)題。其中PDT因腫瘤乏氧環(huán)境而導(dǎo)致光敏劑利用率低，光促產(chǎn)生的活性氧半衰期短；而PTT會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞上調(diào)熱休克蛋白的表達(dá)，并且腫瘤細(xì)胞中的高濃度還原性物質(zhì)與活性氧相互作用，以及細(xì)胞在應(yīng)激狀態(tài)下誘發(fā)的一系列自我保護(hù)機(jī)制，都會(huì)直接或間接地削弱光治療效率，大幅降低最終的治療效果。氣體治療的引入則能夠彌補(bǔ)光治療存在的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的協(xié)同治療效果。

例如，利用NO與ROS相互作用生成ONOO-這一性質(zhì)，筆者所在課題組將近紅外光響應(yīng)型NO供體4-硝基-3-三氟甲基苯胺（NF）和pH敏感基團(tuán)二甲基氨基苯基引入吡咯并吡咯二酮母核（DPPNF），在腫瘤溶酶體弱酸性條件（pH 4.5 ～ 5.0）活化下，DPP-NF納米?？筛咝蒖OS并提高其光熱效率；同時(shí)，可以通過(guò)光照精確調(diào)控NF基團(tuán)的光異構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)NO的可控釋放，誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的凋亡。DPP-NF納米顆粒在體內(nèi)外都表現(xiàn)出良好的光動(dòng)力/光熱/NO氣體協(xié)同治療腫瘤的效果[51]。同時(shí)，Li等[52]以N摻雜石墨烯量子點(diǎn)為載體，共價(jià)鍵偶聯(lián)光響應(yīng)NO供體及靶向性分子半乳糖，設(shè)計(jì)合成了釕-亞硝?；倌芑募{米平臺(tái)，用于靶向肝癌細(xì)胞和近紅外光控制釋放NO氣體協(xié)同光熱療法。

為了實(shí)現(xiàn)化療藥物利用效率的最大化，筆者所在課題組還制備了一種基于臨床化學(xué)治療藥物米托蒽醌（MTO）和MnCO結(jié)合的智能納米平臺(tái)（MCMP NPs），實(shí)現(xiàn)了超聲/熒光成像介導(dǎo)的化學(xué)/氣體/光熱聯(lián)合治療。MTO不僅可以用作化學(xué)治療藥物，而且還可以用作具有高光熱轉(zhuǎn)化效率（?= 42.2%）的光熱試劑，腫瘤部位的H2O2和MTO的光熱效應(yīng)可以觸發(fā)并促進(jìn)MnCO生成CO，使腫瘤細(xì)胞對(duì)MTO更加敏感，顯著降低了腫瘤細(xì)胞的化療抗性。同時(shí)，釋放到腫瘤中的CO也可以作為腫瘤超聲成像的造影劑，為腫瘤治療提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。此外，MCMP NPs可以進(jìn)一步促進(jìn)線粒體生物發(fā)生，并且保護(hù)正常細(xì)胞免受化學(xué)療法的毒副作用。體內(nèi)外研究均表明，MCMP NPs具有優(yōu)異的協(xié)同腫瘤抑制作用[53]。Wu等[54]將光敏劑二氫卟酚e6（Ce6）和對(duì)H2O2響應(yīng)的CO釋放分子CORM-401負(fù)載至基于多肽的樹(shù)枝狀聚合物納米凝膠（G3DSP）中，構(gòu)建了由PDT驅(qū)動(dòng)的CO控釋納米體系CORM@G3DSP-Ce6，實(shí)現(xiàn)協(xié)同抗腫瘤治療。

H2S作為腫瘤進(jìn)展中的重要標(biāo)記物，可以促進(jìn)響應(yīng)型抗腫瘤藥物在病灶部位的精準(zhǔn)釋放，從而提高藥物的利用率。Shi等[55]以BODIPY為母核設(shè)計(jì)了一種H2S激活的小分子自組裝納米光熱試劑（Nano-PT），與H2S相互作用后，BODIPY的吸收波長(zhǎng)從540 nm紅移至790 nm，使Nano-PT能夠吸收NIR輻射并產(chǎn)生熱量，同時(shí)產(chǎn)生明顯的NIR-II熒光信號(hào)（950 nm），可精確地對(duì)腫瘤進(jìn)行熒光成像。Nano-PT介導(dǎo)的PTT展現(xiàn)出高效安全的腫瘤治療效果。Ma等[56]利用反向微乳法合成了一種H2S響應(yīng)的金屬有機(jī)框架（MOF）納米傳感器NP-1用于腫瘤PDT。NP-1可在1 min內(nèi)與H2S快速反應(yīng)，恢復(fù)紅色熒光，并且熒光強(qiáng)度與H2S濃度呈線性對(duì)數(shù)關(guān)系。同時(shí)，對(duì)照組小鼠僅觀察到腫瘤體積的縮小，而治療組瘤體幾乎完全消失，呈現(xiàn)出極好的治療效果。

