在生命的微观世界里，蛋白质就像一群勤劳的 “小工匠”，它们参与并调节着生物体的正常代谢和细胞内的信号交流，对生命活动至关重要。而蛋白水解靶向嵌合体（PROTACs）的出现，如同给了科学家们一把神奇的 “剪刀”，可以精准地剪掉那些在疾病发生发展过程中 “捣乱” 的蛋白质（即感兴趣的蛋白质，POIs），尤其是那些难以对付的转录因子。如今，许多针对关键致癌蛋白的 PROTACs 已经进入癌症治疗的临床试验阶段，像 ARV - 110（针对雄激素受体）和 ARV - 471（针对雌激素受体）。
然而，这把 “剪刀” 也存在一些问题。PROTACs 的结构变化会不可预测地影响其蛋白质降解效率，目前主要通过蛋白质免疫印迹法（WB）来量化 POIs 的丰度，以此评估降解效率。但这种方法就像是在黑暗中摸索，无法对活细胞内的蛋白质降解进行无创监测，更别提直接在体内评估降解效果了。打个比方，这就好比我们想知道一个机器内部零件的运转情况，却只能在机器外面听声音猜测，根本看不到里面到底发生了什么。而且，PROTACs 在体外和体内的蛋白质降解效果存在差异，这也给基于 PROTACs 的癌症治疗优化带来了很大挑战。
为了解决这些难题，华南理工大学的研究人员在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “An environment - sensitive reporter for in vivo quantification of PROTAC - mediated protein degradation” 的论文。他们开发了一种环境敏感报告分子（ESR），成功实现了在体内对 PROTACs 介导的蛋白质降解进行无创量化，还能筛选针对 POIs 的降解剂，并预测基于 PROTACs 的癌症治疗效果。这一成果就像是给研究人员提供了一副 “透视镜”，让他们能够更清楚地观察细胞内蛋白质降解的奥秘，为癌症治疗带来了新的希望。
为了验证 ESR 策略的通用性，研究人员选择了谷胱甘肽过氧化物酶 4（GPX4）蛋白进行实验。GPX4 是铁死亡的核心调节因子，在细胞代谢中起着重要作用。研究人员将 ML162（一种 GPX4 的共价抑制剂）修饰到 NR 骨架上，制备了环境敏感报告分子 ML - NR。通过分子对接模拟和 CETSA 实验，证实了 ML - NR 能够与 GPX4 蛋白结合。
接着，研究人员合成了几种 GPX4 靶向的 PROTACs，通过监测不同细胞系中经各种 PROTACs 处理后 ML - NR 的信号，筛选出了具有高效降解 GPX4 蛋白能力的 MC8。荧光成像和 WB 实验进一步验证了筛选结果，并且 ML - NR 信号变化趋势与 GPX4 - PROTACs 引发的降解趋势之间存在很强的正相关性，表明 ML - NR 可以作为筛选 GPX4 蛋白降解剂的可靠工具。
在体内实验中，给荷 4T1 肿瘤的小鼠腹腔注射 GPX4 - PROTACs 后瘤内注射 ML - NR，进行荧光成像和 WB 分析。结果显示，MC8 组的 ML - NR 信号显著降低，WB 分析证实该组的 GPX4 蛋白几乎完全降解，并且 ML - NR 信号变化与 GPX4 蛋白水平之间存在很强的正相关性，说明 ML - NR 可以作为无创量化体内 GPX4 蛋白降解的有价值指标。
在这项研究中，研究人员开发的 ESR 策略就像为研究蛋白质降解打开了一扇新的大门。可视化蛋白质降解过程不仅有助于揭示蛋白质降解的机制和调控过程，还能预测与 POIs 相关的降解剂的治疗效果。以往常用的蛋白质免疫印迹法无法满足无创动态监测蛋白质降解的需求，而 ESR 策略很好地解决了这个问题。
研究人员以 BRD4 和 GPX4 蛋白为模型，成功验证了 ESR 策略的有效性和通用性。JQ1 - NR 和 ML - NR 分别为非侵入性定量分析 BRD4 和 GPX4 的水平提供了新方法，并且能够用于筛选和评估相关 PROTACs 的蛋白质降解效果。这种基于 ESR 的荧光成像技术为识别针对 POIs 的降解剂和早期预测 PROTACs 的治疗结果提供了便捷、高通量的方法。
