AlphaFold 3：复合体、核酸和配体进入同一张图
设计任务扩展到抗原、工具蛋白和 binder 以后，屏幕上的问题也变得拥挤。一个输入页面里，蛋白链仍在中央；旁边多了一段 DNA 或 RNA；口袋里放进一个小分子；金属离子停在几个带电残基之间；某个磷酸化或甲基化残基被标出来；页面边上还有来源入口、条款链接、confidence 标记和结果下载按钮。模型不再只画一条蛋白链，页面本身已经像一张问题表。
输出图更容易让人停住。彩色带状结构、核酸骨架、小分子棒状模型、离子小球和修饰残基同时挤进一个三维空间里；抗体和抗原的界面、配体所在的口袋、核酸被弯折的位置、金属离子的配位点都可能在同一页出现。图看起来更完整，真正要追问的却更细：这些对象是否真的在同一空间里相遇，朝向是否合理，界面是否可信，后续实验能不能支持这张图。
如果这张图能改变研究，它改变的是第一轮问题的排序方式：先改哪个残基，先换哪段核酸，先测哪个配体，先核验哪个离子或修饰。变体报告、口袋短名单、设计样品表、minibinder 候选编号和三类验证表都在把结构图推向实验入口；到了多分子复合体图，入口更多，边界也一起变厚。
25.1同一张图里出现更多分子
复合体，指两个或多个分子一起形成的工作组合。它可以是两条蛋白链，也可以是蛋白和 DNA、蛋白和 RNA、蛋白和小分子、抗体和抗原，或者这些对象的混合体。复合体的难点不只在每个成员自己的形状，还在成员之间的相对位置。两块拼图各自画得漂亮，拼在一起仍可能错位。
单个蛋白模型主要问主链、侧链、置信度和功能位点；复合体图还要问成员之间的距离、朝向、接触面积和互相限制。一个酶的折叠可能看上去可靠，但底物类似物若被放在不合理的一侧，整张图仍不能支撑机制假设。一个抗体模型本身可能很稳定，但抗原表位若和糖链或逃逸突变位置冲突，读法也要重新开始。
配体通常指能与蛋白或其他分子结合的小分子或分子片段。很多药物分子都可以放进这个词里。配体进入结构图以后，看似只是“口袋里多了一个东西”，实际要问得更细：它的可旋转键怎样摆，带电基团朝向哪里，水分子和盐会不会改变局部接触，蛋白构象是否允许它在这个位置停住。
核酸包括 DNA 和 RNA。DNA 常让人想到遗传信息，RNA 还参与翻译、剪接、调控和许多结构性任务。核酸进入同一张图以后，模型面对的不只是另一条链。DNA/RNA 有长度、末端、电荷、碱基序列、弯曲方式、二级结构和修饰状态。蛋白贴在一段 DNA 上，可能认的是某几个碱基，也可能认的是骨架形状和局部弯曲。
离子是带电的原子或小分子，比如镁离子、锌离子、钙离子。它们常常在结构里很小，却可能影响催化、稳定和信号传递。修饰残基则是蛋白或核酸中的某个单位经过化学修饰后的状态，比如磷酸化、甲基化或其他修饰。一个修饰残基可能改变电荷、体积和界面，也可能只是样品里少数分子带着的状态。
这些对象同框出现，说明问题变得更接近真实生物系统。酶要抓住底物，受体要认出信号分子，转录因子要贴到 DNA 上，抗体要抓住抗原，金属离子有时还要稳住局部形状或参与催化。对象越多，图越像真实场景；对象越多，判断表也越复杂。
开头那张拥挤图因此不能被当作结论海报。它更像一张问题索引：配体给出口袋假设，核酸给出调控或识别假设，抗体界面给出表位和逃逸假设，离子给出催化或稳定假设，修饰残基给出开关或样品状态假设。每一个假设都要回到自己的实验入口。
25.2AlphaFold 3 到底扩大了什么
2024 年 5 月 8 日，Google DeepMind 和 Isomorphic Labs 发布 AlphaFold 3。同日，Google 官方发布页介绍 AlphaFold 3 可以预测多类生命分子的结构和相互作用。Abramson 等人在 2024 年 Nature 论文 Accurate structure prediction of biomolecular interactions with AlphaFold 3 中，把这个变化写成更具体的技术目标。Crossref 记录这篇论文发表在 Nature 630 卷，493-500 页，DOI 为 10.1038/s41586-024-07487-w。
