在《西游记》中，唐僧为孙悟空戴上紧箍咒，便可约束其行为，令其听命行事。如今，科学家将这一经典场景，搬进了微观的细胞世界。

日前，浙江大学传来好消息。浙江大学医学院、良渚实验室张岩团队与计算机学院章敏团队开展交叉合作，通过人工智能技术设计出一种全新蛋白，如同给细胞界的“孙悟空”——G蛋白偶联受体（GPCR）戴上专属“紧箍咒”，可精准调节其功能，进而治疗帕金森等疾病。

成果在国际期刊《自然》发布

相关成果已正式发表于国际期刊《自然》。那么，究竟什么是G蛋白偶联受体？人工智能又如何“量身打造”出这一“紧箍咒”？记者专访了团队。

给GPCR带上“紧箍咒”

GPCR，G蛋白偶联受体。对于普通人来说，听上去很陌生，但你听到、看到，甚至此时看到这段文字的情绪起伏，背后都有它在忙碌。

“它是人体内最大的信号接收器家族。”浙江大学医学院、良渚实验室教授张岩打了个比方，“它在人体，就像孙悟空，拔一撮毫毛，一吹气，幻化出上百孙悟空，在人体的各个地方忙碌。市面上的药物，超过三分之一都是和这些‘孙悟空’打交道，从而治疗相关疾病。”

在临床上，已知上百种由基因突变导致的疾病，会导致这些“孙悟空”失灵甚至失控，一些帕金森综合征、内分泌疾病，根源就在这里。

然而，传统的药物通过“正构口袋”进行作用，往往难以根治此类结构性损伤。“就像孙悟空被关在墙里，你在墙外喊破嗓子，也修不好他内部的‘故障’。”张岩解释道。

团队使用VR绘制蛋白骨架

他进一步补充：“人体内存在着800多种不同的GPCR，但目前被证实能够直接参与其功能调控的跨膜蛋白，只有三到四种。”

既然数量较少，能否换个思路，人造跨膜蛋白，为这个“孙悟空”带上紧箍咒，控制他的行为？

张岩把目光投向人工智能，“AI能生成文字、图片和可溶蛋白已经十分常见，那为什么不用来生成跨膜蛋白呢？”

正是这样的背景下，2022年，他找到计算机学院的人工智能专家章敏研究员，开始了一场面向跨膜蛋白“无人区”的跨学科探索。

用AI 人造蛋白

医学+计算机，最大的坎儿，是语言不通。医学讲结构、功能、信号通路。计算机讲算法、模型、训练数据。要让AI听懂医学的话，得先“翻译”。 

“我们要让医学的内容转化成计算机的语言，这样人工智能大模型才能听得懂提示，明白我们想要什么，从而生成相关的蛋白结构。”浙江大学计算机学院研究章敏解释道。

此前，几乎没有针对膜蛋白跨膜区，开展蛋白设计的成熟路子可循，团队只能自己蹚。

浙江大学医学院“医药+X”多学科交叉博士研究生程诗卓，便是跨越这场无人区中的核心参与者之一。

他的日程表，外人看了都头大：一周要在医学组、计算机组、交叉组开三次组会。上午还在跟师兄学GPCR受体的结构特征，下午就要把那些医学的概念转化成计算机语言。

“最难的便是找不到解决方案的时候，因为没人做过，根本不知道什么样的信号是能用的，只能一个个尝试。”程诗卓说道。 

GEM 的人工智能“从头设计”流程

他们像搭积木一样，一层一层模块化地构建算法架构和蛋白结构。计算机负责推演，医学组负责验证。正是这样一次次的试错、校准、再出发，最终通过AI设计出人造跨膜蛋白——GEM（GPCR Exoframe Modulators，GPCR外骨骼蛋白）。

研究团队对这个蛋白命名的英文缩写意为“宝石”。与常规药物的作用位点不同，GEM能像“紧箍咒”紧紧包裹在GPCR的跨膜域上，以重塑其信号输出路径。

根据探针算法生成的优势结合区域点云图

“我们发现，这个‘紧箍咒’不仅能管住‘走偏’的孙悟空，让它回归正常工作，还能给那些过分活跃的适度降降温。”张岩说，“可控能力远超想象。”

交叉学科的“快与慢”

四年，在科研里不算长。但对习惯了快速迭代的计算机学科来说，是一场需要耐心的长跑。

事实上，在项目启动后半年，就已经搭建出能够生成“跨膜蛋白”的 AI设计平台雏形。然而，这些蛋白能否在真实的细胞里工作，是另一套完全不同的评判标准。

张岩表示，医学是一门严谨的、需要实证的学科，一个AI生成的蛋白，哪怕看上去再完美，也必须经过细胞功能验证、冷冻电镜结构解析等一系列漫长而严谨的检验。

功能实验验证动辄数月，冷冻电镜结构解析也是一场马拉松，需要大量试错和调整；而针对不同GEM的设计需求，计算机组又得进行同步，重新调整模型和流程参数、生成新的结果，并在这个过程中逐步完善整体平台。

GEM拯救GPCR失活突变体

正是在这种“快”与“慢”的反复拉扯中，计算平台迭代了三到四个版本，最终开发出针对跨膜蛋白的序列-结构共设计平台和“结构提示策略”，才换来最终那些既符合计算预期、又在细胞里真正奏效的跨膜蛋白。 

“相比传统药物，这类细胞疗法通常进入人体后的疗效可维持一年乃至数年。换句话说，就好比吃一次药，管几年。”张岩说。

眼下，团队正针对帕金森疾病，与合作方推进转化研究，预计未来将启动临床阶段。“我们希望尽快推动细胞疗法，让患者早一点享受到创新带来的红利，早一点缓解病痛。”张岩说道。

（图片由受访者提供）