当前笔记本优先选择“结构先行”的三段组合
针对只有 target PDB、hotspot residues 和 peptide length,没有已知 binder的任务,当前最合适的主线是:官方 RFpeptides/RFdiffusion 生成环肽骨架 → ProteinMPNN v_48_020 设计肽链序列 → AfCycDesign 进行循环感知的独立重折叠和初筛。CycleDesigner/CycRFdiffusion 保留作第二套骨架生成器;HighFold3 等硬件升级或需要非天然氨基酸时再接回。
同一范式从通用蛋白设计,发展到环肽专项并完成实验闭环
骨架生成
序列设计
self-consistency
结构与功能
functions
+ ProteinMPNN
1,500 complexes
筛到 4 条
MST · SPR
弱但可重复结合
/ CycRFdiffusion
v_48_020
替代 HighFold
结构 QC
候选排序
三个方向分别看:骨架生成、序列设计、循环结构验证
① 骨架生成
② ProteinMPNN 权重
③ 重折叠 / 验证
RFdiffusion 的 7 个本地 checkpoint 是不同任务权重,不是 7 代软件。ProteinMPNN 的数字后缀表示训练时坐标噪声;HighFold/2/3 才是清晰的三代模型家族。
保留 CycleDesigner 的五段结构,只替换当前跑不动的验证器
hotspots
peptide length
并行:CycRFdiffusion
v_48_020
只设计 peptide
未来:HighFold3
闭环几何 · 界面接触
scores.json
summary.csv
这台笔记本完成一次轻量计算约 1–2 分钟
| 阶段 | 本机 N=1 实测 | 说明 |
|---|---|---|
| RFdiffusion 骨架生成 | 约 38 秒;模型报告纯设计 0.51 分钟 | 126 aa target + 18 aa peptide、50 diffusion steps;target 更长会明显变慢,官方说明复杂度随总残基数近似 O(N²)。 |
| ProteinMPNN + 文件处理/QC | 约 13 秒;其中网络生成仅 0.205 秒 | 大部分墙钟来自环境启动、PDB 解析、序列回填与 QC,而不是 MPNN 前向计算。 |
| AfCycDesign 重折叠 | 约 18 秒 | model_1_ptm、1 recycle、单序列;首次 JAX 编译、更多 models/recycles 或更大 target 会增加耗时。 |
| 完整 N=1 | 约 69 秒 | 从建立输出目录到 summary.csv 写完的实际文件时间跨度。 |
只有 N=1 是真实计时;20/100 个是按当前串行实现做的容量规划。正式筛选若增加每骨架序列数、5 个 AF2 模型和 3–6 次 recycle,验证阶段可能成为主要耗时。
当前能跑 AfCycDesign;未来用 HighFold3 扩展化学空间
AfCycDesign 本机已跑通
HighFold3 未来升级
关键边界:AfCycDesign 可以替代当前 canonical cyclic peptide 的结构初筛,但不是 HighFold3 在非天然氨基酸和 CCD 化学表达上的功能等价替代。
一次端到端计算已完成,但该候选应被淘汰
FILTER_FAIL。实际设计应生成较大的候选池后排序和淘汰。证据目录:/home/luohaoxuan/work/rfpeptide_pipeline/outputs/20260902_162243/
一条命令运行完整三段流程
cd /home/luohaoxuan/work/rfpeptide_pipeline
bash run_pipeline.sh target.pdb "A45,A48,A52" 12 18 20
| 参数 | 含义 | 检查 |
|---|---|---|
target.pdb | 靶蛋白结构,可包含多条 target chain | PDB 可解析;target chain 存在;坐标非 NaN |
"A45,A48,A52" | 链 ID + PDB 残基编号形式的 hotspot | 每个热点必须真实存在,否则启动前报错 |
12 18 | 最短与最长环肽长度 | 逐长度生成,CycRFdiffusion 使用循环链设置 |
20 | 骨架设计总数 | 建议用于候选池,而非只生成 1 个 |
若只想运行旧的两段生成链路,可追加 --skip-afcycdesign。可用 --af-model model_1_ptm 和 --af-recycles 1 控制当前轻量评分配置。
输出目录和三个隔离环境
每次任务输出
backbones/:RFdiffusion 生成的复合物骨架 PDBsequences/:ProteinMPNN FASTA 与回填序列的 PDBafcycdesign/:每个候选的 prediction PDB 与 scores.jsonsummary.csv:序列、路径、评分与 PASS/FILTER_FAIL 汇总logs/:各阶段完整标准输出和 traceback
Conda 环境
rfdiffusion:骨架生成proteinmpnn:肽链序列设计afcycdesign:AF2 循环感知重折叠与评分
环境彼此隔离;没有修改 NVIDIA Driver、系统 CUDA 或使用全局 pip。
当前最重要的风险与下一步
- 热点质量决定搜索空间。热点编号正确并不代表它们可结合;应基于表面暴露、功能界面和实验知识选择。
- 生成阶段会有较高淘汰率。需要批量生成不同长度和随机种子的骨架,而不是对一个候选过度解释。
- 当前评分是轻量配置。真实回归仅使用一个 AF2 模型、一次 recycle,适合冒烟测试;正式筛选应提高 recycles、模型数并做复现。
- iPAE 与 RMSD 是筛选器,不是亲和力。它们衡量模型置信度与自洽性,不能直接替代 Kd、SPR/BLI 或细胞实验。
- AfCycDesign 主要覆盖标准氨基酸环肽。引入非天然氨基酸、修饰基团或更复杂化学约束时,应回到 HighFold3/AF3 或其他显式化学建模方案。
- 尚未包含精细物理优化。当前没有 Rosetta relax、能量分解、长时间 MD 或溶剂自由能计算。
- 多链 target 通过顺序拼接做对齐。脚本已处理多链 target,但输入链顺序和残基完整性仍需保持一致。
从方法范式、环肽专项到实验命中,证据链是连续的
原始论文与官方实现
- Watson et al. De novo design of protein structure and function with RFdiffusion. Nature, 2023.
- Zhang et al. CycleDesigner: Leveraging CycRFdiffusion and HighFold to Design Cyclic Peptide Binders for Specific Targets. Journal of Chemical Information and Modeling, 2025.
- Cho et al. AI-guided design of cyclic peptide binders targeting TREM2 using CycleRFdiffusion and experimental validation. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, volume 133, April 2026.
- Vázquez Torres et al. Accurate de novo design of high-affinity protein-binding macrocycles using deep learning. Nature Chemical Biology, 2025.
- Dauparas et al. Robust deep learning–based protein sequence design using ProteinMPNN. Science, 2022.
- Rettie et al. Cyclic peptide structure prediction and design using AlphaFold2. Nature Communications, 2025.
- Zhang et al. HighFold, 2024;Zhu et al. HighFold2, 2025;Cao et al. HighFold3, 2025.
- 官方实现:RFdiffusion/RFpeptides;ProteinMPNN;CycleDesigner;TREM2 pipeline.
- Google DeepMind. AlphaFold 3 官方安装与资源要求.
TREM2 论文对 TP4 的原文结论是 weak but reproducible binder;这里不把它表述为高亲和力命中。报告中的 iPAE < 0.3、peptide Cα RMSD < 1.5 Å 是工程筛选门槛,不等同于实验亲和力。