论文摘要里的关键句很清楚：AlphaFold 3 使用 substantially updated diffusion-based architecture，能够预测包括 proteins、nucleic acids、small molecules、ions 和 modified residues 在内的复合体 joint structure。联合结构这个词很重要。它指向同一空间里的相对排列，不能读成把蛋白、核酸、小分子各自画好以后拼成一张合影。
一个蛋白-配体联合结构里，配体姿势要和口袋几何、氢键、疏水接触、电荷分布相互配合。一个蛋白-DNA 联合结构里，蛋白界面要和核酸走向、碱基暴露和骨架电荷一起成立。一个含离子或修饰残基的复合体里，小小的位置变化也可能改变整套解释。局部看上去顺眼还不够，整张图都要接受几何和化学常识的检查。
扩散模型可以用一个有限类比来理解：模型从比较模糊、带噪声的位置表示出发，逐步生成和修正，最后得到更具体的全原子复合体结构。这个类比只说明“逐步生成和修正”的方向。真实模型处理的是原子、残基、分子类型、几何关系、序列信息和训练中学到的结构规律，不能写成模型在脑中想象分子站位，也不能写成模型知道真实生物动态过程。
AlphaFold 3 的扩大点在这里：它承接了 AlphaFold 2 和蛋白复合体预测积累下来的读图习惯，又把目标推到更广的生物分子相互作用。图里出现更多对象，价值在于更早提出相互作用假设；边界在于每个对象都带来新的输入条件、置信度问题和实验验证口。
扩大对象范围没有清零旧问题。蛋白链本身仍可能有柔性区，复合体成员之间仍可能有多种相对姿势，配体和核酸仍会受实验条件影响。EMBL-EBI 的 AlphaFold training 也提醒，AlphaFold 3 预测的是静态结构，通常给出给定序列的一种结构；改变 MSA 或使用多个 seeds 可以增加输出差异，却不能保证找到真实的其他状态。读图顺序因此要比单链模型更慢：先看对象，再看界面，再看置信度，再问哪条实验能最快排除错误姿势。
25.3入口有几种，限制也有几种
读 AlphaFold 3，至少要把几种入口分开。Nature 论文让人看方法、基准和作者承认的边界；Google 官方发布页说明发布主体、日期、公开口径和 AlphaFold Server 入口；Server 让非商业研究者更快试跑；GitHub 仓库提供 AlphaFold 3 inference pipeline；model weights、output terms 和 prohibited-use policy 又分别规定参数、输出和用途边界。
同年 11 月，Nature addendum 说明原论文补充材料已经给出 AlphaFold 3 模型工作的 pseudocode，论文发布时提供了免费的非商业 AlphaFold 3 Server 访问，Google DeepMind 之后释放了 underlying inference code，并指向 GitHub 仓库。Google 官方页在 2024 年 11 月 11 日更新称，AlphaFold 3 model code and weights 已为 academic use 发布。这个更新提高了学术复核和流程接入能力，却仍需要和条款一起读。
