AI与纳米抗体：生物医药领域的革命性突破

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

最近，美国迈阿密大学与法国图尔大学的研究团队在《自然·通讯》杂志上发布了一项重大发现：科学家成功从羊驼体内提取出一种特殊纳米抗体，在压力诱导的抑郁小鼠模型中表现出快速且持久的治疗效果，为抑郁症治疗开辟了新途径。近年来，这类源自骆驼科动物的微型蛋白质，凭借独特生物特性，结合人工智能技术，在全球生物医药领域掀起一场“小体积、大作用”的变革。

抗体概念革新：从“重甲骑兵”到“特种兵”

具备更高灵活性和渗透力，可精准靶向传统抗体难以抵达的位点

抗体可视为人体内的“防御卫士”，是免疫系统产生的特殊蛋白质，主要任务是识别并中和外来入侵者（如细菌、病毒、毒素等抗原）。要理解纳米抗体的重大意义，需深入人体免疫系统的微观世界。

对免疫系统而言，传统抗体如同身披重甲的“骑兵”，分子量大、结构复杂、战斗力强，但面对疾病靶点表面狭窄凹槽或致密间隙时，常因“体型庞大”而束手无策。相比之下，纳米抗体更像身手敏捷的“特种兵”，源自骆驼、羊驼等动物，直径仅2.5纳米，长度4纳米，分子量仅为传统抗体的十分之一。这种“小巧”特性赋予其极高的灵活性和渗透能力。

纳米抗体的探索始于1993年。比利时科学家首次在羊驼血液中发现一类仅由“重链”构成的抗体，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，纳米抗体具备三大核心优势：

一是精准定位——深入隐蔽区域的能力。传统抗体结构宽大，纳米抗体则仅有一个结合位点，关键区域更长更凸，如同细长探针，能深入酶活性口袋或病毒蛋白隐蔽凹槽，直抵传统抗体难以触及的致病靶点。极简结构赋予其独特生存策略。

二是稳定性强——耐受极端环境。传统抗体结构复杂，对环境敏感需冷链保存；纳米抗体结构紧凑，即使经高温或极端酸碱处理，仍能保持完整。这意味着未来可开发成口服药片或吸入式喷雾，大幅提升患者用药便利性。

三是穿透力佳——突破生理屏障潜力。研究预测，纳米抗体有望穿越“血脑屏障”（由紧密细胞构成的防护层），阻挡了98%小分子药物和几乎全部大分子生物药，是治疗阿尔茨海默病等脑部疾病的关键障碍。纳米抗体凭借微小体积，结合分子工程改造，可利用特殊通道进入脑组织，为神经疾病治疗提供新思路。

全球研发加速：多领域展现应用潜力

适用于肿瘤免疫、神经系统疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病等

从科学发现到临床药物，纳米抗体的转化路径日益成熟。通过从羊驼等动物分离抗原特异性纳米抗体，经人源化、结构优化等工程处理，逐步转化为适合人体的候选药物分子，再经历临床前评价、规模化生产和临床试验验证，最终成为有效药物。如今，全球药企正大力投入纳米抗体药物研发，应用领域覆盖肿瘤免疫、神经系统疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病等，尤其在基因治疗、细胞治疗领域潜力显著。

2018年，首款纳米抗体药物获美国FDA批准上市，用于治疗罕见血液疾病——获得性血栓性血小板减少性紫癜。该病导致血小板异常聚集引发严重出血，传统疗法需多次血浆置换。新药如同精准拦截员，专门阻断病情恶化环节，显著降低治疗难度和死亡率。

纳米抗体在新冠疫情期间表现突出。病毒变异导致传统抗体靶点失效，科学家转向病毒最保守隐蔽区域。复旦大学团队利用纳米抗体“个头小、钻得深”的特点，设计出识别病毒保守域的广谱中和抗体，能深入病毒狭窄凹槽实现强效中和，有效阻断病毒侵入。免疫系统可加速清除病毒，减轻组织损伤并缓解症状。同时，科学家可将识别不同位点的纳米抗体连接成“多价分子”，同时锁住病毒多个部位，应对变异株。

将靶点转向病毒保守隐蔽部分，能更好应对高变异病毒感染。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候选纳米抗体，部分已进入临床试验。

此次美国与法国科学家的最新合作，拓展了纳米抗体应用范围。针对压力诱导的抑郁症，传统药物起效慢且副作用大。研究团队利用纳米抗体激活大脑情绪调节关键受体，在小鼠模型中展现快速起效、疗效持久特点。此前，法国团队开发的针对精神分裂症相关脑受体的纳米抗体，经外周注射后可穿越血脑屏障进入脑内，在小鼠模型中改善行为缺陷，疗效至少持续一周。这些发现验证了纳米抗体治疗脑部疾病可行性，为精神分裂症、抑郁症等复杂精神疾病提供新方案，证明基因工程改造的天然蛋白可成为调节大脑功能的精密工具，为患者带来希望。

AI赋能：自然馈赠与智能设计的融合

抗体设计更精准，有望大幅缩短研发周期与成本

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。抗体药物研发正经历AI驱动的深刻变革。传统筛选依赖免疫动物或庞大文库，反复筛选如同大海捞针。如今，AI可直接根据特定靶点结构，设计相应抗体序列。

2025年，诺贝尔化学奖得主、美国华盛顿大学科学家大卫·贝克的团队开发出生成式AI模型，能面向特定抗原指定部位，从头生成纳米抗体序列，部分在结合构象上达到原子级精度。这种“计算生成—实验验证—快速迭代”流程，使抗体设计更定向精准，有望显著缩短新药研发周期。

中国在纳米抗体药物研发已进入产业化验证阶段。复旦大学与腾讯AI实验室联合开发专用设计平台——TFDesign—sdAb，突破纳米抗体纯化、产业化难点。传统上，纳米抗体因无法与通用纯化介质结合，导致生产成本高。中国团队采用“先生成、后排序”AI策略，让算法设计成千上万种改造方案，筛选出保留治病能力且完美适配工业流程的方案，如同在纳米抗体上“缝”上工业流水线接口。研究显示设计成功率达100%，意味着纳米抗体药物可无缝接入大规模生产线，大幅降低生产成本。

尽管前景广阔，纳米抗体全面普及仍面临挑战：AI模型对纳米抗体结构的预测精度需提升，且依赖稀缺实验数据；面对癌症、神经退行性疾病等复杂疾病，如何找到更有效靶点仍是难题；如何高效克服生理屏障、实现多靶点协同调控，是未来重点攻关方向。

总体而言，随着AI技术飞速突破和生物医药产业能级跃升，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深度融合，纳米抗体研发正形成“计算指导发现”的高效路径，不仅大幅压缩新药研发成本与周期，还将为复杂疾病治疗提供新可能。

（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）

《 人民日报 》（ 2026年03月30日 16 版）

(责编：乔业琼、杨迪)