了解蛋白质结合位点如何与其它蛋白质形成相互作用，或许能为靶向“不可药物作用”表面提供线索。

2026年2月12日，斯坦福大学K. Christopher Garcia团队在Science 在线发表题为“Structural ontogeny of protein-protein interactions”的研究论文，该研究利用合成协同进化技术，对原始表面之间的新相互作用进行了设计，模拟了蛋白质复合物的从头形成过程。

该研究分离出了七个不同的蛋白质 Z 域复合物结构家族，并发现合成复合物通过类似棘轮的对接模式探索了多个浅层能量阱，而由天然结合位点形成的复合物则在深层能量阱中聚集，具有相对固定的几何结构。对机器学习估算的适应度图谱的后因分析揭示了结合伙伴之间的“种子”接触点，这些接触点锚定了相遇复合物形成的最初阶段。总之，该研究结果表明，“沉默”表面的能级景观比天然结合位点要浅，不利于紧密结合，这可能是由于进化中的反选择作用所致。

蛋白质如何启动并发展与其他蛋白质之间的相互作用，从而形成结合位点和蛋白质-蛋白质界面，这一过程仍不为人所完全理解。然而，蛋白质表面似乎存在一些独特的特性，这些特性使得其表面能够形成蛋白质-蛋白质界面，而不会形成非相互作用的表面。天然的蛋白质结合位点通常是给定蛋白质上“最可被药物作用”的位点，并且往往会吸引来自组合肽或抗体库中的大多数结合剂。那么，是否存在一些生物物理特性能够区分那些尚未进化出与配体结合能力的蛋白质表面区域与天然结合位点呢？这个问题对于药物研发具有重要意义。

通过利用一种合成协同进化平台来设计那些不受天然结合印记限制的原始表面之间的相互作用，该研究捕捉到了此前未曾见过的瞬间画面，这些画面展示了新蛋白质复合物的形成过程。该研究发现，由那些已自然进化出与其他蛋白质结合能力的表面所形成的复合物与由非结合表面所形成的复合物在表型相互作用类型以及塑造亲和力、特异性和正构的结构适应性方面存在差异。通过重塑由天然表面形成的界面，得到了具有独特特异性的高亲和力解决方案，但其对接模式在深度能量阱中保持不变。

蛋白质-蛋白质复合物初始形成过程的示意图：由苯丙氨酸残基之间的种子接触所介导，这一过程通过共显性机制传播，最终形成完整的蛋白质-蛋白质界面（图源自Science ）

选择由蛋白质“原始”表面介导的全新界面也会导致不同的特异性，但这些特异性是由浅能量阱中一系列低亲和力、类似棘轮的对接模式所介导的，这表明同一界面内存在显著的可塑性。为了理解这些新界面的形成机制，该研究基于机器学习估算的适应度函数模拟了进化轨迹，并结合后天作用分析，发现了在通往高亲和力复合物的进化路径的最初阶段起始作用的“种子”状表面残基。实验数据提出了这样一个假设：那些已经进化出能够与其他蛋白质结合的蛋白质表面，具有有利于配体结合的固有生物物理特性，而蛋白质的其他区域则可能在进化过程中因避免相互作用而被反向选择。

总之，该研究的蛋白质-蛋白质协同进化平台表明，那些进化出能够与其他蛋白质结合的蛋白质的表面与那些没有这种结合能力的蛋白质的表面存在差异。实际上，在所研究的系统中，对于那些在蛋白质表面之间构建的、没有进化结合印记的复合物而言，其能量适配性和亲和力似乎存在一定的限制。这些数据解释了为什么天然的结合位点能够吸引结合剂的原因：替代的表面具有较低的能量格局，不利于紧密结合，这可能是由于进化过程中的反向选择所致。这或许可以部分解释“不可药物化”的蛋白质表面的出现，并促使基于生物物理的新策略来克服这一障碍。

参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adx6931