GitHub README 说明，这个包实现的是 AlphaFold 3 的 inference pipeline；模型参数需要申请，访问由 Google DeepMind 裁量，参数也必须直接从 Google 获得。README 同时写明，AlphaFold Server 可用于 non-commercial use，但支持的配体和共价修饰集合更有限。论文、Server、代码、权重和条款回答的是不同问题，不能混成一句“工具已经完全开放”。
权重条款、输出条款和 prohibited-use policy 把边界写得更硬。GitHub 的 model parameters terms of use 与 output terms 都标注 Last Modified: 2024-11-09；条款说明模型参数和输出可在特定 non-commercial uses 下免费使用。README 和条款都提醒，输出是 predictions with varying levels of confidence，需要谨慎解释；AlphaFold 3 及其输出用于 theoretical modeling，未被设计、验证或批准用于 clinical use，也不能替代医疗或其他专业建议。
这些限制不只是法律脚注。它们会改变一张预测图能被怎样使用。论文结果能支持“方法在公开基准和案例中表现如何”；Server 结果能支持“这个体系有什么候选姿势值得追”；代码和权重能帮助学术团队复核、批量处理或接入已有流程；输出条款和禁用政策则提醒人，坐标文件和图像仍由使用者承担解释责任。开放入口越多，越要把入口的用途、条件和解释边界分开。
同一条边界还会影响叙述口径。可以说 AlphaFold Server 让非商业研究者更容易生成可检验假设；不宜说它让任何人无限制地完成复合体研究。可以说 GitHub 仓库降低了学术复核和流程接入门槛；不宜把模型参数申请、条款限制和输出责任省略掉。前沿系统的开放状态本身会变化，写法要贴着官方页面和条款，不贴着愿望。
实际输入时，研究者还要做许多看似小的选择：蛋白序列是否保留柔性尾巴，核酸链给多长，小分子用哪种化学表示，离子是否加入，修饰残基是否确实存在于样品中。换一段核酸长度、换一个链边界、换一个配体质子化状态，输出界面都可能改变。输入页不是形式，它会把假设写进模型。
输出页同样不能只看彩图。模型坐标、confidence 标记、不同模型之间的界面一致性、配体周围的碰撞、核酸弯曲是否过度、离子配位是否合理、修饰残基是否落在关键界面，都要一起读。若关键接触正好落在低置信区域，或者几次预测给出完全不同的配体姿势，这条假设应先降级，不能立刻承担功能解释。
25.4配体和口袋最容易被漂亮图带偏
蛋白-配体图最容易制造过快结论。小分子卡进口袋，方向看起来合适，旁边还有几个氢键和疏水接触，画面容易让人误以为药物发现已经接近完成。更稳的读法是：这只是候选姿势。对接把小分子放进蛋白口袋并评估可能结合方式；复合体预测让配体和蛋白在更统一的框架里被考虑；真实结合仍要由实验回答。
漂亮姿势尤其容易遮住水分子、蛋白构象和竞争分子的作用。一个口袋在晶体或预测图里看起来开着，溶液中可能更多时间处在另一种构象；一个氢键在图上距离合适，真实体系里可能被水分子、盐浓度或邻近残基重新安排；一个小分子在模型里贴住口袋，细胞环境里还要面对膜通透、代谢和非目标蛋白。图给的是空间假设，不是化学命运。
一个配体姿势若值得继续追，先看它是否符合已知化学。带电基团有没有朝向合理位置，疏水部分有没有埋进疏水区域，可能形成氢键的原子距离是否合适，是否和已有突变或已知抑制剂方向冲突，口袋是否处在可进入的构象状态。这些检查只能提高可信度，不能直接变成结合证明。
实验会把姿势拆成几条可测问题。换掉口袋里的关键残基，结合曲线是否明显变弱；加入竞争分子，信号是否被挤掉；改变构象状态，配体是否还占同一个位置；功能实验里，酶活、受体信号或细胞读数是否随之改变。若这些读数不支持，图上的配体姿势就要退回候选。
