AI+SPR：Science+NCB顶刊教你“玩转”表位识别

1 月 16, 2026

1. 针对肽-MHC-I复合物的高特异性binder蛋白设计

MHC-I类分子在细胞表面呈递源自细胞内抗原的肽段，用于免疫监视，而针对这些肽-MHC（pMHC）复合物的特异性靶向在疾病治疗中具有重要应用价值。然而，这种靶向非常具有挑战性，因为它需要识别肽抗原中少量向外暴露的残基，同时避免与几乎所有细胞上都存在的MHC载体发生广泛接触。

诺奖得主David Baker团队在Science上发表文章，使用深度学习驱动的蛋白质设计工具（RFdiffusion + ProteinMPNN），从头设计（de novo）小型蛋白（小于150 aa），使其跨越MHC肽结合槽并与肽段形成广泛接触。通过AlphaFold2/3和Chai-1预测验证结构，结合部分扩散（partial diffusion）策略快速适配不同pMHC目标。

针对10个不同的pMHC复合物（涵盖病毒抗原、肿瘤相关抗原、neoantigen），设计并筛选出高特异性结合蛋白。全基因合成后克隆到pET29b(+) 载体中，大肠杆菌表达后，使用Ni柱和凝胶过滤（Superdex 75 10/300GL）两步纯化。

结合动力学分析在Biacore8K通过Biotin CAPture Kit捕获法完成。捕获生物素化的肽-MHC单体约250 RU，蛋白binder（分析物）在HBS-EP+缓冲液中，以30 µL/min 流速进样，浓度范围为1 nM 至1 µM。

结果显示，设计的蛋白与目标 pMHC 的结合亲和力在几到几十纳摩尔（nM）范围（图1，图2），显示出高亲和力。

图1：针对HIV (b)和 MAGE-A3 (c)设计的蛋白binder的凝胶过滤图谱，SPR结合传感图，结构模型

图2：针对PRAME binder A9/A2结合PRAME pMHC单体的SPR结合传感图

关于文中提到的可逆捕获生物素化配体的Biotin CAPture Kit的详细信息，可参考：
▶ Biotin CAPture Kit方案：轻松搞定生物素化配体可逆捕获！

此外，我们的新品Biacore cap-tag捕获试剂盒，通过独特的寡核苷酸标签（cap-tag）技术，无需依赖传统标签，即可将目标蛋白高效捕获到传感芯片上，可参考：

▶ 新品速递丨Biacore cap-tag捕获试剂盒：解锁无标记蛋白互作分析新体验

2. 利用深度学习精确设计单域蛋白支架呈现三个非重叠表位

传统蛋白设计通常只能在一个支架上呈现单一功能位点，而天然蛋白往往具有多个功能位点。在疫苗设计中，能在一个免疫原上同时呈现多个病毒中和表位，有望提高免疫反应并减少非中和位点的免疫优势。

诺奖得主David Baker团队在Nature Chemical Biology上发表文章，利用深度学习方法（RoseTTAFold、RFjoint2 Inpainting）和ProteinMPNN，设计了小型单域免疫原（小于130 aa），在一个支架上呈现三个RSV（呼吸道合胞病毒）融合蛋白表位（II、IV、V）。

设计的免疫原支架全基因合成后克隆到pET11b载体中，E. coli BL21 (DE3)表达后，使用Ni柱和凝胶过滤（HiLoad 16/600 Superdex 75 column）两步纯化。

RSVF蛋白ExpiCHO细胞表达，使用Ni柱，StrepTrap HP affinity column和凝胶过滤（Superdex200 Increase 10/300 GL column）三步纯化。

抗体IgG和Fab蛋白HEK-293T细胞表达，使用5 ml HiTrap Protein A HP 柱纯化IgG，使用5 ml kappa-select 柱纯化 Fab，通过Superdex200 Increase 10/300 GL柱进行凝胶过滤进一步纯化。

SPR测定在Biacore 8K仪器上使用CM5芯片完成。固定设计的免疫原支架以及 RSVF 三聚体，流过Fab抗体（图3）。或者固定各种IgG ，流过设计的单体蛋白（图4）。分析物3倍或6倍梯度稀释进样，结合120s，解离600s，使用0.1 M Glycine (pH 3.0)再生。

结果显示，单表位设计（RSVFV-1 至 RSVFV-4）：KD 范围：54–241 nM（比天然 RSVF 三聚体的0.9 nM 差约50倍，但比之前报道的设计0.9 μM提高约20倍）。

图3：针对 RSV90 Fab 的四种设计的SPR稳态亲和力测定

三表位设计（RSVF-multi-1 至 RSVF-multi-4）：

Site II（motavizumab）：14–47 nM（天然 RSVF ~15 pM）；
Site IV（101F）：343–890 nM（天然 RSVF ~2 nM）；
Site V（RSV90）：>1 μM（天然 RSVF ~0.9 nM）。

图4：针对三种特异性表位抗体RSV90(site V), motavizumab(site II), 101F(site IV)的各四种设计的 SPR 稳态亲和力测定

SPR 数据验证了设计蛋白能与目标抗体结合，且多表位设计在结构复杂度增加的情况下仍保持纳摩尔级结合能力，证明深度学习方法在多表位免疫原设计中的可行性。

3. 抗体结构引导的in silico表位疫苗设计——针对新兴病毒诱导强效免疫应答

西北农林科技大学和中科院水生所的研究团队，在《Journal of Virology》发表文章，以罗非鱼湖病毒（TiLV）为模型，提出了一种全新的“抗体结构引导的表位疫苗”设计策略。先从感染鱼体内筛选高亲和力单链抗体（scFv），再通过抗原-抗体分子对接锁定关键表位，最后用单氨基酸随机突变在电脑里“进化”出更优的疫苗候选序列。最终得到的优化表位S390F，在罗非鱼体内诱导了显著的IgM应答、非特异性免疫酶活性以及免疫基因上调，对TiLV攻毒的相对保护率（RPS）提升约25%。

研究使用计算机辅助设计结合实验验证：通过ELISA、Western blot、免疫组化、SPR等方法验证表位与抗体结合能力及免疫效果。SPR测定在 Biacore T200仪器上使用CM5芯片完成。将 S390F肽通过氨基偶联固定在FC2上，FC1作为参比。运行缓冲液为1×PBS（pH 7.4）+5% DMSO。通过不同浓度的DMSO（4.5%–5.8%）自动生成溶剂校正曲线。将稀释后的抗体scFv1进样，使用10 mM Gly-HCl（pH 2.0）再生。

图5：利用SPR技术分析表位肽S390F与纯化抗体scFv1之间的结合能力

S390F与scFv1的KD值为573 nM，显示强结合能力，优于其他突变肽（如T395F、S404Y）和原始P30肽。SPR验证了计算机模拟的可行性，证明抗体结构引导的表位优化策略有效。该结果与ELISA、免疫学实验一致，进一步确认 S390F是免疫增强型表位疫苗的最佳候选。