IB101

总结 共价蛋白药物能不可逆结合靶点，疗效更持久，但受限于靶点结合速度慢且缺乏高通量筛选平台。本研究开发了基于酵母展示与化学选择性修饰的高通量筛选系统，无需提高弹头固有反应性，即可同时优化蛋白的亲和力、稳定性与弹头几何。利用该系统成功工程化出快速共价 PD-L1 纳米抗体（结合半衰期 3.8 分钟）、IL-18 及新冠 RBD 迷你蛋白，其中 PD-L1 纳米抗体的体内抑瘤效果显著优于已上市的恩沃利单抗和阿替利珠单抗。研究问题与动机核心科学问题 如何建立高通量筛选平台，在不增加反应弹头非特异性毒性的前提下，系统性优化共价蛋白药物的结合动力学，实现对靶点的快速不可逆结合？研究重要性 共价药物通过与靶点形成共价键，可显著延长作用时间、降低给药剂量并克服耐药性，是下一代药物研发的核心方向。与小分子共价药物相比，蛋白药物具有更高的靶点特异性，但目前绝大多数蛋白药物为可逆结合，共价蛋白药物的开发仍处于起步阶段，缺乏高效的工程化方法。现有研究空白 缺乏高通量筛选系统：传统共价蛋白药物开发依赖单点突变和逐个验证，效率极低，无法应对亲和力、稳定性、弹头几何等多维度优化需求； 反应性与特异性的矛盾：现有策略多通过提高弹头固有反应性来加快结合速度，但会导致严重的脱靶效应和毒性； 模态通用性差：已有的共价蛋白工程方法多局限于单一蛋白类型，无法推广到纳米抗体、细胞因子、迷你蛋白等不同模态。 方法亮点首创酵母展示 - 化学选择性修饰联用筛选平台 ：将带有非天然反应性氨基酸的蛋白文库展示在酵母表面，与生物素标记的靶点蛋白进行时间梯度反应，通过流式细胞术直接分选快速共价结合的克隆，实现百万级克隆的高通量筛选。"界面优化优先" 的设计理念 ：摒弃传统提高弹头反应性的思路，通过优化蛋白 - 靶点相互作用界面和弹头的空间几何位置，利用邻近效应加速共价反应，从根本上避免了非特异性结合。多尺度全链条验证体系 ：整合体外动力学测定、细胞功能实验、小鼠体内药效学评价和冷冻电镜结构解析，从分子、细胞到动物水平全面验证候选药物的有效性和安全性。通用型技术框架 ：该平台无需针对不同蛋白模态进行大幅改造，可直接应用于纳米抗体、细胞因子、迷你蛋白等多种蛋白类型的共价工程化。 主要发现与结论 成功构建了首个针对快速共价蛋白药物的高通量筛选系统，筛选通量可达 10⁶克隆 / 轮，筛选周期缩短至 2 周，较传统方法效率提升 100 倍以上。 利用该系统工程化得到共价 PD-L1 纳米抗体 IB101，其表观结合速率常数 kobs=0.18 min⁻¹，结合半衰期仅 3.8 分钟，是目前报道的最快的 PD-L1 共价抑制剂。 IB101 在多种小鼠肿瘤模型中表现出显著优于恩沃利单抗和阿替利珠单抗的抑瘤效果，且能有效诱导肿瘤内 T 细胞浸润，逆转免疫抑制微环境。 成功开发了快速共价 IL-18（kobs=0.54 min⁻¹，t₁/₂=1.3 分钟）和靶向新冠病毒 RBD 的共价迷你蛋白，证明该平台在不同蛋白模态中具有广泛适用性。 冷冻电镜结构解析（分辨率 2.1 Å）揭示，IB101 的快速共价结合源于其与 PD-L1 界面的高度互补性以及反应弹头在结合口袋中的精准定位，而非弹头反应性的提高。 筛选得到的共价蛋白药物均表现出优异的特异性，在细胞和动物水平未观察到明显的脱靶毒性，具有良好的成药性。 科学意义技术突破 ：解决了共价蛋白药物开发的核心瓶颈，建立了通用、高效的高通量筛选和工程化平台，为该领域的发展提供了关键技术支撑。范式革新 ：提出了 "通过界面优化和弹头几何调控实现快速共价结合" 的全新设计理念，打破了 "快速结合必须依赖高反应性弹头" 的传统认知。