GSH作為腫瘤細(xì)胞內(nèi)重要的抗氧化物質(zhì)，在抵御外源性活性氧物質(zhì)方面發(fā)揮重要作用。為降低細(xì)胞內(nèi)還原性物質(zhì)的濃度，提高PDT的效果，Zhang等[57]合成了SO2氣體的兩親性聚合物前藥mPEGPLG（DNs），包裹了5-（4-氨基苯基）-10，15，20-三苯基卟啉（Por-NH2）以形成可用于PDT的GSH響應(yīng)性納米顆粒，經(jīng)腫瘤細(xì)胞內(nèi)化后，消耗胞內(nèi)過(guò)表達(dá)的GSH，釋放SO2氣體，提高了ROS水平，擾亂氧化還原平衡，間接增強(qiáng)了PDT效率。

在應(yīng)激狀態(tài)下，腫瘤細(xì)胞會(huì)通過(guò)線粒體生物發(fā)生和自噬等途徑來(lái)保證能量的供給，從而導(dǎo)致病變、復(fù)發(fā)甚至轉(zhuǎn)移?；诖耍琙hang等[58]構(gòu)建了基于硫化鉍（Bi2S3）納米粒子和N-亞硝基化合物（BNN）的近紅外觸發(fā)的NO釋放納米復(fù)合材料（BNNBi2S3），用于NO增強(qiáng)的光熱療法。在808 nm照射下，可實(shí)現(xiàn)高效率的光熱治療和NO氣體的按需釋放，進(jìn)一步研究表明，來(lái)自BNN-Bi2S3的外源NO不僅會(huì)抑制腫瘤細(xì)胞的自噬功能，而且會(huì)擴(kuò)散到周?chē)?xì)胞中以增強(qiáng)治療效果。該策略利用NO的生理學(xué)特性，提高了光熱治療的生物利用率。

3.2 協(xié)同治療降低單一治療副作用

PTT作為光治療的重要組成，在引起腫瘤細(xì)胞壞死的過(guò)程中，其細(xì)胞膜完整性受損且細(xì)胞內(nèi)成分異常釋放到細(xì)胞外環(huán)境中，觸發(fā)炎癥反應(yīng)，從而誘導(dǎo)組織損傷、腫瘤再生和產(chǎn)生二次治療抗性等副作用?；诖?，Wang等[59]利用CO的抗炎性質(zhì)，設(shè)計(jì)了腫瘤靶向性聚合物修飾的二硫化錫（SnS2）納米片負(fù)載化療藥物DOX的納米體系（PPOSD）用于腫瘤光熱協(xié)同氣體治療。PPOSD展現(xiàn)出良好的光熱效果，在近紅外光激發(fā)下誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞壞死引發(fā)炎癥，同時(shí)原位催化CO2產(chǎn)生CO，充分利用了CO的生物學(xué)特性，不但發(fā)揮了抗炎作用，還可以敏化腫瘤細(xì)胞提高化療效率。

為了提高對(duì)深層腫瘤的治療效率，充分利用H2的協(xié)同治療性能，Zhao等[60]開(kāi)發(fā)了一種具有強(qiáng)NIR吸收的PdH0.2納米晶體，該晶體通過(guò)PTT產(chǎn)生熱量，可控地釋放H2，以實(shí)現(xiàn)腫瘤靶向遞送和熱療。Zhou等[61]設(shè)計(jì)了一種鈀-氫化物金屬有機(jī)骨架（PdH-MOF），其具有較高的H2負(fù)載量、良好的生物相容性、較高的光熱轉(zhuǎn)化率和出色的光聲成像（PAI）性能，實(shí)現(xiàn)PAI介導(dǎo)的光熱治療。上述研究中，生物還原性H2展現(xiàn)出抑制腫瘤組織中PTT引起的炎癥反應(yīng)并輔助局部組織再生的能力，與光熱協(xié)同作用對(duì)于腫瘤治療具有很好的前景。

4 結(jié)論與展望

光治療作為一種“聚焦于點(diǎn)”的治療方式，只有在外界激發(fā)下才能在局部產(chǎn)生細(xì)胞毒性物質(zhì)，避免了因脫靶而造成的系統(tǒng)毒性等問(wèn)題，成為一種極具前景的治療手段。然而，腫瘤特殊的適應(yīng)性代謝方式造成了病灶部位較正常組織更加復(fù)雜的生理環(huán)境，及光治療本身存在穿透深度低、高氧依賴(lài)性、促炎癥反應(yīng)等問(wèn)題，限制了其發(fā)展和臨床轉(zhuǎn)化。對(duì)此，衍生了許多基于光治療的協(xié)同療法，其中氣體治療因其內(nèi)源性及濃度依賴(lài)性得到關(guān)注，本文總結(jié)了當(dāng)前用于各種癌癥治療的光治療聯(lián)合氣體治療納米體系，盡管光治療與氣體聯(lián)合治療取得了一定的發(fā)展，但仍然面臨著挑戰(zhàn)。