药物发现也没有因为同框图而完成。强结合还要继续面对选择性、ADME、安全性、递送、代谢、毒性和临床研究等门槛。AlphaFold 3 能把配体姿势提前放进实验排序表，不能把 hit、lead 和 drug 之间的距离抹平。
口袋图、短名单、板孔、结合曲线、竞争实验和功能读数因此会重新排队。配体同框只说明候选姿势出现；结合曲线回答是否愿意待在一起；竞争实验回答是否占用同一处；突变和构象读数回答界面是否真的承担作用；结构复查再核对姿势有没有被图像带偏。每一层都让候选变重一点，也都可能让它退场。
25.5核酸、抗体、离子和修饰各有误读方式
蛋白-DNA 或蛋白-RNA 复合体有另一套误读方式。核酸长度和末端设计会影响结合，盐浓度会改变电荷屏蔽，碱基序列、弯曲方式、RNA 二级结构和修饰状态都会改变读法。一个模型把蛋白放到某段 DNA 上，并不能直接说明这就是细胞里的调控关系。
核酸还会把“样品边界”带进图里。一段 12 个碱基的 DNA 和一段 30 个碱基的 DNA，末端自由度不同；一段孤立 RNA 和带着天然二级结构的 RNA，展示给蛋白的表面也不同。若模型只在某个截短片段上成立，研究者就要问它是否能代表真实转录本或基因组片段。核酸越长、越柔，读图越不能只盯着一个接触点。
核酸界面要靠后续读数收紧。关键碱基替换后结合是否下降，截短核酸后界面是否还在，改变盐或缓冲液后读数是否稳定，突变蛋白界面残基是否破坏结合。若条件允许，X-ray、cryo-EM、NMR、原位方法或其他结构/结合实验还要继续确认。模型给的是接触假设，不是调控机制的完成稿。
抗体-抗原和其他免疫复合体又多一层生物背景。模型可能提示抗体和抗原的接触区域、表位位置和候选界面，帮助决定先测哪些突变、哪些抗原变体、哪些逃逸位点。可是亲和力、特异性、逃逸突变、糖基化、免疫环境和体内效果都不能由结构图直接决定。抗体看似抓住了一个表位，功能和安全性仍要另行检查。
离子和修饰残基常常藏在局部细节里。图上出现一个金属离子，可能帮助解释催化几何；出现一个磷酸化残基，可能提示调控开关；出现一个修饰碱基，可能改变蛋白识别核酸的方式。可样品制备是否保留了这种状态，修饰占有率是否足够高，离子是否真实参与功能，修饰是否只是少数分子上的状态，都要靠质谱、酶活测定、突变、金属替换、去修饰处理或不同缓冲条件来支撑。
这些边界有同一个方向：对象越多，实验边界越多。完整图像不该让结论变轻。它让研究者更早列出该查的对象，也让每个对象都带着自己的误读风险进入后续实验。
复合体图的强处不在一次性替所有对象作答。它把对象放在同一张假设表里，迫使研究者同时问配体、核酸、抗体、离子和修饰各自需要什么读数。一个对象的读数变强，不会自动替另一个对象背书。
25.6一张复合体图怎样变成实验顺序
一张 AlphaFold 3 输出图若要进入实验计划，通常先看已有结构。有没有相近蛋白、相近配体、相近核酸界面，模型是否和公开结构或已知突变冲突。若相似体系已经给出清楚界面，新预测要解释它和旧结构之间的关系；若没有相似结构，语气就要更谨慎。
然后看模型自身。不同随机种子或不同构建体是否给出相似界面，confidence 是否落在关键接触处，低置信区域是否正好覆盖最重要的判断位置。配体姿势若几次预测都乱跳，核酸界面若强烈依赖链长度，离子位置若反复移动，这些线索会让假设降级。
再看化学接触是否合理。配体附近有没有明显碰撞，氢键距离是否可接受，疏水面是否真的埋住，核酸是否被折成不合理角度，离子周围的配位是否像真实化学环境，修饰残基是否落在会改变电荷或体积的界面上。化学检查不是实验，却能提前筛掉一部分漂亮但不可信的图。
实验排序放在这些检查之后。哪条假设最有信息量，就先把它拆成可测动作：突变界面残基，做结合曲线，加入竞争分子，看功能读数，做质谱确认修饰，替换金属离子，去掉修饰处理，必要时再做 X-ray、cryo-EM、NMR 或其他结构复查。AlphaFold 3 输出本身还不是机制结论，它把复合体假设拆成可验证顺序。