应用价值 ：获得了多个具有临床转化潜力的候选药物，尤其是共价 PD-L1 纳米抗体，有望成为新一代肿瘤免疫治疗药物，为晚期癌症患者带来新的治疗选择。领域拓展 ：将共价药物的优势拓展到纳米抗体、细胞因子、抗病毒蛋白等多个领域，为自身免疫病、传染病等多种疾病的治疗提供了新的思路。 https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv3081 声明：本文力求准确解读原文核心发现，但科学研究复杂，个人理解未必周全。若有不妥或错误之处，欢迎读者留言批评指正，我将虚心学习并修正，非常感谢。

2026年4月份即将结束，4月份Science期刊又有哪些亮点研究值得学习呢？小编对此进行了整理，与各位分享。 1. Science：损伤激活肺干细胞的新机制！Igf-Igfbp潜伏复合物被PAPP-A蛋白酶释放，启动Rb失活与修复DOI:10.1126/science.adt1310 成体干细胞在损伤后会迅速但短暂地被激活，以修复受损组织。反复或慢性损伤则会增加癌症风险。尽管人们在识别和表征哺乳动物干细胞以及调节其增殖的稳态促分裂原方面取得了进展，但损伤激活的促分裂原、使其在损伤前保持失活的机制，以及这些过程是否及如何促进癌症的发生，尚不清楚。一项最新研究针对小鼠肺部一种名为NEstem的上皮干细胞群体，回答了这些问题。 NEstem是稀有的干细胞，与其他肺神经内分泌细胞混合在一起，存在于受神经支配的神经感觉簇中。这些感觉簇监测气道状态，并充当干细胞的微环境。NEstem是兼性干细胞，在气道损伤后广泛增殖，形成大的克隆修复斑块，恢复周围上皮。NEstem也可通过联合缺失肿瘤抑制因子Rb和p53而被永久激活，从而启动小细胞肺癌（SCLC）——一种最致命的癌症。 在一项新的研究中，研究人员试图识别损伤诱导NEstem的促分裂原、损伤激活促分裂原并刺激干细胞增殖的机制，以及这一组织修复通路与SCLC肿瘤抑制因子的关系。他们认为，这可以揭示损伤如何触发干细胞激活（分裂）关键第一步的分子逻辑，并回答组织修复、干细胞和癌症领域的问题。 为了识别促分裂信号，研究人员开发了一种小鼠肺切片培养测定法，并筛选了候选配体对NEstem增殖的影响。只有胰岛素样生长因子1和2（Igf1和Igf2）能诱导其增殖。Igf2及其受体在损伤诱导的NEstem激活中既被表达，也是必需的，因此以自分泌方式发挥作用。尽管NEstem组成型产生Igf2，但它被共表达的Igf结合蛋白（Igfbps）以非活性形式隔离并稳定在微环境中。通过药物从潜伏的Igf-Igfbp复合物中释放Igf，或通过微环境中感觉神经元表达的PAPP-A和PAPP-A2蛋白酶破坏Igfbp，都能立即触发NEstem增殖，损伤也是如此。Igf信号传导抑制了通常强制干细胞静止的Rb功能。通过Rb缺失导致的持续通路激活引起了连续的干细胞增殖。 2.Science 重磅破解大脑性别差异：3000+基因表达不同，直接关联神经疾病性别偏倚 DOI:10.1126/science.aea9063 自闭症、注意力缺陷多动障碍（ADHD）在男性中发病率更高，阿尔茨海默病、偏头痛、焦虑抑郁障碍在女性中更为常见，这些跨文化、贯穿全生命周期的脑部疾病性别差异，一直是神经科学领域的核心谜题。越来越多的研究提示，这种差异的核心根源，可能藏在大脑基因表达的性别特异性调控中——这些调控既受性染色体组成的先天影响，也和循环性激素水平密切相关。 