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当核酸适体靶向细胞膜表面生物标志蛋白时,通过折叠成特定的三维结构与之结合后由受体介导的内吞途径进入细胞,它们对靶标的结合特异性和高亲和力使其可与抗体媲美。核酸适体具有保质期长、生产简单快速、性质稳定、易于化学修饰、免疫原性低等优点。大部分核酸适体本身对肿瘤细胞的活力影响甚微,因此可在核酸适体上修饰各种小分子,如成像试剂或者药物等分子,使得核酸适体在肿瘤诊断和治疗上得到广泛的应用。其中,与小分子毒素药物偶联形成核酸适体药物偶联物（Aptamer-drug conjugate,Ap DC）在近年来成为靶向药物研究热点,为肿瘤的分子靶向治疗提供一种新的方案。Ap DC技术是使用核酸适体介导细胞毒性药物靶向肿瘤,高效特异,且具有成本低、易合成、批次之间性质稳定和结构可设计的优点。提高Ap DC药物的血清稳定性和安全性,更好地发挥其抗肿瘤作用是我们的研究方向,这将为Ap DC从基础研究走向临床应用提供关键的数据支持。在本论文研究中,小分子毒素药物美登素衍生物DM1、多肽和化疗药物阿霉素、以及脂肪酸链分别以不同的偶联方式修饰在核酸适体上形成:Ap DC偶联物,核酸适体-多肽偶联物（ApPC增敏剂）,核酸适体与脂肪酸偶联物（ODDA-Sgc8-c）。Ap DC用于杀伤HER2阳性表达肿瘤细胞;ApPC提高耐药细胞对阿霉素的敏感性,从而抑制细胞增殖;ODDA-Sgc8-c提高了核酸适体的血清稳定性,改善了其药代动力学性质。细胞实验和动物实验结果显示,Ap DC、ApPC对肿瘤细胞具有特异性识别和抑制活性的能力;而ODDA-Sgc8-c对核酸适体的稳定性和药代动力学有明显改善作用。具体研究内容为以下四个部分:（1）利用在体内循环中稳定的N-羟基琥珀酰亚胺活性酯（NHS）和马来酰亚胺的双功能偶联剂（SMCC）,将靶向HER2受体的核酸适体HApt和微管蛋白抑制剂美登素衍生物DM1共价连接,形成Ap DC药物。细胞实验结果表明,该Ap DC对HER2阳性表达细胞BT474、SKOV3有特异性和高亲和力,能通过与受体结合内吞方式进入细胞,内吞效率高,对靶细胞的杀伤力强(IC50值低)。该Ap DC表现出良好的血清稳定性,核酸适体的G4链体构型在偶联药物之后并不受影响,实现了Ap DC在体内的长时间的靶向成像效果。在乳腺癌细胞BT474构建的动物肿瘤模型实验中,与裸药DM1-SMCC相比,Ap DC可显著抑制肿瘤增殖。更重要的是,由于其良好的靶向性,该Ap DC对肝脏组织的毒性明显降低。（2）为探究第一部分合成的靶向HER2的Ap DC药物对HER2受体表达的影响,引入受体循环动态数学模型,结合细胞实验数据,证明了Ap DC药物在100 n M以下剂量时对细胞膜表面受体HER2的表达水平不产生影响。其原因是核酸适体与HER2受体的亲和力要略低于抗体对HER2受体的亲和力,使得配体受体复合物在细胞内解离水平不同,所以受体循环上膜的量不同,与抗体相比,Ap DC药物对受体水平影响更小。本研究是理论与实际的相互论证,对机制的研究结果表明我们设计的Ap DC药物在治疗剂量时出现类似抗体药物偶联物（Antibody-drug conjugate,ADC）临床用药耐药问题的概率较小,至少在对受体水平影响上,与ADC药物有差异。（3）通过无铜催化的点击化学的方式,偶联靶向MUC-1的DNA核酸适体和靶向HSP70的多肽,形成核酸适体多肽（Aptamer Peptide Conjugate,ApPC）偶联物,然后通过非共价键连接的方式,将阿霉素分子负载在ApPC的GC碱基对上,形成化疗增敏体系ApPC-DOX,在细胞和动物水平评价该体系的化疗增敏效果。实验表明,核酸适体共载抗HSP70多肽和抗癌小分子阿霉素,进入耐药乳腺癌MCF-7/ADR细胞中,提高了细胞对小分子药物的敏感性,对细胞的杀伤作用增强。在动物水平上,ApPC-DOX能抑制肿瘤增殖,并且显著降低了药物的心脏毒性。（4）在固相载体上将1,18-十八烷二酸（Octadecanedioic acid,ODDA）修饰在核酸适体Sgc8-c上,形成脂肪酸修饰的ODDA-Sgc8-c。修饰后的ODDA-Sgc8-c仍保留了核酸适体对PTK7高表达细胞的特异靶向能力及高亲和力,对DNase I核酸酶有显著的抵抗性,血清稳定性相应提高,能和血清白蛋白形成复合物。并且,在体外多细胞肿瘤球模型中显示出良好的渗透能力,同时,也改善了核酸适体的药代动力学性质,对HCT116肿瘤有良好的体内靶向性。另外,我们还制备了ODDA-Sgc8-c-DOTA与钆的复合物,初步实现了其用于磁共振成像,ODDA-Sgc8-c-DOTA-Gd有望成为有应用价值的肿瘤诊断试剂。综上所述,从设计合成可对肿瘤进行分子靶向治疗的Ap DC、ApPC研究开始,到追踪Ap DC药物对细胞受体水平的影响,以及提高核酸适体稳定性和改善药动力参数的方法研究。本论文的实施,为Ap DC抗肿瘤靶向药物的发展提供了关键数据支持,也为核酸适体更好的应用于疾病的诊断和治疗进行产业转化提供了基础,所开发的Ap DC药物有望得到进一步探索,考察其临床应用的可能性。