神经退行性疾病的主要特征是神经元功能的丧失或死亡。目前用于神经退行性疾病的诊断和治疗方法有诸多报道,其中,神经干细胞“定向分化”的调控可以促进神经细胞更新、修复周围神经损伤,因此在神经退行性疾病的进程干预中有重要潜力。然而,尽管NSC调控在治疗神经退行性疾病方面具有重大前景,它们的应用仍存在巨大挑战。首先,与NSC调控相关的物质种类多,如活性氧、金属离子、蛋白质等,并且物质之间存在相互作用,迫切需要开发与NSC调控密切相关物质的高选择性定量分析探针,以解析NSC调控相关信号通路的分子机制。其次,目前已报道的调控方法无法精准调控干细胞行为,缺乏能够精准调控NSC增殖和定向分化的方法。此外,活体分析能够更加真实的反映神经系统的生理病理过程,但是活体环境复杂,亟需发展既能定向调控NSC行为又能实现相关物质定量检测的活体分析方法。针对以上提出的关键科学问题,本论文开展了以下三个方面的工作:（1）我们设计合成了一种基于DNA框架的荧光寿命成像（FLIM）探针,解决了多物质同时检测存在信号干扰的研究瓶颈,实现了溶酶体内pH和Ca2+的同时定量分析。将Ca2+探针、pH响应分子和溶酶体靶向分子共价连接到DNA双锥体纳米结构上,构建了溶酶体靶向的pH和Ca2+同时定量分析FLIM探针。该探针具有选择性好、稳定性高和生物相容性好等优点。利用该探针,成功实现了细胞溶酶体内pH和Ca2+的同时定量分析与实时成像,研究发现溶酶体内pH与Ca2+存在负相关关系,并可以共同调控自噬水平。Aβ蛋白诱导的神经元死亡是由于溶酶体pH和Ca2+变化导致自噬异常引起。研究还发现溶酶体pH和Ca2+可以调控NSCs活化,实现抗衰老调控。（2）为实现精准调控NSC,设计合成了光激活的酰基自由基供体分子:PAce。该供体分子以罗丹明分子为骨架,在紫外光激发下,激活生成酰基自由基,并同时释放具有荧光发射的罗丹明分子。该分子具有酰基自由基可控释放、膜电位靶向等优势,可用于细胞氧化还原稳态的实时监控。利用该分子,研究发现酰基自由基能够精准调节细胞氧化还原稳态,进一步实现NSCs定向分化的精准调控。通过利用该分子定量释放酰基自由基,成功实现早期阿尔兹海默症（AD）小鼠海马齿状回颗粒下区（SGZ）NSCs的定向分化,进而修复神经损伤,明显改善AD小鼠症状。（3）搭建了光纤拉曼成像系统,并通过优化光纤参数显著提升拉曼信号收集效率。同时,设计合成了突触靶向的乙酰胆碱酯酶（AchE）拉曼探针,该探针具有选择性高、灵敏度高和稳定性好的优势,成功实现细胞突触处AchE的定量分析,并发现AchE可以调控NSCs增殖和分化行为。在此基础上,利用搭建的光纤拉曼成像系统和开发的AchE拉曼探针,研究发现在早期AD小鼠脑中,皮层、海马和杏仁核中AchE活度有明显降低,其他脑区活度基本维持不变;在晚期AD小鼠脑中,各个脑区AchE活度均出现明显降低。通过利用一氧化氮刺激调控AchE活度,实现早期AD小鼠齿状回颗粒下区神经干细胞增殖和定向分化调控,成功增强小鼠各脑区相互作用并实现早期AD疾病的治疗。