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【央视新闻客户端】

纳米抗体分离筛选示意图。

上海合成免疫工程技术研究中心供图

近期,美国迈阿密大学与法国图尔大学的科研团队在《自然·通讯》期刊上公布了一项突破性成果:科学家成功从羊驼体内分离出一种特殊的纳米抗体 ,在压力诱导的抑郁小鼠模型中实现了快速且持久的疗效,为抑郁症治疗提供了新思路 。近年来,纳米抗体这类源自骆驼科动物的微小蛋白 ,正凭借其独特的生物特性,借助AI(人工智能)的翅膀,在全球生物医药领域掀起一场“小个头、大能量 ”的革命。

重新定义抗体:从“重甲骑兵”到“特种兵”

拥有更高的灵活性和渗透力 ,可针对传统抗体难以抵达的靶点

抗体,也可以理解为身体里的“巡逻卫士 ”。它们是人体免疫系统产生的一种特殊蛋白质,主要任务是识别并中和外来入侵者(如细菌、病毒 、毒素等 ,即抗原) 。要理解纳米抗体的重大意义 ,首先要走进人体免疫系统的微观世界 。

对于人体免疫系统来说,传统抗体就像身披重甲的“骑兵”。它们分子量巨大,结构复杂 ,战斗力强,但是在面对疾病靶点(治病时药物要攻击的“特定目标”或“关键锁孔 ”)表面那些狭窄的凹槽或致密的组织间隙时,往往因“体形庞大”而束手无策。此时 ,在这场微观世界的攻防战中,纳米抗体更像是身手敏捷的“特种兵” 。它们源自骆驼、羊驼等动物体内,个头很“小 ” ,直径仅2.5纳米(1纳米等于十亿分之一米),长度4纳米,分子量只有传统抗体的1/10。正是这种“小 ” ,赋予了它们极高的灵活性和渗透力。

纳米抗体的故事始于1993年 。比利时科学家在研究羊驼血液时,首次发现了一类仅由“重链”(构成抗体分子的两条主要多肽链之一,分子量比轻链大)构成的抗体。这打破了“抗体必须由轻链和重链共同组成”的传统认知。与传统抗体相比 ,纳米抗体拥有三大独特优势:

一是够得着——深入死角的能力 。传统抗体有多个结合部位 ,结构宽大;纳米抗体只有一个结合部位,但其关键区域通常更长、更凸。这就像一根细长的探针,能深入酶的活性口袋或病毒蛋白隐蔽的凹槽 ,直抵那些传统抗体够不着的致病靶点。极简的结构,赋予它独特的生存智慧 。

二是存得住——极强的稳定性。传统抗体结构复杂,对环境敏感 ,通常需要冷链运输和低温保存。而纳米抗体结构紧凑,即使经过高温 、极端酸碱环境处理,依然能保持结构完整 。这意味着它们未来可以被开发成口服药片或吸入式喷雾 ,极大提升患者用药的便利性 。

三是进得去——穿透屏障的潜力。研究预测,纳米抗体还有望穿过著名的“大脑防护墙 ”(即血脑屏障)。这道由紧密连接的细胞构成的“铜墙铁壁”,挡住了98%的小分子药物和几乎全部的大分子生物药 ,是治疗阿尔茨海默病、帕金森病等脑部疾病的最大障碍之一 。纳米抗体凭借微小的体积,结合特定的分子工程改造,可以利用特殊通道进入脑组织 ,为治疗神经系统疾病打开新思路。

全球研发提速:在多个领域展现应用潜力

可应对肿瘤免疫、神经系统疾病 、感染性疾病、自身免疫性疾病等

从科学发现到治病良药 ,纳米抗体药物的转化路径日趋成熟。从羊驼等动物体内分离抗原特异性纳米抗体,通过人源化、结构优化等工程手段,将其逐步塑造成适合人体的候选药物分子 ,随后历经临床前安全性评价 、规模化生产及临床试验验证,方能成为真正的药物 。如今,全球各大药企正投入巨资开发纳米抗体药物 ,应用领域涵盖肿瘤免疫 、神经系统疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病等,特别是在基因治疗 、细胞治疗等领域展现了相当潜力。

2018年,首款纳米抗体药物获得美国食品药品监督管理局批准上市 ,用于治疗一种罕见的血液疾病——获得性血栓性血小板减少性紫癜。该病会导致患者体内血小板异常聚集,引发严重出血 。传统治疗方法需要多次血浆置换,这款新药就像一个精准的拦截员 ,专门堵住导致病情恶化的特定环节,显著降低了治疗难度和死亡率。

