抑郁症是一种对人类危害极大的精神类疾病,它具有高发病率、高死亡率、高致残率的特点,对家庭和社会造成沉重的负担。但目前仍缺乏有效的诊断和治疗抑郁症的方法,主要原因是对抑郁症的发病机制认识不足。生物活性分子如活性氧（Reactive Oxygen Species,ROS）、金属离子、H⁺、还原性物质等在调控细胞内氧化还原系统的平衡和调节神经递质的传递过程中起重要作用,与脑部疾病的发生发展紧密相关。而且这些活性分子之间相互影响,浓度变化相互关联,形成分子通讯。例如,锌与阿尔茨海默病、抑郁症等多种脑疾病相关。H⁺可以通过调节各种电压门控和配体门控离子通道,如N-甲基-D-天冬氨酸（N-methyl-D-aspartate,NMDA）受体,来调节神经元的功能。而且Zn²⁺和H⁺同时作为NMDA受体的调节结合离子,与NMDA受体的活性密切相关。因此,对Zn²⁺和H⁺水平协同变化的研究将促进对抑郁症的认识以及治疗。半胱氨酸（Cys）参与抗氧化剂谷胱甘肽（GSH）的合成,对保护细胞免受氧化损伤发挥关键作用。超氧阴离子自由基(O₂^·-)是其他ROS的前体,O₂^·-在体内过度积累,会诱导细胞凋亡,引起多种疾病的发生。因此,同时监测Cys和O₂^·-水平变化,探究细胞中还原和氧化状态相对水平,对抑郁症的诊疗研究具有重要意义。荧光成像技术具有时空分辨率高、实时原位成像等优点,已经成为研究活细胞和活体内抑郁症相关生物活性分子的有力手段。近年来,大量检测活细胞和活体内单一ROS、金属离子、H⁺、还原性物质的荧光探针被报道。然而,由于大脑化学构成的复杂性以及血脑屏障的存在,监测活体脑中多种活性分子水平协同变化的特异性探针相对较少。因此,亟需发展实时监测活体脑部组织两种活性分子的协同变化的新型荧光探针,深入探究活性分子与抑郁症的关系,助推抑郁症的早期发现和精准治疗研究。为解决小鼠活体脑部两种生物活性分子的同时成像问题,本论文开展了以下两方面的工作:（一）设计合成了一个用于活体脑部同时成像Zn²⁺和H⁺的荧光探针DNP。DNP由香豆素共价连接的2,2’-二甲基吡啶胺（2,2’-dipicolylamine,DPA）充当Zn²⁺指示剂,萘荧光素作为H⁺指示剂,并通过哌嗪以酰胺键连接。DPA通过光致电子转移（Photoinduced electron transfer,PET）抑制香豆素的荧光,Zn²⁺的存在可以阻断PET,460 nm处发出亮蓝色荧光。同时,H⁺能够使探针中的萘荧光素基团在680 nm处的红色荧光减少。利用DNP的蓝/红双荧光信号,观察到氧化应激下PC12细胞中Zn²⁺和H⁺同步增加。值得注意的是,体内成像首次显示具有抑郁样行为的小鼠大脑中的Zn²⁺和pH同时降低。进一步的结果表明,NMDA受体可能是抑郁过程中Zn²⁺和H⁺同时发生波动的原因。这项工作为揭示Zn²⁺,H⁺与抑郁症之间的关系提供了有力的直接证据,从而加深了对抑郁症发病机理的认识。（二）设计合成了一个用于活体脑部同时成像Cys和O₂^·-的荧光探针COP。COP以硫代甲酸苯酯作为Cys的特异性识别基团,咖啡酸为O₂^·-的特异性识别基团。由于探针中碳硫双键的强吸电子效应,降低了氨基的给电子能力,导致部花菁的供吸电子效应减弱,荧光降低。当与Cys发生反应后,破坏了碳硫双键,恢复了部花菁的供吸电子效应,使荧光增强。同时,探针与O₂^·-反应后,分子的电荷分布发生改变,从而导致荧光变化。该探针响应迅速、选择性强、灵敏度高。探针COP有望实现活体脑部Cys和O₂^·-的快速、实时、原位成像检测,对探究Cys和O₂^·-与抑郁症之间的关系具有重要意义。