2026 年 4 月发表在Science上的一项重磅研究，以前所未有的单细胞分辨率，绘制了人类大脑皮层跨多个脑区的基因表达性别差异全景图谱，彻底刷新了学界对这一问题的认知。 在此之前，关于大脑分子层面性别差异的认知，大多来自大块脑组织的批量测序，或是单一脑区的孤立研究，既无法区分不同细胞类型的特异性表达差异，也难以系统描绘跨脑区的整体调控特征。 为了填补这一空白，研究团队先基于体内神经影像数据，锁定了 6 个存在可重复灰质体积性别偏倚的皮层脑区，其中包括 2 个女性偏向体积的脑区（尾侧岛叶、顶内沟）、2 个男性偏向体积的脑区（颞枕下外侧皮层、梭状回），以及 2 个无体积性别差异的对照脑区（角回、压后皮层）。 随后，研究团队对 30 名健康成人（15 名女性，年龄 26~71 岁；15 名男性，年龄 27~78 岁）的上述脑区完成采样，最终获得 169 份高质量样本，通过单核 RNA 测序（snRNA-seq）完成了约 120 万个细胞核的转录组分析，覆盖了兴奋性神经元、抑制性神经元、胶质细胞三大核心细胞类群，细分出 24 个细胞亚类，真正实现了细胞类型水平的精准解析。 研究最颠覆既往认知的发现之一，是皮层细胞类型的比例并不存在显著的性别差异。无论是跨脑区的整体分析，还是单一脑区内部的比较，神经元与胶质细胞的相对比例、各细分细胞亚类的占比，在男女之间均无统计学差异（校正后P值均 > 0.05）。这一结果直接推翻了一个长期存在的猜想：脑区灰质体积的性别差异，并非来自细胞数量或细胞类型比例的不同，更可能源于细胞形态、细胞外基质空间的差异，为理解大脑宏观结构的性别分化提供了全新的底层视角。 3.Science：新研究揭示HNF1B功能丧失启动并维持慢性肾病的自我恶化循环 DOI:10.1126/science.aea3219 慢性肾脏病（CKD）影响着全球超过10%的人口，其特征是肾功能不可逆转地持续下降，无论最初的损伤原因是什么。CKD的一个决定性特征是它的自我维持性：一旦疾病确立，即使最初的触发因素已经消失，肾损伤仍会继续进展。识别维持这种病理状态的分子回路，对于理解疾病进展和设计有效的治疗策略至关重要。 HNF1B是一种对肾脏发育至关重要的转录因子。HNF1B的杂合功能丧失突变会导致常染色体显性小管间质性肾病，这是一种罕见的单基因疾病，其肾脏组织病理学与常见CKD的表型相似。这种表型趋同表明，HNF1B功能障碍可能代表了连接罕见遗传性肾脏病与更常见的多因素CKD的一个共享机制。在一项新的研究中，研究人员假设，在CKD过程中，HNF1B活性可能被逐渐抑制，从而形成一个推动疾病进展的前馈循环。 使用小鼠模型，研究人员发现，出生后在肾小管上皮细胞中失活Hnf1b会导致非常快速和严重的CKD，其特征为肾小管萎缩、间质纤维化、炎症和进行性肾衰竭。Hnf1b的缺失破坏了上皮分化，并触发了正常静止的小管细胞突然重新进入细胞周期。这种非计划的增殖引起了复制应激、DNA损伤、凋亡和衰老，从而导致CKD。使用CDK4/6抑制剂palbociclib对异常细胞周期进入进行药理学抑制，略微减轻了Hnf1b缺陷小鼠的小管损伤和纤维化，表明复制应激参与了HNF1B缺失下游的疾病进展。 为了识别HNF1B缺失的最早分子后果，研究人员在肾损伤发生之前就确定了HNF1B的转录特征。在由独立于HNF1B的损伤（包括次全肾切除术、Alport综合征、缺血再灌注损伤、肾病综合征和单侧输尿管梗阻）引发的多种CKD临床前模型中，这一特征显著减少。值得注意的是，HNF1B活性的抑制发生在任何明显的组织学损伤出现之前，并且与急性肾损伤后上皮修复失败相关。 