细胞的氧化还原状态在细胞的各种生命活动中扮演着重要的角色。本文利用一种GFP的突变体:氧化还原敏感性GFP(reduction-oxidation-sensitive GFP,roGFP1),对顺铂(cisplatin)诱导的细胞凋亡过程中线粒体的氧化还原电势变化动力学过程,进行动态光学成像检测,并初步探讨了多光子激发对细胞氧化还原状态可能产生的影响,以及由多光子激发导致的荧光蛋白光转换现象在监测线粒体运动中的应用。本研究主要实验结果和结论如下:首先,优化基于roGFP1的细胞氧化还原比率成像条件:对Olympus FV1000激光扫描共聚焦显微镜的成像参数进行了优化,并分析比较了各种参数(如PMT、pinhole等)对roGFP1在405nm和488nm双波长激发下的荧光比率值(R405/488)的影响。研究结果证实,细胞内roGFP1蛋白质的表达量对其R405/488值影响极小,roGFP1是一种稳定的双吸收波长比率型荧光探针。再者,用荧光比率成像检测roGFP1对外源性氧化还原剂的反应灵敏度:利用外源性氧化剂H2O2和还原剂DTT,对roGFP1的R405/488值变化动力学过程进行了实时监测。在我们的成像系统中,roGFP1能对最低0.2 mM的H2O2做出反应;探针的R405/488值变化有很好的可逆性,即roGFP1能够动态可逆地反映细胞氧化还原状态。作为应用,通过顺铂(cisplatin)诱导Hela细胞凋亡,用roGFP1动态监测线粒体氧化还原电势变化。结果表明,凋亡过程中,线粒体的氧化还原电势发生了剧烈的变化;作为细胞的应激反应,细胞内存在某种机制能够对抗线粒体中电势的升高(如谷胱甘肽等还原小分子)。最后,利用roGFP1探针初步探讨多光子激发是否能引起由于光致ROS增加而导致的线粒体的氧化还原变化。实验中我们却意外发现多光子能引起roGFP1光谱性质的显著改变。利用多光子激发诱导的roGFP1光谱转换特征,我们初步尝试了用于研究线粒体的运动。综上所述,本研究建立了动态成像检测活细胞氧化还原状态变化的研究平台,为阐明氧化还原状态变化在各种细胞生命活动过程中的作用提供了良好的工具。