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细胞中氧化还原稳态的失衡与癌症、神经退行性疾病、心血管疾病等众多疾病的发展紧密关联。氧化还原酶是维护细胞氧化还原稳态的重要组成部分。探究细胞中氧化还原酶的功能和水平对疾病的诊断和治疗具有重要的意义。双光子荧光成像技术以其较高的灵敏度、无损快速分析、高时空分辨率和深层组织穿透能力成为检测和成像复杂生物系统中活性物种的有力工具。据此本论文基于羟苯基多烯吡啶盐骨架共轭连接响应基团的策略设计酶激活的新型双光子荧光探针。全文主要的创新点和内容如下:(1)NADPH:醌氧化还原酶(NQO1)在醌解毒作用中扮演着重要的角色,也是潜在的治疗靶点,高时空示踪和成像NQO1对于关联NQO1的疾病的早期诊断以及监测治疗效率是迫切需求的。据此我们设计了一类具有推拉结构和不同共轭链长短的羟苯基多烯吡啶盐荧光团。在该类荧光团上通过嫁接响应基团三甲基锁醌构建探针,实现以分子内电荷转移机理成像NQO1。在系统筛选后,我们鉴定了探针QBMP为检测线粒体中NQO1的比率型双光子荧光探针,具有优良的性质:包括优异的选择性、快速的响应(4 min)、大的斯托克斯位移(162 nm)、超低的检测限(0.9 nM)和深层组织穿透能力(225?m)。尤为重要的是,该探针被成功应用于区分具有不同NQO1表达水平的癌细胞和正常细胞、揭示在帕金森疾病中NQO1活性显著降低以及筛选NQO1诱导剂作为神经保护试剂。(2)硫氧还蛋白系统由硫氧还蛋白还原酶(TrxR)、硫氧还蛋白(Trx)和NADPH组成,在维持细胞内氧化还原稳态和调节一系列氧化还原信号事件中扮演重要角色。其中TrxR经历NADPH依赖的模式催化还原Trx,是发展抗癌分子的重要靶点。我们以羟苯基多烯吡啶盐为荧光团、1,2-二硫戊环为响应基团和碳酸酯为连接臂构建荧光探针DSMP检测TrxR。该探针表现出以下优良的性质:具有较大的斯托克斯位移、快速响应、优异的双光子性能、靶向线粒体、实现比率型双光子成像线粒体中TrxR2。