4.1 光治療體系優(yōu)化

在光治療中，需通過(guò)材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化制備近紅外區(qū)域的光試劑以增加組織穿透深度，實(shí)現(xiàn)深層腫瘤治療。針對(duì)深層腫瘤的乏氧環(huán)境，設(shè)計(jì)具有較快系間竄躍速率的Ⅱ型PDT光試劑，提高氧氣利用率；相較于Ⅱ型PDT，Ⅰ型PDT具有低的氧濃度依賴(lài)性，可有效治療低氧實(shí)體瘤，因此，可通過(guò)構(gòu)建多功能納米藥物，實(shí)現(xiàn)Ⅰ型深層PDT與包括氣體療法在內(nèi)的其他治療方法之間的協(xié)同相互作用提高治療效果。對(duì)于光熱療法，應(yīng)加速發(fā)展具有高光熱轉(zhuǎn)化效率、易代謝的光熱試劑。

4.2 氣體療法機(jī)制

氣體分子的內(nèi)源性從側(cè)面映射出其在生物體內(nèi)參與調(diào)控的多樣性及復(fù)雜性，深入研究其生理學(xué)特性尤為重要。因?yàn)閷?duì)遞質(zhì)酶的抑制或外源性氣體的遞送都可能具有生物學(xué)效應(yīng)，誘導(dǎo)腫瘤微環(huán)境發(fā)生變化，所以必須通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?duì)照實(shí)驗(yàn)將這些效應(yīng)（或假現(xiàn)象）與由氣體介導(dǎo)的生物學(xué)效應(yīng)區(qū)分開(kāi)來(lái)。不僅如此，不同氣體介導(dǎo)的信號(hào)通路也存在交叉，這些相互作用對(duì)腫瘤治療性能仍有待研究，以優(yōu)化治療效果。

4.3 氣體遞送和可控釋放

藥物遞送是開(kāi)發(fā)新型氣體治療藥物的關(guān)鍵因素之一，有的藥物遞方式包括氣體以及各種小分子前藥。但由于易揮發(fā)及釋放不可控等缺點(diǎn)，氣體的直接遞送并不能模擬體內(nèi)氣體介質(zhì)的生成，也不能完全復(fù)制其在體內(nèi)發(fā)揮的生理作用。同時(shí)，釋放速率也是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)，不同釋放速率的前藥可能呈現(xiàn)出完全相反的生物表型。由于健康組織和腫瘤組織之間的相似性，已報(bào)道的氣體納米前藥對(duì)腫瘤微環(huán)境刺激的敏感性非常低，導(dǎo)致氣體釋放可控性差。此外，由于組織穿透能力低，光響應(yīng)性納米發(fā)生器多被限制在淺表腫瘤區(qū)域，因此，亟待開(kāi)發(fā)各種內(nèi)源性和外源性觸發(fā)敏感的氣體納米發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)氣體的可控釋放。

4.4 光治療聯(lián)合氣體治療納米體系的構(gòu)建

腫瘤協(xié)同治療旨在實(shí)現(xiàn)“1+1＞2”的治療效果，深入探究光治療與氣體治療之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)于充分發(fā)揮2種治療模式的優(yōu)勢(shì)至關(guān)重要。隨著協(xié)同治療的快速發(fā)展，涌現(xiàn)出許多具備多種功能的納米體系，但考慮到生物系統(tǒng)的復(fù)雜性及納米材料的代謝問(wèn)題，更應(yīng)注重發(fā)展具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)和較少組分的納米體系以降低其在體內(nèi)的不確定性。

4.5 臨床轉(zhuǎn)化

由于光治療自身特性的限制，目前PDT僅用于皮膚癌、肺癌和食道癌等淺表性腫瘤的治療，當(dāng)前深層光治療的研究遠(yuǎn)不能滿足臨床前測(cè)試的需求。將光治療與其他治療合理結(jié)合，構(gòu)建智能的納米體系，才能彌補(bǔ)光治療存在的缺點(diǎn)并增強(qiáng)其效果。

對(duì)氣體治療而言，抑制腫瘤細(xì)胞氣體遞質(zhì)的產(chǎn)生雖然會(huì)為腫瘤營(yíng)造相對(duì)較差的環(huán)境，但不會(huì)誘導(dǎo)明顯的細(xì)胞死亡。同樣，盡管局部高濃度的NO、CO、H2S和SO2可能具有抑制細(xì)胞生長(zhǎng)的作用或產(chǎn)生細(xì)胞毒性，但這些分子的固有毒性遠(yuǎn)低于大多數(shù)“專(zhuān)業(yè)”化學(xué)治療試劑，與化學(xué)療法、放射療法、靶向療法或光療法的聯(lián)合才有望推動(dòng)氣體治療的臨床應(yīng)用。因此，建立劑量-反應(yīng)關(guān)系，篩選聯(lián)合治療藥物，開(kāi)發(fā)協(xié)同治療將是未來(lái)腫瘤治療研究的重點(diǎn)。