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本论文围绕气体信号分子硫化氢开展了二个方面研究:(1)硫化氢荧光探针的设计、合成及生物学应用;(2)基于染料木素结构的硫化氢供体化合物的设计、合成及抗神经炎症研究。论文第一部分:硫化氢在生物信号传导和代谢过程中发挥着重要作用。荧光探针技术可实现硫化氢的实时、可视化检测。(1)制备了选择性识别硫化氢的比率计荧光探针NAP-1和RHP-2。上述探针具有检测限低、灵敏度高、选择性好、光稳定性好以及安全低毒的优点。在PBS缓冲液及牛血清中,荧光强度比值与硫化氢浓度之间具有良好的线性关系,说明探针适合于定量检测。NAP-1与RHP-2不仅能够实现MCF-7细胞中内源性H2S的荧光比率成像,还能够定量检测人血浆与小鼠海马组织中的内源性H2S水平。并应用制备的探针检测了疾病模型(神经炎症模型与抑郁模型)小鼠海马组织H2S水平,得到的数据提示内源性H2S水平的降低可能参与了神经炎症相关疾病和抑郁症的病理进程。(2)制备了对硫化氢选择性的近红外荧光探针SCY-1和SCY-2。上述探针具有选择性好、灵敏度高、响应迅速(15s-30s)和检测限低(30nM-40nM)的优点。其中,SCY-1是具有良好水溶性的近红外探针。应用SCY-1实现了在100%水溶液中,细胞内源性H2S的实时荧光成像。上述探针的研制,为硫化氢的医学研究提供了简便有效的工具。论文第二部分:神经炎症与突触可塑性损伤是阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的重要病理特征。针对这二个重要的病理环节,将硫化氢的抗神经炎症作用和染料木素的改善突触可塑性作用结合起来,利用拼合药物设计原理,设计并合成了一系列基于染料木素结构的硫化氢供体化合物。以LPS诱导BV2小胶质细胞炎症因子的过度生成,构建体外神经炎症模型,对目标化合物的抗神经炎症活性进行筛选与评价;应用硫化氢荧光探针NAP-1测定目标化合物在细胞内释放的硫化氢水平,探讨抗炎活性与硫化氢水平之间的关系;进行协同药效研究以及初步分析了构效关系。体外实验结果表明:(1)目标化合物均能显著降低LPS诱导的促炎因子(TNF-α IL-1β和NO)的过量释放,所有目标化合物的抗神经炎症活性均显著强于染料木素及其相应的硫化氢供体;除GHS-4和GHS-5外,目标化合物的抗炎活性显著强于染料木素及其相应的硫化氢供体的联合应用;其中GHS-2的抗神经炎症活性最高;(2)目标化合物能够在细胞内经过代谢释放出硫化氢;目标化合物的抗神经炎症活性与其硫化氢的释放水平呈正相关,硫化氢在提高抗炎活性方面发挥了重要作用;(3)目标化合物抗炎活性的显著增强,是通过发挥硫化氢与染料木素衍生物二者的增强型协同作用而实现的。对抗神经炎症活性优良的GHS-2进行体内药效学研究,以小鼠侧脑室注射LPS构建神经炎症模型,从神经炎症和突触可塑性的角度,研究GHS-2的神经保护作用:测定水迷宫和避暗的行为学指标变化,观察GHS-2对神经炎症模型小鼠学习记忆能力的影响;检测海马胶质细胞激活标记物(CD11b和GFAP)、炎症因子(IL-1β、TNF-α)和p-NF-κB的表达情况,研究GHS-2的抗神经炎症作用;检测海马突触相关蛋白SYN和PSD-95的表达情况,研究GHS-2的改善突触可塑性作用;运用硫化氢荧光探针NAP-1检测小鼠海马硫化氢水平,研究GHS-2对H2S/CBS体系的影响。体内实验结果表明:(1)水迷宫和避暗实验结果表明,GHS-2可改善LPS诱发的小鼠学习记忆障碍;(2)GHS-2可上调神经炎症小鼠海马内PSD-95和SYN的表达,进而改善LPS引起的突触可塑性损伤;(3)GHS-2可降低神经炎症小鼠海马内CD11b mRNA和GFAP mRNA水平,抑制小胶质细胞和星形胶质细胞的异常激活;(4)GHS-2可抑制NF-κB的磷酸化,进而降低炎症因子IL-1β mRNA和TNF-α mRNA水平和炎症因子的过量生成;(5)GHS-2可上调海马内硫化氢合成酶CBS mRNA和H2S水平。上述结果提示,GHS-2可能通过抑制NF-κB的磷酸化,抑制小胶质细胞和星形胶质细胞的过度激活,调控CBS/H2S体系,进而下调神经炎症水平,发挥其抗神经炎症作用;GHS-2通过上调突触相关蛋白PSD-95和SYN的表达,改善突触可塑性损伤,进而改善小鼠学习记忆功能。因此,GHS-2能够针对神经炎症和突触可塑性损伤二个重要的病理环节而发挥神经保护作用,从而达到协同提高药效的目的。GHS-2的抗神经炎症活性显著优于染料木素和阳性对照药布洛芬,GHS-2有望成为新型的抗神经炎症药物。