研究背景及目的食管癌是常见的消化道恶性肿瘤,其发病率和致死率呈逐年上升趋势,严重威胁人类的生命健康。目前针对早期食管癌治疗主要以外科手术为主,中晚期食管癌的标准化治疗为顺铂与5-氟尿嘧啶的联合应用,这些常规治疗手段除疗效不佳外,还存在毒副作用高、成本昂贵等缺点。光动力疗法(Photodynamic therapy,PDT)是近年来兴起的一种肿瘤治疗方法,具有安全有效、靶向低毒等优点,已被FDA批准应用于多种癌症的临床治疗。PDT是临床食管癌辅助治疗的重要手段,光敏剂是影响IPDT疗效的关键。课题组前期成功制备了纯度高、水溶性好、单线态氧产率高的新型光敏剂PHE,其介导的PDT效应明显优于同类光敏剂HMME。PDT的安全性及立竿见影的治疗效果已得到临床认可,但肿瘤消退后复发是临床常见现象,究其原因尚不明确,可能与PDT治疗后肿瘤细胞自噬应激、发生能量代谢重编程提供代偿性能量补充以修复受损细胞支持其继续存活相关。本课题前期研究显示PHE-PDT对小鼠食管癌移植瘤在两周内有较好的生长抑制作用,但在长期观察中出现肿瘤复发现象,这与大量的文献及临床报道一致。为解决这一问题,需要深入探究PHE-PDT作用后肿瘤细胞应答机制,进而设计更高效的食管癌治疗新策略。有氧糖酵解是食管癌细胞能量代谢的普遍特征,抑制糖酵解能够显著增强肿瘤细胞对PDT的敏感性,但作用机制尚不清楚。研究提示PHE-PDT触发的细胞自噬参与糖代谢调节,可能在PDT治疗耐受中发挥重要作用。基于以上研究背景和前期实验结果,本课题拟进一步解析自噬-糖代谢互作在PHE-PDT治疗食管癌中的分子调控机制。首先从细胞和动物水平对PHE-PDT抗食管癌效应进行探究,分析PHE-PDT作用后肿瘤细胞应答机制;利用Seahorse代谢仪等研究PDT对自噬和能量代谢表型的影响;引入自噬抑制剂氯喹(Chloroquine,CQ)分析PDT引发自噬与代谢重编程的调控关系,揭示自噬在其中所发挥的具体作用,以期从抑制自噬→阻碍肿瘤细胞能量供应这一途径增强PHE-PDT的治疗效果,发挥多模式的抗食管癌协同优势,为食管癌光动力疗法在临床上的进一步推广应用提供新思路。研究方法和结果1.新型光敏剂PHE的合成及其介导的PDT对Eca-109细胞杀伤效应的研究:本课题组与中国医学科学院合作,以原卟啉二甲酯为起始原料,设计并合成高纯度的、水溶性的,并且具有我国自主知识产权的新型光敏剂PHE。在对PHE进行光敏活性研究中发现,相较于同系列的商品化光敏剂HMME,PHE单线态氧产率更高、肿瘤部位富集能力强并具有较好的光动力抗肿瘤效果。2.PHE-PDT诱发肿瘤细胞能量代谢重编程:Eca-109细胞基础能量代谢表型为线粒体氧化磷酸化与糖酵解共存,经PDT治疗后,细胞内生成大量ROS,线粒体形态及功能皆受损,出现了氧化磷酸化降低、糖酵解升高的现象,提示细胞发生能量代谢重编程。3.抑制自噬促进PHE-PDT对Eca-109细胞的杀伤效应:通过Western blot检测自噬相关蛋白,利用荧光显微镜和透射电镜观察自噬体形成,结果发现PHE-PDT诱导Eca-109细胞发生自噬。为了探究自噬在PHE-PDT中发挥的作用,引入自噬抑制剂氯喹(CQ),发现抑制自噬后,PDT诱导的Glut 1膜转位被阻碍,糖酵解的代谢性补偿在一定程度上被抑制,PDT联合CQ对Eca-109细胞的杀伤效应更加显著。4.PHE-PDT联合CQ对Eca-109食管癌移植瘤杀伤效应研究:建立荷瘤裸鼠模型,小动物活体成像系统对PHE在动物体内的代谢富集规律进行探究,发现PHE在小鼠肿瘤部位最佳富集时间点为注射后24 h,此时PHE在其他脏器相对富集量较小,肿瘤部位富集量较高,因此选择该时间点作为后续PDT辐照窗口。荷瘤裸鼠经不同治疗后,与正常对照组相比,PHE-PDT处理后小鼠肿瘤体积生长较为缓慢,瘤重有所下降。CQ联合PDT处理表现出更为明显的体内抑瘤效果,表明抑制自噬能显著增强PHE-PDT的抗食管癌效应。结论本研究合成了高效低毒且水溶性的新型光敏剂PHE,并对其理化性质进行研究;着重分析了 PHE-PDT诱发肿瘤细胞能量代谢重编程的机制,从细胞自噬对Glut 1的调控作用入手初步阐明了自噬上调肿瘤细胞糖酵解的分子机制,为PHE潜在的临床应用提供一定的理论支撑,从而为PDT发展提供一种具有自主知识产权的新型光敏剂,具有很高的转化医学价值和重要的经济社会意义。