硒,作为人体必需的微量元素之一,与肿瘤预防及抑制肿瘤生长密切相关。硒化物通过体内代谢产生高活性小分子,如H₂Se等,进而导致DNA、蛋白质损伤、谷胱甘肽消耗,最终导致肿瘤细胞死亡。Na₂SeO₃是肿瘤治疗常用药物,被广泛应用于基础研究及临床应用,其作用机制一直是人们关注的热点。众所周知,乏氧是肿瘤组织生存、增殖的主要特征之一。之前的研究均是在常氧条件下进行实验,为此,我们课题组在乏氧条件下重新开展了Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡机制研究,并发现Na₂SeO₃的抗癌效果是通过其代谢过程中产生的重要信号分子H₂Se在细胞内发挥作用实现的,即该过程中H₂Se的升高导致细胞凋亡。但是,H₂Se在细胞内发挥抗癌作用的机制研究必须精准到亚细胞器水平,才能深入探索Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡过程究竟通过什么途径导致细胞凋亡,然而,目前H₂Se在细胞内产生部位及其凋亡作用的具体机制尚不清楚。为了阐述该抗癌机制,必须首先研究H₂Se在亚细胞器中的分布情况。基于此,我们建立纳米靶向检测平台,开发了可以分别靶向不同细胞器的检测H₂Se的近红外纳米荧光定位探针,分别靶向细胞质、溶酶体、线粒体三种重要的细胞器,检测不同细胞器内硒化氢的分布情况,并对其进行可视化研究,这对抗癌药物疗效提高、精准治疗具有非常重要的意义和价值,该平台对Na₂SeO₃乃至其他抗癌药物的抗癌机制研究提供了一种新的途径。与此同时,根据上述结果,我们继续设计开发了可以靶向线粒体同时检测H₂Se和O₂^·-的纳米荧光探针,为深入研究和阐释乏氧条件下Na₂SeO₃还原胁迫抗癌机制提供了必备的研究工具。本论文主要研究内容分以下两方面:1、利用介孔二氧化硅易被修饰等特点,我们设计合成了分别靶向细胞质、溶酶体、线粒体三种重要细胞器内检测H₂Se的纳米荧光探针,首次实现了细胞内细胞质、溶酶体、线粒体等细胞器中H₂Se的实时成像与检测。该探针通过介孔二氧化硅装载用于检测硒化氢的近红外分子探针（NIR-H₂Se）,进一步通过分别修饰聚乙烯亚胺（PEI）、吗啉（MPP）、三苯基膦（TPP）的靶向基团来分别定位细胞质、溶酶体、线粒体三种重要的细胞器,设计合成了新型靶向不同细胞器的H₂Se近红外纳米荧光探针,分别命名为细胞质定位探针（Cyto-NIR-H₂Se-MSN）、溶酶体定位探针（Lyto-NIR-H₂SeMSN）、线粒体定位探针（Mito-NIR-H₂Se-MSN）。实验结果表明,乏氧条件下Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡过程中,随着Na₂SeO₃诱导时间或浓度的增加,线粒体内H₂Se水平明显升高,而细胞质与溶酶体内的H₂Se含量变化并不明显,同时伴随线粒体膜电位降低,说明此过程在线粒体中产生H₂Se,损伤线粒体后导致线粒体塌陷,这为深入研究Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡过程的分子机制提供重要的理论依据及可靠手段。2、我们设计合成了线粒体内H₂Se和O₂^·-的双检测纳米荧光探针,用以Na₂SeO₃诱导肿瘤凋亡过程中高活性还原性分子（H₂Se）水平与高活性氧化性分子超氧阴离子自由基(O₂^·-)水平检测与可视化分析。基于上一章研究结果我们得知:乏氧条件下Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡过程中为“非氧化胁迫”所致,该过程中H₂Se在线粒体内产生并得到累积,因此接下来我们想要探索该过程中线粒体内氧化还原状态的变化情况,并深入其凋亡通路的研究。我们基于介孔二氧化硅粒子包覆二氢乙锭（DHE）和NIR-H₂Se两种分子探针,并修饰TPP来定位线粒体,设计合成了新型靶向线粒体的双检测定位探针（Mito-N-D-MSN）,对Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡过程中线粒体内氧化还原状态进行实时监测,两种分子探针的激发发射分别为λex/λem=488/638 nm和λex/λem=688/735nm,实现了线粒体中O₂^·-和H₂Se的同时检测与成像。实验结果表明,乏氧条件下Na₂SeO₃诱导肝癌细胞凋亡过程中,线粒体内只有H₂Se水平逐渐升高,O₂^·-水平无明显变化,说明该过程中线粒体内处于还原胁迫状态,结合上一体系结论中线粒体塌陷这一结果,我们推测:乏氧条件下Na₂SeO₃诱导肿瘤细胞凋亡为还原胁迫,且由线粒体凋亡所致,具体分子机制有待进一步研究。