纳米抗体＋AI，生物医药新革命（国际科技前沿）

应天雷

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

近期，美国迈阿密大学与法国图尔大学的科研团队在《自然·通讯》期刊上公布了一项突破性成果：科学家成功从羊驼体内分离出一种特殊的纳米抗体，在压力诱导的抑郁小鼠模型中实现了快速且持久的疗效，为抑郁症治疗提供了新思路。近年来，纳米抗体这类源自骆驼科动物的微小蛋白，正凭借其独特的生物特性，借助AI(人工智能)的翅膀，在全球生物医药领域掀起一场“小个头、大能量”的革命。

重新定义抗体：从“重甲骑兵”到“特种兵”

拥有更高的灵活性和渗透力，可针对传统抗体难以抵达的靶点

抗体，也可以理解为身体里的“巡逻卫士”。它们是人体免疫系统产生的一种特殊蛋白质，主要任务是识别并中和外来入侵者(如细菌、病毒、毒素等，即抗原)。要理解纳米抗体的重大意义，首先要走进人体免疫系统的微观世界。

对于人体免疫系统来说，传统抗体就像身披重甲的“骑兵”。它们分子量巨大，结构复杂，战斗力强，但是在面对疾病靶点(治病时药物要攻击的“特定目标”或“关键锁孔”)表面那些狭窄的凹槽或致密的组织间隙时，往往因“体形庞大”而束手无策。此时，在这场微观世界的攻防战中，纳米抗体更像是身手敏捷的“特种兵”。它们源自骆驼、羊驼等动物体内，个头很“小”，直径仅2.5纳米(1纳米等于十亿分之一米)，长度4纳米，分子量只有传统抗体的1/10。正是这种“小”，赋予了它们极高的灵活性和渗透力。

纳米抗体的故事始于1993年。比利时科学家在研究羊驼血液时，首次发现了一类仅由“重链”(构成抗体分子的两条主要多肽链之一，分子量比轻链大)构成的抗体。这打破了“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，纳米抗体拥有三大独特优势：

一是够得着——深入死角的能力。传统抗体有多个结合部位，结构宽大；纳米抗体只有一个结合部位，但其关键区域通常更长、更凸。这就像一根细长的探针，能深入酶的活性口袋或病毒蛋白隐蔽的凹槽，直抵那些传统抗体够不着的致病靶点。极简的结构，赋予它独特的生存智慧。

二是存得住——极强的稳定性。传统抗体结构复杂，对环境敏感，通常需要冷链运输和低温保存。而纳米抗体结构紧凑，即使经过高温、极端酸碱环境处理，依然能保持结构完整。这意味着它们未来可以被开发成口服药片或吸入式喷雾，极大提升患者用药的便利性。

三是进得去——穿透屏障的潜力。研究预测，纳米抗体还有望穿过著名的“大脑防护墙”(即血脑屏障)。这道由紧密连接的细胞构成的“铜墙铁壁”，挡住了98%的小分子药物和几乎全部的大分子生物药，是治疗阿尔茨海默病、帕金森病等脑部疾病的最大障碍之一。纳米抗体凭借微小的体积，结合特定的分子工程改造，可以利用特殊通道进入脑组织，为治疗神经系统疾病打开新思路。

全球研发提速：在多个领域展现应用潜力

可应对肿瘤免疫、神经系统疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病等

从科学发现到治病良药，纳米抗体药物的转化路径日趋成熟。从羊驼等动物体内分离抗原特异性纳米抗体，通过人源化、结构优化等工程手段，将其逐步塑造成适合人体的候选药物分子，随后历经临床前安全性评价、规模化生产及临床试验验证，方能成为真正的药物。如今，全球各大药企正投入巨资开发纳米抗体药物，应用领域涵盖肿瘤免疫、神经系统疾病、感染性疾病、自身免疫性疾病等，特别是在基因治疗、细胞治疗等领域展现了相当潜力。

2018年，首款纳米抗体药物获得美国食品药品监督管理局批准上市，用于治疗一种罕见的血液疾病——获得性血栓性血小板减少性紫癜。该病会导致患者体内血小板异常聚集，引发严重出血。传统治疗方法需要多次血浆置换，这款新药就像一个精准的拦截员，专门堵住导致病情恶化的特定环节，显著降低了治疗难度和死亡率。

