三氧化二砷,是一种传统中药,它对易复发的,难治愈的急性早幼粒细胞白血病(APL)有很好的治疗效果,因此在世界范围内受到广泛关注。三氧化二砷对APL的成功治疗使砷类药物的研究起死回生。硫氧还蛋白体系是抗癌药物作用的一个新靶点,该体系的异常与癌症的产生、发展有着密不可分的关系。本课题首先从抑制硫氧还蛋白体系和改变细胞内氧化还原平衡状态出发,通过合成一系列砷类的化合物,筛选出高效低毒的抗癌分子,为进一步的癌症治疗提供先导化合物。鉴于硫氧还蛋白体系的重要作用,发展一种比较方便的检测硫氧还蛋白体系氧化还原水平的方法是目前研究的重要工作。硫氧还蛋白体系由硫氧还蛋白还原酶(thioredoxin reductase,Trx R)、硫氧还蛋白(thioredoxin,Trx)和烟酰腺嘌呤二核苷磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)共同构成。Trx R的碳末端活性中心具有结构独特的氨基酸序列-Gly-Cys-Sec-Gly,而Trx的活性中心是序列-Cys-Gly-Pro-Cys-,两者都可以看作是邻近的二巯基结构。而空间接近的二巯基可以和苯氧化砷(phenylarsenoxide,PAO)特异性结合,由此可以发展出一系列基于PAO的衍生物,实现Trx R/Trx氧化还原态变化的检测。蛋白质中邻近的双巯基在维持细胞内氧化还原平衡方面扮演着重要的角色,它们通过巯基和二硫键互换来参与蛋白质的合成及功能的发挥。空间邻近的二巯基蛋白(vicinal-dithiol-containing proteins,VDPs)作为氧化还原网络的终端,受到了越来越多的关注。由于三价砷和空间邻近的二巯基有很高的亲和力,因此我们在论文的第三部分发展出一个基于荧光共振转移原理(fluorescence resonance energy transfer,FRET)的荧光探针COAzo B-PAO来选择性识别VDPs。综上所述,基于PAO和邻二巯基之间的强亲和力,我们研究了PAO及其衍生物与Trx R/Trx的相互作用及这种作用与抗肿瘤之间的关系,发展了检测VDPs的探针和测定Trx R/Trx氧化还原态变化的方法。本论文的主要内容如下:第一章.概述了砷类化合物在癌症治疗、分子成像以及蛋白纯化方面的研究进展,并对典型的砷类药物、砷类探针和砷类亲和层析进行了详细的阐述。最后介绍了硫氧还蛋白体系的结构和功能,着重总结了检测该体系氧化还原态的方法。第二章.合成PAO及其衍生物,并对其活性进行测试,通过筛选发现有机砷类化合物PAO-PDT能选择性地杀死HL-60细胞,并充分阐明了其分子作用机制。由于PAO-PDT的氨基部位很容易修饰,使基于PAO-PDT的新抗癌试剂的发展成为可能。第三章.以PAO为识别部位,设计合成了荧光化的PAO(Nap-PAO),固定化的PAO(Seph-PAO)和生物素化的PAO(Biotin-PAO),并将其用于Trx R/Trx氧化还原态的检测,结果发现Seph-PAO可以很好地检测体外和细胞内Trx氧化还原态的变化,而Biotin-PAO可以很好地检测体外和细胞内Trx R氧化还原态的变化。第四章.设计合成了基于荧光共振转移原理(FRET)的荧光探针COAzo B-PAO,用来检测外源性和内源性的VDPs。