硫氧还蛋白还原酶(TrxR)是硫氧还蛋白(Trx)系统的重要组成部分,它在维持细胞内氧化还原平衡中发挥着十分重要的作用。研究表明,TrxR是一个非常重要的抗肿瘤药物作用靶点,TrxR的活性位点是其C-端的-Gly-Cys-Sec-Gly氨基酸序列。作为构成蛋白质的第21种氨基酸,硒半胱氨酸(Sec)残基对维持TrxR的生物功能起着不可替代的作用。在本论文中,基于Sec的特殊化学性质,我们设计出可以选择性识别Sec的荧光探针分子和选择性作用于Sec残基的小分子TrxR抑制剂,主要内容包括以下几章：第一章：首先对荧光探针相关知识进行了详细的介绍,其中包括荧光探针的概念、组成及作用机理。之后介绍了生物体内硒的主要存在形式(Sec及硒蛋白)的重要性,并对Sec探针的研究进展进行了简单的介绍。最后对生物体内存在的一种重要的硒蛋白-TrxR进行了介绍,着重对TrxR作为潜在的抗肿瘤药物靶点进行了讨论。第二章：通过文献查阅,在基于硫醇探针分子识别原理的基础上,设计合成了一系列潜在的Sec的荧光探针分子,经过荧光相应测试,筛选得到荧光探针分子Sel-green,在体外对探针进一步测试后发现Sel-green可以选择性识别Sec,之后利用Sel-green实现了对重组TrxR中的Sec的含量测定。生物实用性测试表明Sel-green可以很好的检测细胞内源性和外源性的Sec。Sel-green是首个可以在生理条件下选择性识别Sec的探针分子。利用Sel-green,我们发现含硒化合物的细胞毒性与它们在细胞内代谢为硒醇的能力密切相关,能够代谢为硒醇的化合物都表现出较高的细胞毒性。论文通过对探针构效关系的阐述为进一步进行探针的优化和探索硒蛋白的功能铺平了道路。第三章：我们根据第二章构效关系的论述内容,对前面的探针分子进行了改进。红光发射和近红外发射的探针分子相比于短波长的探针分子有一系列优点,如背景干扰小、组织穿透能力强等。本章设计合成了红光发射和近红外发射的荧光探针分子并对其进行了测试,得到了很好的效果。第四章：从第二章的研究内容中发现淬灭基团为2,4-二硝基的荧光探针可以很好的选择性识别Sec,也就是说Sec会与探针进行结合。TrxR的活性位点主要是其C-端的Sec残基。所以我们推测2,4-二硝基类的荧光探针可能会抑制TrxR的活性。本章设计合成了一系列具有类似结构的化合物,通过对TrxR活性的抑制筛选,得到了活性较好的化合物,并提出了化合物在细胞内可能的作用机制。第五章：天然产物及其衍生物是药物发现的重要来源。目前市场上几乎一半的药物是天然产物或其衍生物。黄腐酚(Xn)是啤酒花中存在的具有查尔酮结构的天然产物,具有一定的抗肿瘤活性。本章设计合成了黄腐酚及其一系列的类似物,并对其生物活性进行了测试,通过筛选总结出这一类化合物抗肿瘤活性的基本结构规律,并得到了活性相比于黄腐酚提高近30倍的化合物13n。通过对其作用机制的探索研究,发现13n是通过作用于TrxR导致活性氧的累积并诱导细胞产生氧化应激,最终诱导细胞凋亡来杀死癌细胞。