介绍一篇发表在Cell上的文章“Mapping cellular targets of covalent cancer drugs in the entire mammalian body”。通讯作者是来自美国Scripps研究所Dorris神经科学中心的Li Ye教授，课题组主要研究方向是利用化学标记和光遗传学等工具研究神经元活动的生理调控机制。本文中，作者开发出一种称为vCATCH（volumetric Clearing-Assisted Tissue Click Chemistry）的全身组织荧光成像技术，实现同一只小鼠从器官到细胞乃至亚细胞结构的“药物靶点地图”。
药物分子的主要结合位点是药物疗效和毒性的关键决定因素，因此近年来在组织区室和器官系统中可视化药物结合，以更好地理解体内药物作用是理解药物活性机制的新兴研究方向，但以空间和细胞分辨率绘制体内药物靶点仍然具有挑战性。传统放射自显影只能给出器官水平的大致平均信息，无法告诉研究者药物到底结合在哪些区域以及哪些细胞。作者团队此前开发出了“CATCH”技术，通过结合组织清除与原位点击化学来可视化组织切片中药物分子，而在本文中，作者旨在进一步将研究体系扩展到大型异质三维组织环境乃至全动物水平。
vCATCH技术的主要实验流程和提升点如下。1. 探针标记：作者选用已验证的“炔基-药物”衍生物（如afatinib-yne、ibrutinib-yne 及pargyline-yne等），保持与原药相近的药代动力学。2. 组织透明化：组织或整只小鼠经HYBRiD水凝胶-强化DISCO透明化，可获得70 × 30 × 20 mm完整透明样本。3. vCATCH标记：PRCS（Pre-Reaction Copper Saturation）处理，即先用过量 Cu(II) 浸泡1–7天，饱和组织内源性铜结合位点；RIR（Repeated Iterations of Reactions），每小时更换一次新鲜CuAAC反应液，连续2–8 轮，实现7–8个数量级动力学差异的“扩散-反应”解耦，从而在全脑/全身深度获得均匀信号。4. 成像与定量：光片显微镜获取全鼠1.8 µm各向数据，结合AI-ACE 深度学习自动把信号映射到Allen脑图谱或器官三维坐标，输出每个脑区/器官的“药物荧光强度”与“药物结合细胞密度”。
在方法建立和验证结果中，作者证实，vCATCH将把原本只能染0.4 mm脑片的传统 CATCH技术提升到整半脑，证明CuAAC点击化学可通过“催化剂预饱和+多轮反应”策略，像抗体染色一样在超大组织块中均匀标记。在大脑中，作者成功重现了文献里利用免疫共染等实验证实的pargyline（优降宁）脑区结合谱，强度图与细胞密度图均突出了蓝斑核（LC）、下丘脑、脑桥等已知单胺氧化酶富集区。
随后，作者将成像目标从“整组织”提升到“整鼠”，分析了阿法替尼和伊布替尼衍生探针（afatinib-yne和ibrutinib-yne）的器官分布。vCATCH 结果与FDA放射自显影数据高度吻合：afatinib 在肺、肝富集；ibrutinib 在肝、脾、心富集。此外，高分辨率结果还获得了新发现：单剂量 ibrutinib 即可在心脏、血管内皮显著滞留，为其急性心房颤动和出血的副作用提供了“药物先富集”的生物证据。此外，细胞分辨率水平的结果发现了两种药物在肺、肝、肾和脾脏等部位中细胞结合类型差异，为它们的毒性机制和脱靶效应提供了新线索。
总的来说，vCATCH技术把“共价药物-靶点”研究扩展到“整只鼠、单细胞精度”的三维地图，为阐明抗癌药疗效、毒性及下一代共价药物设计提供了可直接观察的数据平台。
本文作者：FTY
责任编辑：MB
DOI：10.1016/j.cell.2025.11.030.
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.11.030.
