提高抗肿瘤药物的选择性、降低其毒副作用一直是癌症研究中的一项重大挑战。降低肿瘤组织的放疗抵抗、提高放疗效果也是癌症治疗中需要克服的一大难题。酶促自组装(EISA)是一种新兴的选择性癌症治疗方法,可以在酶高度表达的特定位置将前体分子催化,通过自组装形成纳米结构,继而发挥抗癌效果。但应用EISA进行肿瘤杀伤需要较高的多肽浓度,在临床实际应用中难以实现。研究表明将小分子放疗增敏剂与自组装多肽共价连接可以进一步提高其放疗增敏效果。酪丝缬肽(YSV)作为一类新型组蛋白去乙酰化酶抑制剂(HDACi)具有潜在的放疗增敏作用。但YSV属于短肽类药物,易在体内降解,并在较高浓度下才能发挥作用。因此,需要运用新的策略在保持EISA选择性的同时将其抗癌效率最大化。为此,本论文通过将EISA与抗癌短肽YSV联合,设计合成一种新型的多肽型前药分子NapGDFDFpYSV(化合物1),以增强癌症治疗药物的选择性和生物活性。本论文采用标准固相合成法合成了多肽前药分子。体外实验发现,化合物1经碱性磷酸酶(ALP)体外催化后可自组装形成水凝胶;透射电镜结果显示水凝胶为纳米纤维交缠在一起形成的密集网状结构;圆二色谱结果表明水凝胶呈β-折叠二级结构。化合物1的ALP催化效率较快,在4℃下与高浓度ALP(3和10U/mL)孵育30 min后转化率接近100%,整体表现出良好的体外EISA性能。MTT结果表明,化合物1具有选择性细胞毒性。与ALP低表达的细胞(包括正常细胞)相比,对ALP高表达细胞显示出高达3-10倍不等的细胞毒性。此外,相比于没有抗癌肽而单独使用的EISA,高出近8倍的抗癌效率。同时化合物1对ALP高表达细胞的IC50值远低于其临界组装浓度。体外细胞摄取实验表明,化合物1在高表达ALP的HeLa细胞中具有更高的ALP催化转化效率和细胞摄取效率。蛋白免疫印迹结果显示,与低表达ALP的A549细胞相比,高表达ALP的HeLa细胞的组蛋白乙酰化水平明显升高。由此表明化合物1可在高表达ALP细胞表面通过酶促自组装形成纳米纤维,被摄取进入细胞后通过抑制组蛋白去乙酰化酶(HDAC)诱导细胞凋亡,发挥抗癌活性。克隆形成实验表明,化合物1在HeLa细胞中具有良好的放疗增敏作用,10μM和20 μM浓度下的SER10值分别为1.433和1.660,且化合物1经原位催化得到的增敏效果优于体外经ALP催化转化的效果。彗星、γ-H2AX免疫荧光、细胞周期和细胞凋亡检测结果说明化合物1良好的放疗增敏效果与其可以显著增强γ射线对HeLa细胞的DNA断裂损伤、阻滞辐照细胞于G1期、增加辐照细胞的凋亡比例等有关。蛋白免疫印迹结果表明化合物1在辐照后能够增加组蛋白H4的乙酰化程度并更多地剪切PARP。由此说明化合物1可以通过抑制HDAC活性和剪切PARP等增强高表达ALP细胞对射线的敏感性,发挥放疗增敏作用。综上所述,本论文成功构建了一种基于多肽酶促自组装的新型前药小分子,该分子经磷酸化修饰后药物活性大大降低,有助于减少药物的毒副作用;但在高表达ALP的癌细胞表面经ALP原位催化后,转化为具有母体药物活性的单体分子,进一步自组装形成纳米纤维被细胞摄取,通过抑制HDAC发挥抗癌活性,表现出增强的抗癌选择性和生物活性;前药分子在较低浓度下可以通过在HeLa细胞中的酶促自组装更好地发挥其HDACi活性,从而增强HeLa细胞对Y射线的敏感性。本研究为提高抗肿瘤药物的选择性和生物活性、增加EISA的抗癌效率以及新型放疗增敏剂的设计提供了一种新的策略。