研究背景:前列腺癌是发生在前列腺上皮的恶性肿瘤,是男性泌尿生殖系统最常见的恶性肿瘤之一。前列腺癌病程进展相对缓慢,但是由于其发病早期症状不明显,大多数患者在疾病早期不能得到明确诊断,从而错失了及时有效的治疗,导致了前列腺癌极高的死亡率。因此,前列腺癌的早期诊断对于提高其治愈率至关重要。研究目的:本文旨在发展一种高特异性靶向早期前列腺癌生物标志物丝氨酸穿膜蛋白酶hepsin和前列腺特异性膜抗原（Prostate specific membrane antigen,PSMA）的光学、核素多模态小分子成像探针,并探究其在前列腺癌活体成像及早期诊断方面的应用。研究方法:本论文设计了一种可激活多模态成像探针（P-125I）用于前列腺癌诊断和预后相关的生物标志物（hepsin和PSMA）的活体成像分析,P-125I含有一种近红外染料（CyN3OH）,该染料一端连接hepsin特异性识别底物,另一端连接放射性核素125I标记的PSMA靶向配体（PSMAL）。该探针自身荧光、光声信号处于“关闭”状态,当探针与病灶区域高表达的蛋白酶hepsin作用后,探针被hepsin特异性水解并“打开”其荧光、光声信号。此外,通过探针的PSMAL基团对前列腺癌高表达受体PSMA的高特异性靶向,实现其在肿瘤部位的高效富集并进一步促进探针与hepsin作用并激活光学信号,从而提高探针对前列腺癌的活体成像及诊断性能。研究结果:本研究成功地合成了可激活多模态小分子成像探针P-125I及其未放射性标记前体探针P,并通过核磁共振氢谱（1H-NMR）与基质辅助激光解析电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）对结构进行表征。体外酶切实验证明了探针P可被hepsin特异性激活并开启荧光、光声信号;细胞实验表明探针P能对早期前列腺癌细胞成像,并高效鉴别早期前列腺癌细胞（LNCaP）与晚期前列腺癌细胞（PC3和DU145）。活体成像结果表明P-125I实现了对早期前列腺癌细胞荷瘤小鼠的高灵敏、高特异性活体光学和放射性成像,实现了前列腺癌的早期诊断。同时,由于放射性成像的高灵敏性、深层组织穿透性以及探针的高特异性靶向性能,P-125I实现了对直径小于2mm的微小肿瘤灶的灵敏成像。结论:本论文报道了可激活多模态小分子成像探针P-125I,该探针分别在细胞和活体层面实现了对早期、晚期前列腺癌细胞及皮下移植瘤的准确鉴别。此外,病灶区域累积的放射性和激活光声信号分别与PSMA和hepsin的表达水平有良好的相关性,为前列腺癌的精准诊断、预后评价提供了有价值的信息。综上,本研究为前列腺癌的早期精准诊断提供了新的手段。