2025年7月25日,《Science》同期刊发三篇重磅研究,首次系统性展示AI驱动的pMHC靶向蛋白设计如何推动癌症免疫治疗走向精准化、个性化。长期以来,科学家在开发靶向肿瘤抗原的“分子导弹”时面临两大难题:

  • MHC-I分子结构高度保守,呈递肽段种类繁多,导致识别特异性低;

  • T细胞受体(TCR)识别机制极为复杂,难以通过传统方法预测或设计。


如今,AI模型的引入,特别是以RFdiffusion为核心的蛋白质结构生成平台,正在改写免疫治疗的设计逻辑。

📚 三篇Science重磅研究对照总览


✅ 文章1:De novo-designed pMHC binders facilitate T cell–mediated cytotoxicity toward cancer cells
→ 聚焦AI设计miBd小型pMHC结合蛋白并成功杀伤癌细胞。

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✅ 文章2:Design of high-specificity binders for peptide–MHC-I complexes
→ 强调特异性设计流程通用化,适配多种肽-MHC复合物。

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✅ 文章3:De novo design and structure of a peptide-centric TCR mimic binding module
→ 设计刚性α螺旋TCR模拟物(mini-TCRm),构建CAR与TCE,实现精准免疫杀伤。

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🔬 研究目标一致:
  • 克服传统TCR或抗体开发的效率低、脱靶高、个性化难等问题;

  • 利用AI结构设计平台,从头构建小型、高特异性的pMHC结合蛋白;

  • 推动肿瘤新抗原靶向治疗、CAR-T/TCE疗法个性化发展。



🔬 设计流程(通用于三文):

  1. 结构生成:通过扩散模型RFdiffusion设计蛋白骨架

  2. 序列优化:使用ProteinMPNN提升结合区氨基酸匹配

  3. 结构筛选与功能预测:借助AlphaFold2/3与Chai-1预测折叠质量与结合稳定性

  4. 功能验证:进行分子动力学模拟、Cryo-EM/晶体解析及T细胞功能测试

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🧪 实验成果对比:


项目
文章1文章2文章3靶点示例
NY-ESO-1/HLA-A*02:01
Neoantigen/HLA-A*01
11种pMHC(癌症/病毒/突变)
NY-ESO-1/HLA-A*02
代表设计体
NY1-B04
多个特异性binder
mini-TCRm 1.1
亲和力
Kd = 6.9 nM
多个nM级结合体
Kd = 9.5 nM
结构解析
Cryo-EM(3.8 Å)
晶体结构(2.2 Å)
晶体结构(2.05 Å)
功能验证
IMPAC-T细胞杀伤
CAR-Jurkat活化/杀伤
CAR-T + TCE功能测试
特异性评估
多突变肽交叉验证
酵母展示 + AlphaFold预测
扫描14,000肽,仅2个脱靶


🌟 亮点提炼:


亮点
文章1
文章2
文章3
设计创新
首次将AI设计流程用于个体化neoantigen靶点
引入partial diffusion提高多靶点适配性
α螺旋刚性模块化结构,提升特异性
结构与功能一致性
Cryo-EM与预测模型RMSD ≈ 1.8Å
晶体结构与AF预测RMSD ≈ 0.4Å
晶体结构显示倾斜TCR样结合
应用形式
构建CAR结构(IMPAC-T细胞)
用于CAR系统测试多靶点
构建TCE+CAR双平台

🔍 差异化特征一览:


比较维度
文章1
文章2
文章3
设计平台
RFdiffusion + AF2 + MD模拟
RFdiffusion + Chai-1 + Partial Diffusion
RFdiffusion(α螺旋束)
验证深度
多轮模拟 + 表达验证 + Cryo-EM
多pMHC验证 + 晶体结构
晶体结构 + 功能验证全面
通用性 vs 特异性
高亲和 + 个性化
高通量 + 适配多靶点
极高特异性,适合精准用药
是否验证脱靶
是,突变肽测试+预测一致性 >80%
是,选择性测试明确
是,大规模脱靶筛选,几乎无响应


🔮 未来展望:

  • 快速定制个体化肿瘤新抗原靶向蛋白

  • 多HLA适配能力拓展,兼容不同人群

  • 拓展至病毒、自身免疫疾病等其他免疫靶向场景

  • AI辅助设计流程将成为精准免疫治疗的标准引擎


💬 总结语:


三篇文章共同展现了一个趋势:AI设计正在革新pMHC结合蛋白的研发模式,从传统筛选转向“按需生成”,让肿瘤新抗原、病毒抗原甚至自体抗原的靶向治疗成为可能。也将推动精准免疫治疗向个体化、普适化并进。