4.Science：灵长类皮层组织的对立分子梯度轴，整合空间转录组与连接组，统一皮层扩张理论之争 DOI:10.1126/science.aea2673 灵长类大脑皮层已扩展成一个由特化区域和网络组成的复杂拼图，支撑着高级认知功能。然而，支配这一复杂皮层组织的基本原则仍然难以捉摸，导致关于皮层扩张的假说相互冲突。“双起源假说”认为，皮层从两个进化上古老的异皮层（allocortical）区域扩张，并逐渐分化向最特化的六层初级感觉区（koniocortex，即粒状皮层）。相反，另一些理论提出，初级感觉区是皮层扩张的早期锚点。解决这一冲突需要一个整合基因表达、细胞结构和全脑连接的整体视角。 杰氏针耳猴（Callithrix jacchus）为这一挑战提供了解决方案。它保留了关键的灵长类脑特征，但具有光滑（无脑回）的皮层，避免了较大灵长类皮层复杂折叠带来的分析困难。利用这一优势，研究人员在一项新的研究中，整合了全脑单细胞分辨率空间转录组学、单核RNA测序以及磁共振成像（MRI）和神经元示踪数据。这种多模态整合使他们能够揭示皮层组织的基本原则。 分析发现了一个基本的皮层组织轴，由两个对立的分子梯度定义，这些梯度捕获了皮层基因表达、细胞组成和层级结构的主要模式。一个梯度从allocortical区域和periallocortical区域（如梨状皮层和内嗅皮层）辐射出来，而对立的梯度起源于初级感觉区，联合皮层位于它们的交汇处。这些梯度在人类、猕猴、狨猴和小鼠中保守，通过展示allocortical区和初级感觉区作为单个组织轴两端的锚点，调和了相互冲突的假说。虽然这些梯度在出生时就存在，但它们在出生后经历了显著的精细化，表明它们受到感觉经验的积极塑造。沿着这些梯度的分子变化支撑着皮层分区，细胞组成和基因表达的急剧转变与皮层区域边界对齐，并揭示了以前未被识别的细分。 值得注意的是，这些皮层梯度在丘脑基因表达模式中得到了镜像反映，并与丘脑-皮层连接对齐。这种皮层与丘脑之间的分子耦合在狨猴中比在小鼠中显著更强，突显了灵长类特异性丘脑-皮层整合的进化进步。在梯度汇聚区，狨猴中假定的默认模式网络和额极（10区）尽管功能连接较弱，却共享相似的分子特征，表明这种分子身份在人类中观察到的强连接之前就已经进化了。最后，梯度相关基因的比较分析显示，与猕猴相比，狨猴的听觉皮层更接近人类的听觉皮层，这可能反映了复杂声音交流的共同神经机制。 5.Science：用化学图案“编程”细胞取向，可控变形活组织按需生成三维形状 DOI: 10.1126/science.adz9174 生物组织具有卓越的自组织和形状变化能力，这些变化由其自身细胞产生的力所驱动。生物工程领域的一大挑战是如何利用这种自然行为来设计能够呈现预定形状的合成活材料。然而，精确控制组织行为并引导其内部力以呈现所需形状，仍然是一个重大的科学难题。 一项由加泰罗尼亚生物工程研究所（IBEC）、加泰罗尼亚理工大学（UPC）和国际工程数值方法中心（CIMNE）领导，并与巴塞罗那欧洲分子生物学实验室（EMBL）合作的新研究，提出了一种通过化学图案控制细胞在组织内的取向来“编程”这些形状变化的策略。该研究发表在《Science》期刊上。 其结果是可以获得以受控方式变形、产生可重复三维结构的活组织。这对ICREA研究教授、IBEC综合细胞与组织动力学组组长、该研究的共同通讯作者Xavier Trepat来说尤其重要：“我们证明，只需控制细胞如何取向，就能设计出活组织将要呈现的形状，”Trepat强调说。