计算集群设备。
来源:ChrisDag / Wikimedia Commons(CC BY 2.0)

先预测 ADMET 性质,再判断心脏毒性关注级别

药物引起的心脏损伤可能涉及心律失常,也可能涉及心肌病等不同过程。美国研究团队在 Circulation 报道一项计算研究,尝试把药物的吸收、分布、代谢、排泄与毒性(absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity,ADMET)预测结合起来,判断药物在既有资料中的心脏毒性关注级别。

流程分为两步。ADMET-AI 首先根据分子结构给出 41 项性质预测;随后,极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGB)分类模型使用这些预测值,输出药物属于心脏毒性高关注类别的概率。

训练资料取自 DICTrank,共 555 种药物。其中 293 种归为心脏毒性“最需关注”类别,262 种归为“无需关注”类别,涉及 β 受体阻断剂、抗心律失常药、钙通道阻断剂、他汀类及钠—葡萄糖共转运蛋白 2(sodium-glucose cotransporter 2,SGLT2)抑制剂等。

按分子骨架划分训练与测试药物

研究按分子骨架划分药物,使模型在一些骨架上训练,再对其他骨架的药物做预测。论文报告各轮使用 80% 的药物训练、20% 测试,并对 10 轮测试结果取平均。

采用 ADMET-AI 特征的模型,平均受试者工作特征曲线下面积(ROC-AUC)为 0.72,精确率—召回率曲线下面积(PR-AUC)为 0.75。换用 SwissADME 的性质预测、仍使用 XGB 分类时,两项指标分别为 0.67 和 0.69。

这一比较把分类器保持为 XGB,改变用于训练的性质预测。作者认为,ADMET-AI 提供更全面的性质信息,是性能差异的可能原因。

特征贡献分析解释分类结果

团队使用 Shapley 值分析各项预测特征对模型结果的贡献。细胞色素 P450 2D6(cytochrome P450 2D6,CYP2D6)的底物与抑制作用预测、Nrf2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2)抗氧化反应元件相关预测、芳香化酶相关预测,位于与高关注分类联系较强的特征之列。

随后,研究选取贡献较大的 4 项特征做 t 分布随机邻域嵌入(t-distributed stochastic neighbor embedding,t-SNE)可视化,并用雷达图比较不同类别的代表药物。图中分别展示无需关注、最需关注及因心脏不良反应撤市的药物,用于观察它们在这些性质预测上的差别。

性能评估基于既有药物资料

该研究的分类目标是 DICTrank 中的关注级别,输入则是 ADMET-AI 预测的性质。研究使用现有数据开展计算分析,没有新增人体或动物实验;作者将模型的适用范围与底层数据集联系起来。

团队已在 ADMEThyst 代码仓库公开数据与相关材料。作者提出,这类流程也可用于探索其他心血管药物研发性质的预测。

来源与延伸阅读

  1. ADMET-AI Enables Interpretable Predictions of Drug-induced Cardiotoxicity. Circulation (2025). ↗

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