Nature：人工智能设计新型蛋白，可有效中和蛇毒毒素

Nature：人工智能设计新型蛋白，可有效中和蛇毒毒素

毒蛇咬伤是全球性的健康威胁，每年导致大量人员伤亡。目前，治疗毒蛇咬伤主要依赖于抗蛇毒血清，但这种治疗方法存在成本高、疗效有限、副作用严重等问题。近日，Nature期刊发表了一项重要研究，来自华盛顿大学和丹麦技术大学的研究团队利用人工智能技术设计出新型蛋白，可以有效中和蛇毒中的致命毒素，为毒蛇咬伤的治疗带来了新的希望。

根据世界卫生组织的数据，毒蛇咬伤每年影响180万至270万人，每年导致大约10万人死亡，并导致大约30万人永久性残疾，包括失去肢体。大多数毒蛇咬伤发生在非洲、亚洲和拉丁美洲，这些地区薄弱的卫生系统加剧了这一问题。

目前，用于治疗毒蛇咬伤患者的唯一抗蛇毒血清来自动物血浆，通常成本高、疗效有限、副作用严重。不同种类的蛇的毒液也存在很大差异，因此需要在世界不同地区进行定制治疗。

研究背景与方法

来自华盛顿大学和丹麦技术大学的研究人员利用人工智能技术开发出可以中和蛇毒中致命毒素的新型蛋白，这可能为传统抗蛇毒血清提供一种更安全、更有效的替代品。相关研究结果于2025年1月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“De novo designed proteins neutralize lethal snake venom toxins”。

具体而言，华盛顿大学医学院的David Baker团队和丹麦技术大学的Timothy Patrick Jenkins团队利用深度学习工具设计了一种新的蛋白，它可以结合并中和致命眼镜蛇的毒素。

研究结果

这项研究的重点是一类重要的称为三指毒素（three-finger toxin）的蛇蛋白，这通常是基于免疫动物的抗蛇毒血清失败的原因。

虽然还不能完全抵御蛇毒——每种蛇特有的不同毒素的复杂混合物——但是利用人工智能设计出的蛋白分子可以完全保护小鼠免受致命剂量的三指毒素的侵害：80%-100%的存活率，取决于确切的剂量、毒素和设计出的蛋白分子。

这些毒素倾向于逃避免疫系统，使基于血浆的治疗无效。因此，这项研究证实人工智能加速的蛋白设计可用于中和那些已被证明难以对抗的有害蛋白。

专家观点

论文第一作者、华盛顿大学医学院蛋白质设计研究所Baker实验室的研究员Susana Vazquez-Torres表示，“我相信蛋白设计将有助于使发展中国家的人们更容易获得蛇咬伤治疗。”

Baker说，“我们开发出的抗毒素很容易用计算方法发现。它们的生产成本也很低，在实验室测试中也很稳健。”

未来展望

这些作者推断，开发能够粘附蛇毒素并使之失效的蛋白可以比传统治疗方法产生几个优势。这些新的抗毒素可以使用微生物制造，绕过传统的动物免疫，并可能降低生产成本。

尽管这些结果令人鼓舞，但是这些作者强调，在可预见的未来，传统抗蛇毒血清仍将是治疗毒蛇咬伤的主要方法。这些计算机设计的新型抗毒素最初可能成为补充剂或强化剂，提高现有治疗的有效性，直到独立的下一代疗法获得批准。

这些作者表示，这项研究中描述的药物开发方法也可能对目前缺乏治疗的许多其他疾病有用，包括某些病毒感染。由于蛋白设计通常比传统的基于实验室的药物发现方法需要更少的资源，因此也有可能使用类似的方法为更常见的疾病产生新的但成本更低的药物。

Baker说，“我们不需要进行几轮实验室实验来找到表现良好的抗毒素——现在的设计软件非常好，我们只需要测试几种分子。”

“除了治疗蛇咬伤外，蛋白设计还将有助于简化药物发现，特别是在资源有限的环境中。通过降低强效新药物的成本和资源需求，我们正在朝着每个人都能得到应有治疗的未来迈出重要一步。”