毒性信号还需要药物处置信息
美国国家转化科学促进中心(National Center for Advancing Translational Sciences,NCATS)团队在 Scientific Reports 报告了一项计算与实验结合研究,将 ADME@NCATS 的预测模型用于 Tox21 资料中的候选排序。
ADME 指吸收、分布、代谢和排泄(absorption, distribution, metabolism and excretion)。细胞检测中的活性或毒性信号,需要结合溶解度、稳定性和通透性理解,才能判断化合物是否可能达到相关暴露。研究关注的是这些模型在所选 Tox21 对象上的适用性。
180 种化合物用于基础 ADME 比较
团队最初选出 200 种化合物,综合库存和取得条件后保留 180 种。其检测范围包括大鼠肝微粒体稳定性、水相溶解度,以及平行人工膜通透性检测(parallel artificial membrane permeability assay,PAMPA)的胃肠道版本。
其中 80 种已有相应内部实验数据,研究将它们从训练资料中移除并重新训练模型,以减少训练与评价重叠;其余 100 种补做实验,因此基础评价对象仍为 180 种。部分具体终点存在无有效测量的记录,详细情况另列在补充资料中。
模型采用分子图输入的有向消息传递神经网络。研究还比较化学空间和结构相似性,所选对象中约 60% 与相应训练资料的最大相似性高于 0.4,另有相当部分处于较低相似性范围。

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不同终点的预测表现并不相同
与实验分类比较,大鼠肝微粒体稳定性、胃肠道被动通透性和溶解度的受试者工作特征曲线下面积(area under the receiver operating characteristic curve,AUC)分别为 0.87、0.92 和 0.81,平衡准确率分别为 0.78、0.81 和 0.75。
溶解度模型的敏感度为 0.59,低于其 0.91 的特异度。这说明,汇总性能之外仍需分开观察两类对象的识别情况。研究也比较了不同相似性分组中的错误,部分区间的对象数量有限。
这些实验与计算测量对应不同的药物处置问题。大鼠肝微粒体结果提供代谢稳定性信息;PAMPA 评价被动膜通透过程,无法直接包含主动转运。
血脑屏障被动通透性另做 55 种比较
另一部分研究对 55 种可获得的 Tox21 化合物进行 PAMPA 血脑屏障版本检测,并比较对应模型预测。该子集按实际库存选择,存在选择偏倚,代表性受到限制。
这一模型的 AUC 为约 0.77,准确率和平衡准确率均为 0.76。该检测评价的是被动膜通透性,体内脑暴露还受到其他过程影响。
作者指出,主动外排或摄取可能改变体内脑暴露,而本检测不包含这些过程。已有体内比较资料中,高外排化合物的代表性也不足,因此被动通透性结果需要在适当任务中使用。
同一终点上的工具比较仍受资料条件影响
研究还将所选公开预测工具与 ADME@NCATS 作比较,在若干终点和本批实验测试集上观察到后者较好的表现。作者同时说明,工具间的训练资料、终点定义、分类阈值和实验来源不同,这些条件会影响比较。
这项研究将所选 Tox21 化合物的模型预测与对应 ADME 测量放在一起比较,为后续实验分配和候选排序补充药物处置信息。基础 ADME 与被动血脑屏障通透性使用各自的实验对象和评价范围。