让纳米抗体声名鹊起的,是其在新冠疫情期间的表现。病毒不断变异 ,传统抗体识别的靶点也在变化 ,导致许多抗体药物刚研发出来就可能因病毒变异而失效 。科学家们因此把目光转向了病毒身上最保守、最隐蔽的区域,即便病毒的某些部分发生变异,纳米抗体依然可以发挥作用。复旦大学研究团队就利用纳米抗体“个头小、钻得深”的特点 ,设计出能识别病毒保守域的广谱中和抗体。它能够深入病毒狭窄的隐蔽凹槽,实现强效中和,从而有效阻断病毒侵入人体细胞 。免疫系统可加速清除入侵的病毒 ,从而显著减轻组织损伤 、缓解疾病症状 。同时,科学家还可以像搭积木一样,将识别不同位点的纳米抗体连接起来 ,构建“多价分子 ”,从而同时锁住病毒的多个部位,有效应对变异株。

将靶点从易变的区域转向病毒结构中更保守的隐蔽部分 ,可以更好地应对多种高变异病毒感染。目前,全球针对冠状病毒、流感病毒、艾滋病病毒等开发出广谱中和的候选纳米抗体,部分候选抗体已进入临床试验 。

此次美国与法国科学家的最新合作 ,进一步拓展了纳米抗体的应用疆域。针对压力诱导的抑郁症 ,传统药物往往起效慢 、副作用大。研究团队利用纳米抗体激活大脑中与情绪调节相关的关键受体,在小鼠模型中展现出快速起效、疗效持久的特点 。此前,法国团队开发出针对精神分裂症相关关键脑受体的纳米抗体 ,在经过外周注射后,纳米抗体能够穿越血脑屏障进入脑内,在小鼠模型中改善行为学缺陷 ,其疗效至少持续一周。这些发现不仅验证了纳米抗体治疗脑部疾病的可行性,更为治疗精神分裂症、抑郁症等复杂精神疾病提供了方案。它证明了通过基因工程改造的天然蛋白,可以成为调节大脑功能的精密工具 ,为患者带来新的希望 。

AI赋能:当“自然馈赠”遇上“智能设计”

抗体设计更加精准,有望大幅压缩新药研发成本与周期

如果说纳米抗体是大自然馈赠的“璞玉 ”,那么AI就是“点石成金”的巧手。抗体药物的研发范式 ,正在经历一场由AI驱动的深刻变革。传统抗体筛选依赖免疫动物或构建庞大的文库,再通过反复筛选获得候选分子,过程如同大海捞针 ,耗时耗力 。如今 ,AI开始直接根据特定靶点结构,按图索骥,设计出相应的抗体序列。

2025年 ,诺贝尔化学奖获得者 、美国华盛顿大学科学家大卫·贝克的团队开发出一款生成式AI模型,能够面向特定抗原的指定部位,从头生成纳米抗体序列 ,部分纳米抗体在结合构象上达到了原子级精度。这种“计算生成—实验验证—快速迭代”的全新流程,使得抗体设计更加定向和精准,有望显著缩短新药研发周期 。

中国在纳米抗体药物的研发上已进入产业化验证阶段 。复旦大学与腾讯AI实验室联合开发出专用设计平台——TFDesign—sdAb ,在解决纳米抗体纯化、产业化等难点问题上实现突破。比如,传统上,纳米抗体因无法与工业界通用的纯化介质直接结合 ,导致生产成本高昂。中国研究团队采用“先生成、后排序 ”的AI策略,让算法设计出成千上万种纳米抗体的改造方案,再筛选出既保留治病能力又能完美适配传统工业化生产流程的方案 ,就像在纳米抗体身上“缝”上了一个能适配工业流水线的“接口” 。研究结果显示 ,设计成功率达到100%。这意味着纳米抗体药物可以无缝接入现有的大规模生产线,大幅降低生产成本。

尽管发展前景广阔,纳米抗体的全面普及仍面临不少挑战 。AI模型对纳米抗体独特结构的预测精度仍需提升 ,且高度依赖稀缺的实验数据;面对癌症 、神经退行性疾病等复杂疾病,如何找到更有效的靶点仍是难题;如何更高效地克服生理屏障 、实现多靶点协同调控,也是未来攻关的重点。

总体来看 ,随着AI技术的飞速突破和生物医药产业的能级跃升,纳米抗体研发正迎来黄金期。通过多智能体系统、AI大模型与自动化高通量实验平台的深度融合,纳米抗体的研发正在形成“计算指导发现 ”的高效路径 ,这不仅将大幅压缩新药研发的成本与周期,并为复杂疾病的治疗提供新的可能 。

(作者为复旦大学、上海创智学院特聘教授,上海合成免疫工程技术研究中心主任 应天雷)

《人民日报》(2026年03月30日 第 16 版)


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