让纳米抗体声名鹊起的，是其在新冠疫情期间的表现。病毒不断变异，传统抗体识别的靶点也在变化，导致许多抗体药物刚研发出来就可能因病毒变异而失效。科学家们因此把目光转向了病毒身上最保守、最隐蔽的区域，即便病毒的某些部分发生变异，纳米抗体依然可以发挥作用。复旦大学研究团队就利用纳米抗体“个头小、钻得深”的特点，设计出能识别病毒保守域的广谱中和抗体。它能够深入病毒狭窄的隐蔽凹槽，实现强效中和，从而有效阻断病毒侵入人体细胞。免疫系统可加速清除入侵的病毒，从而显著减轻组织损伤、缓解疾病症状。同时，科学家还可以像搭积木一样，将识别不同位点的纳米抗体连接起来，构建“多价分子”，从而同时锁住病毒的多个部位，有效应对变异株。

将靶点从易变的区域转向病毒结构中更保守的隐蔽部分，可以更好地应对多种高变异病毒感染。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的候选纳米抗体，部分候选抗体已进入临床试验。

此次美国与法国科学家的最新合作，进一步拓展了纳米抗体的应用疆域。针对压力诱导的抑郁症，传统药物往往起效慢、副作用大。研究团队利用纳米抗体激活大脑中与情绪调节相关的关键受体，在小鼠模型中展现出快速起效、疗效持久的特点。此前，法国团队开发出针对精神分裂症相关关键脑受体的纳米抗体，在经过外周注射后，纳米抗体能够穿越血脑屏障进入脑内，在小鼠模型中改善行为学缺陷，其疗效至少持续一周。这些发现不仅验证了纳米抗体治疗脑部疾病的可行性，更为治疗精神分裂症、抑郁症等复杂精神疾病提供了方案。它证明了通过基因工程改造的天然蛋白，可以成为调节大脑功能的精密工具，为患者带来新的希望。

AI赋能：当“自然馈赠”遇上“智能设计”

抗体设计更加精准，有望大幅压缩新药研发成本与周期

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。抗体药物的研发范式，正在经历一场由AI驱动的深刻变革。传统抗体筛选依赖免疫动物或构建庞大的文库，再通过反复筛选获得候选分子，过程如同大海捞针，耗时耗力。如今，AI开始直接根据特定靶点结构，按图索骥，设计出相应的抗体序列。

2025年，诺贝尔化学奖获得者、美国华盛顿大学科学家大卫·贝克的团队开发出一款生成式AI模型，能够面向特定抗原的指定部位，从头生成纳米抗体序列，部分纳米抗体在结合构象上达到了原子级精度。这种“计算生成—实验验证—快速迭代”的全新流程，使得抗体设计更加定向和精准，有望显著缩短新药研发周期。

中国在纳米抗体药物的研发上已进入产业化验证阶段。复旦大学与腾讯AI实验室联合开发出专用设计平台——TFDesign—sdAb，在解决纳米抗体纯化、产业化等难点问题上实现突破。比如，传统上，纳米抗体因无法与工业界通用的纯化介质直接结合，导致生产成本高昂。中国研究团队采用“先生成、后排序”的AI策略，让算法设计出成千上万种纳米抗体的改造方案，再筛选出既保留治病能力又能完美适配传统工业化生产流程的方案，就像在纳米抗体身上“缝”上了一个能适配工业流水线的“接口”。研究结果显示，设计成功率达到100%。这意味着纳米抗体药物可以无缝接入现有的大规模生产线，大幅降低生产成本。

尽管发展前景广阔，纳米抗体的全面普及仍面临不少挑战。AI模型对纳米抗体独特结构的预测精度仍需提升，且高度依赖稀缺的实验数据；面对癌症、神经退行性疾病等复杂疾病，如何找到更有效的靶点仍是难题；如何更高效地克服生理屏障、实现多靶点协同调控，也是未来攻关的重点。

总体来看，随着AI技术的飞速突破和生物医药产业的能级跃升，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的深度融合，纳米抗体的研发正在形成“计算指导发现”的高效路径，这不仅将大幅压缩新药研发的成本与周期，并为复杂疾病的治疗提供新的可能。

(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)