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分子探针技术是探索生命活动过程和疾病的发生发展机理的重要工具。而现有分子探针的数量远少于需要检测的靶标数量，尤其是用于活体、活细胞研究的分子探针非常少。用于活体、活细胞研究的分子探针既要有高的特异性和亲和力，又要能进入活体、活细胞，且在复杂的细胞和生物体液环境中依然保持对靶标的灵敏度和选择性。因此，发展适用于活体、活细胞研究的分子探针是化学和生物学学科富有挑战性的课题。核酸适体是从随机DNA或RNA文库中利用SELEX技术筛选得到的一类能特异识别相应靶标物质的单链核酸分子。其在生物传感、成像、疾病诊断与治疗等诸多领域具有广泛应用前景。以活细胞为靶标筛选核酸适体(Cell-SELEX)，可在预先不知道细胞表面标志物的情况下得到特异性识别活细胞的核酸适体探针。七甲川花菁类化合物具有摩尔吸光系数大、荧光量子产率高、稳定性好等优点，作为近红外荧光探针，已经被广泛应用于蛋白与核酸标记、动物活体成像以及临床造影等。前期我们实验室发展了该类化合物HQO，可用于活细胞线粒体自噬过程监测。本论文以神经突为靶标筛选核酸适体，并构建探针用于活细胞神经突网络的成像;以及以HQO为探针进一步对活细胞线粒体自噬展开研究，具体内容如下: 一、为了获得可识别神经突的分子探针，以经维甲酸(RA)和脑源性神经生长因子(BDNF)诱导分化神经母细胞瘤细胞SH-SY5Y产生神经突网络。将随机DNA文库与分化细胞结合后，分离结合DNA的神经突部分进行PCR扩增，经过四轮SELEX筛选得到了特异结合神经突的核酸适体yly1，经优化后得核酸适体yly12，其与靶标平衡解离常数为3.51nM。经SILAC定量蛋白质组学鉴定yly12的分子靶标为L1细胞粘附分子(L1CAM);通过抗体共染成像和siRNA干扰试验进一步证实L1CAM为核酸适体yly12的分子靶标。核酸适体yly12成功用于分化的SH-SY5Y细胞所形成的三维神经网络的成像，并在分化的SH-SY5Y与胶质瘤细胞U87-MG的混合培养体系中也能特异地识别神经突以及用于人脑组织切片中神经突的成像。进一步发现核酸适体yly12能通过结合L1CAM抑制神经突的生长。 二、为了进一步拓展HQO在监测线粒体自噬过程中的应用，以质子解偶联试剂FCCP为线粒体自噬诱导剂，通过共聚焦成像，研究了FCCP对线粒体自噬过程的影响。同时系统比较了4种商业化线粒体探针在线粒体自噬过程中对线粒体靶向定位的改变。发现不依赖线粒体膜电位的MitoTracker系列探针依旧能够定位在线粒体，依赖线粒体膜电位的罗丹明123与JC系列探针，在FCCP引起线粒体膜电位消失时均呈现荧光从线粒体流失的现象。HQO与NAO（靶向线粒体内膜的心磷脂）在FCCP加入后荧光均未有明显变化。此部分工作为HQO在监测线粒体自噬方面的应用提供了有力证据。 三、血清是细胞培养的常见补充剂，因为血清中含有细胞生长和发育所必需的活性成分。但是，血清中的活性成分太复杂，除了血清成分对细胞生长的直接影响外，血清成分与受试药物的反应也不容忽视，通常会导致被测药物活性的误导性结论。在这里，我们报告了多胺（亚精胺和精胺）对培养细胞的毒性作用，尤其是对耐药细胞系作用更明显。发现该毒性作用是由于血清中的胺氧化酶氧化降解多胺所产生的降解产物所致。在含有反刍动物血清（胎牛血清，小牛血清，成年牛血清、山羊血清和马血清）的培养基中，加入亚精胺或精胺后，会产生高浓度的H2O2，但在人血清中没有这种现象。进一步证明多胺对耐药细胞具有更强的毒性是因为耐药细胞的总抗氧化能力低于其野生型细胞，因此，耐药细胞对多胺的氧化产物（H2O2和丙烯醛等）比其野生型细胞更敏感。