蛋白质糖基化是真核生物中至关重要的的翻译后修饰之一,在生命体中起着关键作用。这种独特的修饰方式不仅会影响蛋白质的结构与功能,而且在细胞识别、黏膜保护、物质转运、癌细胞转移、蛋白质折叠等特定生物过程中发挥着巨大作用。许多研究表明,在肿瘤细胞中,某些蛋白的糖基化修饰会随着肿瘤的发生、发展而变化,导致其配体结合、信号传导、分子黏附等功能发生异常,从而使得肿瘤细胞的增殖、凋亡、侵袭、转移能力增强。因此,监测蛋白糖基化的动态变化对于癌症的诊疗具有很大的研究意义。近年来,基于多种影像技术,人们已经开发了一些适用于蛋白特异性糖基化水平的检测方法。目前应用比较广泛的成像手段主要是基于荧光共振能量转移（fluorescent resonance energy transfer,FRET）或表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman spectroscopy,SERS）等邻近催化效应,然而这些方法存在一定的不足之处。例如目前常用的糖标记技术虽然能够实现单一糖型（如唾液酸）的标记,但却无法实现对单一目标蛋白（如MCU1）上特定糖型的标记,这就导致在基于FRET技术的成像体系中,受体荧光标签被广泛标记于所有细胞膜蛋白上,从而产生较强的背景荧光信号,使得成像的信噪比降低,灵敏度不高;另外,基于SERS的成像体系因仪器技术的局限性,只能实现细胞水平的检测而无法应用于活体水平的成像。因此,迫切需要发展一种特异性高、灵敏度强、应用范围广的手段用于蛋白特异性糖基化水平的成像。当前,逐渐发展的纳米技术与生物医学的交叉融合取得了长足的进步,为蛋白特异性糖基化成像带来了新的发展方向。研究表明,金纳米颗粒具有独特的光学性质、良好的生物相容性以及表面的可修饰性,已经被广泛用于生物成像、药物递送、纳米治疗等诸多领域。此外,金纳米颗粒存在可调的局域表面等离共振效应（Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR）,当颗粒的粒径增大时,其LSPR特征吸收峰会发生红移,光散射强度增加。同时,较大尺寸的金纳米颗粒可以在近红外光的激发下产生光声效应,可以作为光声成像的造影剂。因此,金纳米颗粒的有望成为蛋白特异性糖基化成像的有力工具。鉴于糖基化分析的重要性以及金纳米颗粒的独特性质,本文基于金纳米颗粒的局域表面等离子共振效应并结合DNA纳米技术和糖代谢标记技术,实现了细胞、活体水平的MUC1蛋白特异性糖基化水平成像,具体工作如下:1.基于金纳米颗粒的共振耦合效应,开发了一种基于暗场显微成像的蛋白糖基化分析平台,实现了活细胞细胞表面MUC1蛋白上唾液酸的原位分析。该成像体系由蛋白探针、糖探针两种探针构成。蛋白探针为核酸适配体S2.2功能化的金纳米颗粒（30nm）,可以与MUC1蛋白靶向结合。糖探针为HS-PEG-DBCO功能化的小粒径金纳米颗粒（5nm）,通过DBCO与N₃基团发生的无铜点击反应标记唾液酸。在暗场显微镜下,粒径为30nm的金纳米颗粒呈浅绿色的斑点,而粒径为5nm的金纳米颗粒无法观测到散射光。当两种探针分别与目标结合后,会在目标蛋白处原位形成单核-多卫星结构的等离子聚合物,LSPR效应增强,通过暗场显微镜可以观测到亮橙色乃至深红色斑点。研究结果表明,这一方法是一种快速准确的蛋白糖基化研究工具,更可随着核酸适配体的变化而具有强大的通用性。2.设计开发了一种基于杂交链式反应的光声成像平台,用于活体水平MUC1蛋白特异性糖基化的定量成像。平台由蛋白识别探针、糖识别探针和信号输出探针构成。蛋白识别探针由三部分组成:负责识别并靶向结合蛋白的适配体区域、HCR引发链区域以及间隔区域。糖识别探针为DBCO修饰的寡核苷酸,与间隔区域结构互补,通过糖代谢标记和无铜点击化学作用在聚糖上进行标记。信号输出探针是参与杂交链式反应的发卡结构修饰的金纳米颗粒。当糖识别探针与间隔区域序列的竞争性杂交时会打开发夹结构,暴露出引发链区域,触发与信号输出探针之间的杂交链式反应,在目标蛋白处原位生成金纳米颗粒聚集体,在680nm激光的照射下可以产生光声信号。研究结果表明,这一成像手段通过使用DNA结构代替荧光基团作为蛋白和聚糖的标记物,避免了背景荧光信号的产生,并成功实现了活体水平的MUC1蛋白特异性糖基化成像。