人工智能驱动的低分子药物发现已成为跨学科研

作者:mile官网 日期:2025-12-21 浏览: 来源:mile米乐集团

人工智能驱动的低分子药物发现已成为跨学科研究的关键趋势,其中基于片段的药物发现逐步成为重要方法之一。生成式预训练模型在各领域展现出强大能力,核心在于对基础语言单元的预训练与表示学习。与自然语言类似,分子编码可视为化学语言的表达,需要依据化学推理对分子进行片段化处理,从而获得更精准的分子表征。本文系统回顾了分子片段化领域的最新进展,梳理了多种片段化技术的原理与应用场景,重点评析各自的特点、适用范围及其在下游任务中的作用,并展望未来的发展方向与面临的挑战。

在片段化的应用场景中,FBDD(基于片段的药物发现)已成为寻找新型药物的有效途径之一。相较于传统的高通量筛选,FBDD能够识别更小的化合物单位,进而在更广阔的化学空间中挖掘潜在先导分子。通过获取分子片段及其与生物靶点不同区域的相互作用,FBDD帮助揭示结合模式与靶点结构信息。片段-靶点关系的提取与分析成为该领域研究的核心焦点。

FBDD相对HTS具备多项显著优势:首先,对更小、更易合成的化合物片段的探索使命中具备更高的潜力;其次,较小的片段库在成本与管理上通常更具优势;再者,起点分子往往具备较高的可优化性,便于提升亲和力与选择性;此外,针对结合位点的解剖性研究(如通过晶体学等手段获得详细的结构信息)有助于理解药物与靶标的相互作用。综合而言,FBDD在探索化学空间、提高命中率以及优化药代药效性质方面展现出独特的价值。

不过,如何在实际研究中选择合适的片段化策略,充分发挥FBDD的优势,仍然是一个关键挑战。传统的片段库往往成本高、数量受限、覆盖不均,限制了在广泛药物发现场景中的应用扩展。因此,近年来的研究趋势转向在人工智能驱动下的片段化方法的开发与应用,力求从专家驱动转向更大规模、低成本的片段化策略。相应地,部分综述系统地总结了基于专家经验的方法,并扩展了更具普适性的非专业依赖型片段化方案,梳理了片段化原则、实施技术以及相关问题。mile米乐

高效的分子片段化应当能够同时兼顾局部与全局的化学信息,使下游任务的建模与预测更加灵活可靠。若将片段化成果用于机器学习任务,理想的片段应覆盖化学空间的关键区域,同时避免信息冗余或过度扩展而导致的噪声增多。为实现这一目标,建立高质量的分子片段库至关重要,但现有片段库的版权、数量与分布不均等问题制约了其广泛应用。为此,研究者们正在推动更大规模、非专业依赖的片段化策略,以应对复杂药物发现场景中的需求。

关于当前的片段化技术与方法,研究者们对片段原理、实现手段及其在不同任务中的适用性进行了系统梳理,并关注在实际推导过程中可能产生的问题与偏差。此外,部分研究提出的概念性方法,如将文本分割思路应用于分子线性表示的尝试,尽管在一维分子编码上尚未广泛落地,但在理论可行性与潜在应用方面具有一定的启发意义。

在片段化的实践中,选择合适的片段库是获得高质量片段的关键一步。过于冗杂的片段库可能带来信息丢失或干扰,而过于单一的片段则可能无法充分覆盖目标化学空间。对于片段筛选和组合,需兼顾以下要点:通过整合关键药效团来覆盖相关化学空间、保持片段的分布均衡与适度的结构复杂性、避免重复聚类、保障可操作性与可达性,从而在提升命中率的同时促进先导化合物的有效优化。小体积片段虽易产生低亲和力,但往往携带了与蛋白质结合相关的关键特征,有助于后续的结构-活性关系分析与策略调整。

未来研究中还存在若干值得关注的新方向与挑战。首先,向能量驱动的分解策略扩展,以在保留官能团的前提下避免对高能化学键的破坏;其次,完善片段信息的保留,不仅记录结构信息,还应包含在原分子中的位置信息、能量分布以及相关性等,以提升片段在后续分析中的可追溯性;再次,建立直接评估片段质量的评估体系,避免单以下游任务表现作为唯一指标,从而实现对片段质量的公平、客观评估。

通过持续完善片段化原则、提升库的覆盖性与多样性,以及发展更具可扩展性的非专业驱动方法,未来的分子片段化有望在药物发现中发挥更大作用。