BindCraft：基于AlphaFold2的蛋白质结合剂"一次设计即成功"计算平台

研究人员开发出开源计算管道BindCraft，利用AlphaFold2权重实现功能性蛋白质结合剂的从头设计，实验成功率高达10-100%。该技术无需高通量筛选即可获得纳摩尔级亲和力的结合剂，成功靶向细胞表面受体、过敏原及CRISPR-Cas9等多结构域核酸酶，在过敏治疗、基因编辑调控和靶向基因递送等领域展现应用潜力。

　　

蛋白质相互作用(PPI)是生命活动的核心，但传统方法如免疫接种、抗体库筛选等存在耗时长、靶点可控性差等局限。虽然Rosetta等物理计算方法实现了早期结合剂设计，但成功率不足0.1%，且需预定义支架对接。深度学习革命为这一领域带来转机——AlphaFold2(AF2)等模型能精准预测蛋白质结构和PPI，但现有RFdiffusion等方法仍依赖刚性靶标界面，存在设计断层。

《Nature》最新发表的这项研究提出了突破性解决方案。瑞士洛桑联邦理工学院Bruno E. Correia团队开发的BindCraft平台，通过反向传播AF2网络权重实现结合剂的全自动设计。该技术独特之处在于允许靶蛋白柔性变化，能捕捉结合诱导的结构改变。研究团队在12类挑战性靶标上验证了其效能，包括免疫检查点PD-1/PD-L1、过敏原Bet v1、核酸酶SpCas9等，平均成功率46.3%，亲和力达纳摩尔级且无需实验优化。

关键技术包括：1）利用AF2 multimer进行结合剂初始设计，通过损失函数优化结合界面；2）采用MPNNsol优化结合剂核心序列；3）通过AF2单体模型和Rosetta物理评分进行双重过滤；4）结合X射线晶体学（分辨率2.2-3.0 ?）和冷冻电镜（局部分辨率3.5-4.2 ?）验证设计准确性；5）采用表面等离子共振(SPR)和生物层干涉术(BLI)测定结合亲和力；6）基于患者血清样本进行过敏原IgE阻断实验；7）通过基因编辑和核酸酶活性实验验证功能调控。

靶向细胞表面受体的结合剂设计

针对PD-1设计的二价Fc融合蛋白表现出极慢解离速率，与单抗pembrolizumab竞争相同结合位点。PD-L1结合剂4形成1:1复合物（K_d=615 nM），而IFNAR2结合剂5（K_d=260 nM）能竞争性阻断IFNA2结合。CD45结合剂1靶向d3-d4结构域连接区（K_d=14.7 nM），突破了糖基化修饰的挑战。

遮蔽过敏原表位

针对尘螨过敏原Der f7设计的结合剂2（K_d=12.8 nM）晶体结构显示1.7 ?骨架偏差，与单抗表位重叠。桦树过敏原Bet v1结合剂2（K_d=120 nM）能阻断50%患者血清IgE结合，效果媲美商业抗体REGN5713。

调控多结构域核酸酶

设计的SpCas9结合剂3/10靶向REC1结构域（表观K_d~300 nM），冷冻电镜密度图证实其占据guide RNA结合位点，能显著降低HEK293T细胞编辑效率。针对Argonaute核酸酶CbAgo设计的结合剂2（K_d=5 nM）使切割速率降低80倍，首次实现人工Argonaute抑制。

AAV重定向基因递送

将PD-L1/HER2结合剂插入AAV6衣壳VR-V区，改造后的病毒载体在受体过表达细胞中 transduction效率提升10倍，且能被特异性抗体阻断。

这项研究标志着计算设计迈向"一次设计即成功"的新阶段。与RFdiffusion相比，BindCraft设计的结合剂界面氨基酸分布更自然，且能靶向传统方法难以处理的核酸结合位点。虽然合成结合剂的免疫原性等问题仍需解决，但其在过敏治疗（单剂阻断多重表位）、基因编辑调控（新型Anti-CRISPR设计）和精准基因递送等领域的应用前景广阔。该平台的开源特性将加速生物医药领域"按需设计"时代的到来。