他也是巴塞罗那大学（UB）的教授和生物医学研究网络生物工程、生物材料与纳米医学中心（CIBER-BBN）的成员。 科学家们将该研究结果作为设计能够自主改变形状的活体表面的一种手段，其潜在应用范围从组织工程到生物混合机器人。 6.Science：重编程造血干细胞——单次注射实现持久、可增强的抗体生产，对抗致命流感 DOI: 10.1126/science.adz8994 一种创新的基因编辑策略，通过重编程免疫系统本身，可能为身体制造治疗性蛋白（包括某些天然难以产生的高效抗体）开辟新途径。该研究发表在《科学》期刊上，表明编辑少量干细胞可以导致持久、可增强的抗体生产，足以保护小鼠免受致命流感感染。 这些发现作为一个概念验证，证明免疫系统可以被重新用作一个蛋白质生产平台——最终不仅支持感染性疾病，还能支持遗传性蛋白缺乏、代谢紊乱、自身免疫病和癌症的治疗。 “我们的目标是单次注射即对基因组产生永久性影响，使身体能够制造感兴趣的蛋白，”Michel Nussenzweig分子免疫学实验室的研究助理教授Harald Hartweger说。“这种蛋白可以是一种普遍保护性抗HIV或抗流感的抗体，也可以是任何治疗性蛋白。” 7.Science：氧气感测决定肢体再生能否启动——哺乳动物胚胎具潜在再生能力 DOI: 10.1126/science.adw8526 有些动物能够再生失去的身体部位。蝾螈和青蛙蝌蚪在截肢后可以重建完整的肢体。哺乳动物却不能。几十年来，生物学家一直试图理解其中的原因。如今，由瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的Can Aztekin（现任职于马克斯·普朗克学会Friedrich Miescher实验室）领导的一个团队发现，氧气在肢体再生中起着至关重要的作用。通过比较青蛙蝌蚪和胚胎小鼠的截肢肢体，研究人员发现，细胞感知氧气的方式决定了再生是否能够启动。该研究发表在《Science》期刊上。 肢体再生始于伤口愈合。截肢后，损伤部位的细胞必须迅速封闭伤口并转变为再生的细胞类型。在两栖动物中，这一过程顺利进行。在哺乳动物中，这一过程则早早停滞。伤口闭合缓慢，疤痕形成占了上风，从而阻断了再生。 一个关键区别在于环境。两栖动物幼体在水中发育，水中的氧气水平低于空气。此外，许多具有再生能力的物种生活在水生环境中。与此同时，哺乳动物组织在受伤后通常暴露于较高的氧气水平下。目前尚不清楚的是，这种差异是直接影响了再生，还是仅仅是生活方式的附带结果。 8.Science：白血病细胞用CD43糖衣筑起物理屏障，破解免疫治疗耐药新机制 DOI: 10.1126/science.ady5196 白血病擅长躲避免疫系统，使其对最新一代的许多癌症免疫疗法产生耐药性。如今，研究人员发现了这种癌症伪装的关键部分：白血病细胞表面一种名为CD43的蛋白质，被糖分子层层包裹，形成了一道物理屏障，保护细胞免受免疫攻击。 这一发现来自布罗德研究所、麻省总医院布莱根和丹娜-法伯癌症研究所的科学家，揭示了一种以前未被认识的癌症逃避免疫系统的方式，并可能指向新的免疫疗法，通过阻断CD43将癌细胞暴露于免疫攻击之下。 “发现这一现象为癌症免疫治疗开辟了一条新途径，”丹娜-法伯儿科肿瘤学家、布罗德研究所所长、该研究的共同资深作者Todd Golub说。“我们认为，癌症藏在糖衣蛋白背后的概念不仅对白血病很重要，对其他癌症可能也同样重要。” 研究团队通过检查白血病细胞中全基因组的数千个基因做出了这一发现，并意外地发现另一种名为CD47的蛋白质——癌症最著名的“别吃我”信号，对免疫细胞能否摧毁白血病细胞几乎没有影响。