David Baker 全新蛋白从头设计成果发布

一直以来，激酶都是抗癌药物研发的热门靶点，但也是出了名的"难啃骨头"。人体内五百多种激酶结构高度相似，尤其是负责结合ATP（能量分子）的那个口袋，几乎是"祖传款式"——传统小分子药物瞄准这里下手，常常"敌我不分"，误伤一整片近亲激酶。

激酶催化磷酸化反应示意图 — 背景激酶的基本工作原理：利用ATP，将磷酸基团转移给底物蛋白，即"磷酸化"——这是细胞内几乎所有信号通路的开关动作。

这一次，Baker团队换了个思路：不再纠缠于那个拥挤的ATP口袋，而是用AI设计工具RFdiffusion，直接为焦点粘着斑激酶（FAK）——一个与癌症转移、细胞迁移密切相关的明星靶点——量身定制全新的"迷你蛋白开关"。

设计思路：团队没有从零盲目摸索，而是先系统比对了FAK在不同状态下的结构差异，找出了ATP口袋周围"可松可紧"的关键区域，再用AI生成能够精准卡住某一种构象的迷你蛋白骨架，最终让整套设计流程有的放矢。

设计流程与初筛结果 — Fig.1从结构比对、AI生成蛋白骨架，到序列设计与AlphaFold2打分筛选，团队最终选出96个候选蛋白进行实验测试；初筛显示相当一部分设计成功压低或抬高了FAK的活性信号。

研究团队设计了近百个候选蛋白，通过高通量筛选，最终锁定了四个表现最亮眼的选手：其中两个是"刹车"型选手（FAK_I1、FAK_I2），能以极低浓度（纳摩尔级别）强力抑制FAK活性；另外两个是"油门"型选手（FAK_A1、FAK_A2），能显著提升FAK的催化活性，效果最高可达正常水平的数倍。

2.7 nMFAK_I1 结合亲和力（KD）

2.8 nMFAK_A2 半数激活浓度（EC50）

17-22 nM抑制剂半数抑制浓度（IC50）

＞2倍活化剂最高活性提升幅度

生化表征：结合力与活性曲线 — Fig.2四个代表性设计蛋白的结构模型、结合力测定（SPR）与放射性激酶活性剂量-反应曲线——数据一致证实它们分别是强效的FAK抑制剂或激活剂。

选择性表现零误伤

更令人惊喜的是选择性表现。团队专门测试了这些设计蛋白对FAK近亲激酶（比如EGFR、SYK、ZAP70等）的影响，结果几乎"零误伤"——即便用量远超起效浓度，这些迷你蛋白依然只精准锁定FAK，堪称"指哪打哪"。

激酶组选择性图谱 — Fig.4将FAK_I1、FAK_I2的抑制效果映射到人类激酶组全景图上：红色圆点越大代表抑制越强。可以看到，抑制效果几乎只集中在FAK这一个点上，对其余测试的激酶（包括结构相近的EGFR、SYK、ZAP70）影响甚微。

细胞实验真开关

团队还进一步用晶体结构验证了设计的精准度：实验解出的真实蛋白复合物结构与AI设计模型高度吻合，误差小到令人惊叹，证明如今的AI蛋白设计已经能够实现原子级别的精准把控。

在细胞实验中，这些迷你蛋白同样表现抢眼。将它们表达进入乳腺癌细胞后，"刹车"型设计能够有效抑制FAK信号、减少细胞铺展和黏附结构的形成，并显著降低3D肿瘤球模型中的细胞存活率；而"油门"型设计则呈现出完全相反的效果，让细胞铺展和黏附明显增强。这说明这些人工设计的蛋白不只是"能结合"的摆设，而是真正能在活细胞里发号施令的功能性开关。

细胞水平功能验证 — Fig.5在乳腺癌细胞中稳定表达四个设计蛋白后：免疫印迹显示FAK磷酸化水平被相应压低或抬高；细胞铺展与黏附斑（vinculin染色）数量随之减少或增多；3D肿瘤球活力实验中，抑制型设计显著降低了细胞存活率。

不仅如此，团队还成功把这套"抑制剂设计模板"直接搬到了另一个明星激酶Src身上，证明这套从头设计方法具备很强的可迁移性——为FAK设计的经验和骨架，可以快速改造去打击其他激酶靶点，而不必每次都从零开始。

一句话总结：这项研究首次证明，AI从头设计的蛋白不仅可以做"刹车"，还能做"油门"——既能抑制激酶，也能激活激酶，且都能实现前所未有的高选择性，为下一代基因编码药物提供了全新的技术范式。

De novo design of selective kinase modulators

Magnus S. Bauer, Saurav Kumar, Mia Donald-Paladino, Dongyang Li 等｜David Baker 通讯作者
bioRxiv, 2026年7月13日发布
doi.org/10.64898/2026.07.10.737808