可以把它想成一个酶体系的检查单：一条酶序列，一个底物类似物，一个金属离子，几处已知突变。模型把底物类似物放到催化残基附近，也把金属离子放在一个看似合理的位置。接下来最有信息量的动作，可能是先突变周围残基、换金属离子、改变缓冲液，再看结合和酶活是否朝模型预期移动；完整反应解释要等这些读数彼此支撑之后再变重。若这些读数互相支持，结构复查才更有理由进入后续轮次。
这个顺序也解释了它的价值。过去，多种对象常常分散在不同假设里：配体姿势一张图，核酸界面一张图，离子或修饰又是一张局部说明。现在，同一张复合体图能把候选界面、配体姿势、核酸接触、离子位置和修饰状态放进同一张实验设计表。它减少的是盲目验证，让第一轮实验更容易指向最有信息量的位置。
预测若和实验冲突，模型仍然有用，但用法会改变。它不再是支持机制的图，而会变成问题来源：输入边界是否错了，配体状态是否不对，核酸长度是否太短，修饰是否没有出现在样品里，离子条件是否不匹配。失败不是附属说明，它会把复合体假设重新送回输入和实验表。
25.7从盲测清单走向细胞地图
Prediction Center 的 CASP17 页面把许多相关问题放进评测类别和目标清单里。官方页面写到 immune complexes，包括 antibody-antigen、nanobody-antigen 和 T-cell receptor complexes；写到 organic ligand-protein complexes；写到 nucleic acids and complexes，包括 non-homologous RNA/DNA structures 和 protein-nucleic acid complexes；还写到 conformational ensembles，以及膜蛋白、弱进化信息目标、大型蛋白和复杂复合体等 difficult protein structures and complexes。
CASP17 的 target list 也已经是可查询页面：目标会按时间 released 和 expire，命名把蛋白单体或同源多聚体、蛋白异源复合体、RNA、DNA、含核酸异源复合体和 ligand-only targets 分成 Txxxx、Hxxxx、Rxxxx、Dxxxx、Mxxxx 和 Lxxxx 等入口。这个页面适合作为公开盲测和目标组织方式来读，不能写成 AlphaFold 3 的成绩单。
这些类别不是 AlphaFold 3 的反证。它们提醒结构预测领域仍需要盲测、困难目标和公开校准。盲测的意义在于把解释放到答案公布之前：参与者不知道实验结构，只能按给定信息提交模型；评估者再用后来公开的实验结构比较。CASP17 在这里适合作为评测和目标清单来读，不能写成结果。
回到开头那张拥挤的复合体图，蛋白、核酸、小分子、离子和修饰残基都还在同一空间里。现在它的意义更清楚：复合体同框图是候选模型，不是实验结论；Server、代码、权重、输出和条款是不同入口；配体、核酸、抗体、离子和修饰各有自己的实验边界；盲测清单继续提醒人，公开评估还在校准这些边界。
变体报告、口袋图、候选配体、设计样品、minibinder 表面、抗原读数、工具蛋白图像和 binder 候选表都在同一个方向上汇合：结构图越来越接近真实研究现场，判断却没有变轻。多种分子对象进入同一张复合体预测图以后，第一轮实验更容易排序，结论仍要由读数和复查慢慢加重。
再往外，尺度会变大。AlphaFold 3 仍主要停在分子复合体尺度，关心谁靠近谁、怎样接触、哪些位置值得验证。屏幕上若继续铺开，出现的会是细胞、组织、疾病样本、空间位置和公共细胞图谱。地图能帮人定位，不能替人解释全部机制；这个边界会在细胞尺度上继续放大。