这一结果可能有助于解释为什么靶向CD47的实验药物在AML患者的临床试验中大多失败。 “我们设计这个实验时完全预期CD47会是阻断免疫系统最重要的蛋白质，”布罗德研究所副成员、麻省总医院布莱根癌症研究所Krantz家庭癌症研究中心研究员、共同领导该研究的Robert Manguso说。“当它几乎没有显示出作用时，我们以为自己犯了错误。我们一遍又一遍地重复实验。但我们总是得到相同的答案。” 9.Science：新研究开发高通量平台，打造快速共价蛋白药物——IB101抗肿瘤活性优于传统抗体 DOI: 10.1126/science.adv3081 由西湖大学/西湖实验室的Bobo Dang和Ting Zhou主要研究者领导的一个团队，开发了一个用于工程化快速作用共价蛋白疗法的高通量平台。他们的研究题为“A high-throughput selection system for fast-acting covalent protein drugs”，发表在《Science》期刊上，为下一代生物制剂开辟了新途径。 共价小分子药物通过与靶标形成不可逆键，在癌症治疗中显示出巨大成功。这激发了将共价策略扩展到蛋白疗法（尤其是工程化微型蛋白）的努力。然而，它们的开发受到动力学不匹配的限制：微型蛋白在体内被快速清除，而共价键的形成通常很慢。此外，还缺乏用于系统优化共价蛋白反应性的高通量平台。 为了应对这一挑战，研究人员提出，在蛋白支架内精确空间定位化学弹头可以实现分子预组织，从而在不增加内在反应性的情况下加速共价键的形成。 基于这一概念，研究团队开发了一个高通量平台，该平台将酵母表面展示与化学选择性蛋白修饰相结合，以筛选不同的交联剂和数百万个蛋白变体。通过优化弹头位置和局部化学环境，该平台能够实现快速且不可逆的靶标结合。 10.Science：蓝细菌进化奇观！DNA分离系统“转行”成细胞形状调控器，重塑细胞形态 DOI: 10.1126/science.aea6343 光合细菌帮助塑造了地球。其中，蓝细菌产生了大气中的氧气，使复杂生命成为可能，数十年来一直吸引着科学家。如今，奥地利科学技术研究所（ISTA）的研究人员报告了一个令人惊讶的新发现：一个原本被认为用于分离DNA的系统，在蓝细菌中却发展成了塑造细胞形状的结构。这一结果发表在《Science》期刊上，揭示了蛋白质系统如何进化，以及这类生态上至关重要的细菌中多细胞性是如何出现的。 “蓝细菌本质上是有氧光合作用的先驱，”ISTA Loose研究组的博士后Benjamin Springstein说。“它们造就了约25亿年前的大氧化事件，当时氧气在大气中积累，使有氧生命成为可能。可以肯定地说，没有它们，我们今天谁也不会在这里。” 即使在今天，这些生物体仍然至关重要——它们对全球生物量生产有重大贡献，并在碳循环和氮循环中发挥关键作用。它们在地球上一些最极端的环境中繁衍生息——从温泉到北极，甚至城市建筑的屋顶和墙壁上。 其中一种名为鱼腥藻（Anabaena sp. PCC 7120，简称Anabaena）的多细胞蓝细菌，已经作为研究对象超过30年。在与ISTA的Schur研究组以及蒙得维的亚巴斯德研究所（乌拉圭）、基尔大学（德国）和苏黎世大学（瑞士）的合作中，Springstein及其同事现在证明，鱼腥藻（以及可能许多其他多细胞蓝细菌）经历了一次重大的进化转变，将一个古老的DNA分离系统转变为控制细胞形状的新型细胞骨架。（生物谷Bioon.com）