Protein Design 知识库 蛋白质设计 · 方法与实践

替代支架 binder（纳米抗体 / DARPin 等）

临床应用 · 更新于 2026-07-29

除传统抗体外，还有一类「非抗体结合蛋白」——它们以更小的、结构稳定的蛋白支架为载体， 经工程化获得特异性结合能力，统称 alternative scaffolds（替代支架）。 在蛋白质设计语境下，这类分子既可作为现成支架改造，也可由 AI 从头设计（de novo）。

主流支架类型

  • 纳米抗体（Nanobody / VHH）：源自骆驼科单链抗体的可变区， 仅约 15 kDa、易表达、耐高温与极端 pH，可进入传统抗体到不了的口袋。 已上市代表：caplacizumab（抗 vWF A1，治血栓性血小板减少性紫癜 TTP）。
  • DARPin（Designed Ankyrin Repeat Protein）：基于锚蛋白重复单元设计， 细菌可表达、稳定性极高、亲和力可达 pM。曾进入临床的代表：abicipar（抗 VEGF，眼底）。
  • Affibody：源自葡萄球菌蛋白 A 的 Z 结构域（约 6 kDa）， 通过组合文库筛选获得高亲和力结合。
  • Monobody / Anticalin：分别基于纤连蛋白 III 型域与脂质运载蛋白， 亦是成熟的替代支架平台。

为什么用支架而非抗体

  • 分子量小（6–15 kDa），组织穿透与肿瘤富集更好；
  • 可在大肠杆菌/酵母中低成本生产，无需糖基化；
  • 热与化学稳定性高，便于储存与制剂；
  • 可针对「蛋白-蛋白相互作用」等抗体难以触及的表位。

计算设计流程

以从头设计 binder 为例（如 IPD 用 RFdiffusion 产生的 SARS-CoV-2 微型 binder）：

  1. 定义靶标表位（晶体结构或预测结构上的目标界面）；
  2. 用扩散模型（RFdiffusion）或固定骨架方法生成结合蛋白骨架；
  3. 用 ProteinMPNN 等做序列设计，多轮筛选低冲突、高疏水互补的候选；
  4. 用 AlphaFold-Multimer 等做 in silico 结合预测过滤；
  5. 实验验证结合（SPR / BLI / ELISA）与中和活性。
注意：binder 的「结合能力」声明必须湿实验验证（SPR/BLI 实测 KD）。 纯计算设计若无实测，只能作为方法/基准类工作发表。

应用与展望

替代支架已覆盖治疗（caplacizumab）、诊断成像与亲和纯化等多个场景。 随着 de novo binder 设计成熟，未来有望对任意靶标快速生成小型高亲和力结合蛋白， 补足抗体在尺寸、成本与可及表位上的局限。