研究背景:头颈部鳞癌死亡率极高,是目前较为常见的癌症之一。在头颈部鳞癌中,肿瘤内低氧是一个较为普遍的现象。而头颈部鳞癌内低氧是由于其供氧不足引起的肿瘤微环境的一个特征,其与头颈部鳞癌后期的发生、恶性进展、肿瘤转移和治疗抵抗密切相关,使其更具侵袭性。因此,检测和评估头颈部鳞癌内低氧程度对诊断头颈部鳞癌细胞的侵袭性和预测临床治疗效果具有重要意义。研究目的:硝基还原酶（NTR）在低氧头颈部鳞癌细胞中存在高表达,因此,NTR可作为检测头颈部鳞癌细胞缺氧状态的有效靶点。本文提出一种基于NTR响应的新型近红外荧光探针HNT-NTR,并探究其检测头颈部鳞癌中NTR浓度的可行性。研究方法:1、构建合成新型近红外荧光探针HNT-NTR,其通过将硝基转化为氨基来识别NTR,对HNT-NTR的特异性、反应时间、检测极值等材料学性能进行检测。2、应用CCK-8和组织病理学切片检测探针对细胞及生物体的毒性作用。3、进行HNT-NTR的体外实验:（1）使用HNT-NTR直接检测并区分常氧及缺氧状态下的头颈部鳞癌细胞,判断其是否可用于细胞低氧状态的检测;（2）将头颈部鳞癌细胞及普通非肿瘤细胞进行3D细胞培养,模拟头颈部鳞癌细胞体内环境及头颈部鳞癌细胞聚集后产生的低氧状态,用HNT-NTR检测不同细胞微球的低氧情况,再次判断其区分头颈部鳞癌细胞与普通细胞的能力。（3）使用化疗药物处理头颈部鳞癌细胞微球并检测其发射荧光强度,判断HNT-NTR对细胞活性的检测能力。4、进行HNT-NTR的体内实验:使用HSC2和Cal-27细胞系构建荷瘤鼠模型,并使用HNT-NTR检测构建的头颈鳞癌瘤体,反映HNT-NTR在生物体内的应用效果。研究结果:1、通过对HNT-NTR的各项材料学性能检测发现:（1）该探针与NTR结合后发射的荧光强度可以用肉眼观察到,探针溶液的颜色从黄色到橙色变化明显;（2）探针具有显著的选择性,仅对NTR产生强烈反应,发射出强烈的荧光,而对同一体系内的其他化合物均无反应;（3）该探针为近红外（NIR）荧光探针,其发射的荧光为近红外光,其对活细胞的损伤可以忽略不计;（4）探针的分子量较小,可以通过扩散的方式进入细胞内,对细胞损伤较小。2、通过CCK-8及组织病理切片结果证实了 HNT-NTR无生物毒性,可应用于生物体内。3、通过HNT-NTR的体外实验发现:（1）HNT-NTR可直接区分低氧与常氧细胞;（2）普通细胞微球内几乎无荧光发射,而头颈部鳞癌细胞微球发射出强烈荧光;（3）经过化疗药物处理的头颈部鳞癌细胞微球荧光较前出现明显减弱。且平面细胞及3D细胞微球检测中,HSC2细胞系所发射的荧光较强。4、在体内实验中,HNT-NTR可检测荷瘤鼠体内头颈部鳞癌实体瘤,且HSC2荷瘤鼠的荧光较强,荧光最大值约出现于注射探针后2-4 h。研究结论:本文开发了一种基于NTR响应的新型近红外荧光探针并命名为HNT-NTR,它用于可视化检测复杂生物系统中的NTR水平。HNT-NTR可以对NTR产生快速响应,具有高选择性、高灵敏度、明显的颜色变化（从黄色到橙色）和近红外发射的优点。此外,HNT-NTR还可以通过检测并半定量表达NTR水平来区分低氧细胞和其他常氧细胞。在体内外实验中,HNT-NTR更是表现出其发射荧光的组织穿透性,以及对低氧肿瘤细胞及组织的高度选择性和灵敏度可以基于NTR水平的高低用于判断头颈部鳞癌细胞的内部低氧情况,继而判断头颈部鳞癌的侵袭性。