肿瘤组织的氧化还原状态在肿瘤的发生发展过程中发挥着重要的作用。肿瘤的异质性及其微环境的特性在一定程度上可以通过检测其氧化还原代谢状态来表征。同时，肿瘤的氧化还原状态也影响着抗癌药物的分布与蓄积。因此，研究肿瘤的氧化还原代谢状态对于肿瘤的早期诊断和临床治疗具有重要的意义。　　烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide Adenine Dinucleotide, NADH）和黄素蛋白（Flavoprotein, Fp）是参与线粒体氧化磷酸化的两种主要辅酶，它们在细胞的能量代谢、线粒体功能、生物合成、基因表达、细胞死亡、肿瘤形成等生命活动过程中发挥着重要的作用。NADH和Fp的荧光强度值可用于表征组织或细胞的氧化还原状态，已经成为国际上公认的研究氧化还原状态的黄金标准。　　近年来，荧光蛋白已经广泛应用于生物成像的研究中，常用于活细胞内标记特定的蛋白分子，研究其空间定位、运动与功能，或于活体内标记肿瘤细胞，示踪肿瘤的生长、转移与治疗效应。然而，荧光蛋白在肿瘤内的表达及其分布与肿瘤的代谢状态之间的相关性极少报道，尚不清楚肿瘤组织的氧化还原状态对肿瘤细胞内源性荧光蛋白表达的影响，以及对外源性输入荧光蛋白探针在肿瘤中分布的影响。　　本文将从肿瘤代谢状态与荧光蛋白表达的相关性、肿瘤代谢状态对荧光蛋白探针分布的影响、以及光敏感蛋白对肿瘤代谢的影响等方面开展系统性的研究。为了在光谱上与组织的自发荧光(NADH和Fp)区分开来，本文采用的均是红色荧光蛋白，以便进行多分子事件的同步多色光学成像。具体研究结果如下：　　（1）为了研究肿瘤生长过程中其氧化还原状态与外源性基因表达的相关性，本研究将深红色荧光蛋白（far red fluorescent protein, fRFP）转染到三种肿瘤细胞中，筛选稳定表达的细胞株并建立了皮下肿瘤动物模型。利用低温冷冻氧化还原成像系统分别对肿瘤组织进行同步三色成像。发现肿瘤细胞增殖快的区域，其代谢旺盛，即NADH荧光信号增强。肿瘤组织内fRFP的荧光强度与NADH的荧光强度呈正相关(在距离肿瘤表面1-1.5 mm层面，鼻咽癌的R2=0.994；黑色素瘤的R2=0.966；人胰腺癌的R2=0.942)，表明肿瘤组织的氧化还原状态与肿瘤细胞荧光蛋白的表达量密切相关。当肿瘤直径达到5 mm以上，内部出现自发性坏死现象，此区域转变为氧化性增强的状态，而肿瘤仅呈现较弱的红色荧光蛋白信号。　　（2）为了研究靶向性多肽在肿瘤中的分布情况，本研究以深红色荧光蛋白fRFP为载体，构建了一个靶向整联蛋白受体αvβ6的荧光探针Octa-RGD，三维成像研究了探针在肿瘤内的分布情况。通过实验发现该荧光探针对人纤维肉瘤HT1080细胞、鼻咽癌CNE-2细胞、乳腺癌MDA-MB-435S细胞等具有特异性靶向作用。利用本实验室搭建的低温冷冻氧化还原成像系统，发现此探针在肿瘤中的分布与肿瘤的氧化还原代谢状态有着一定的相关性，探针的荧光强度值与肿瘤的氧化还原代谢NADH荧光强度值之间的线性系数R2=0.793（距离肿瘤表面2200μm层面）。由此判断此探针更容易进入到肿瘤代谢旺盛的区域。在此探针的基础上，构建了一个既具有靶向作用又具有治疗作用的荧光探针，命名为RGD-GFI。此探针中的抗肿瘤序列是由一段抗菌肽组成，治疗结果证实，此探针对人纤维肉瘤具有明显的抑制效果。　　（3）为了研究光动力治疗效应对肿瘤代谢状态的影响，利用目前唯一的光敏感红色荧光蛋白KillerRed作为光敏剂，进行肿瘤的光动力治疗研究。通过代谢成像发现，在光动力治疗过程中，人纤维肉瘤内部的氧化还原代谢状态被改变。肿瘤组织中的黄素蛋白被氧化，导致了其荧光强度值上升了5.14倍（距离肿瘤表面2200μm层面）。在细胞水平上的研究表明，定位于细胞线粒体的KillerRed蛋白被光照后与未被光照的相比，Fp的荧光强度高1.33倍，并具有统计学差异（p<0.01）。　　综上所述，本论文主要进行了肿瘤的氧化还原状态成像的研究，检测了肿瘤在外源基因的表达、靶向性探针的分布、以及光敏感蛋白治疗的三种不同条件下的代谢状态。利用低温氧化还原代谢成像系统同时对肿瘤的内源性物质和外源性探针进行多通道的荧光成像，确定了肿瘤氧化还原代谢成像状态与荧光蛋白探针的相关性，为肿瘤的研究提供了理论与实验的依据。