药物是如何“算出来”的？：2023年上海计算生物创新大赛结果公布

·化合物众多，靶点信息有限，作用机制难以明确，使得药物发现过程投入巨大，时间长。计算生物学可以通过模拟和计算大大加快这个过程。

9月9日，“2024浦江创新论坛——上海国际计算生物创新论坛”举行。本次论坛以“计算生物赋能生物医学”为主题。2023年上海国际计算生物创新大赛在论坛上公布获奖名单，来自上海科技大学的GeminiMol团队获得一等奖，另有9支队伍获奖。

比赛于2023年12月由上海市生物医药科技产业促进中心联合发起，内容是利用计算生物学方法选择特定目标的药物分子。比赛选择开放式注册，主办方将对入选的药物分子进行实验验证。获奖者除获得奖金外，符合条件的团队将直接被列入上海市科委科技创新行动计划“计算生物学”的重点，并获得后续支持。

GeminiMol团队来自上海科技大学，获得2023年上海国际计算生物创新大赛一等奖。主办方提供图片

本次比赛的主题是选择对NMDA受体亚型GluN1/GluN3A具有较高活性的药物分子。NMDA（N-methyl-Daspartate，N-羟基-D-天冬氨酸)受体与中风、抑郁、癫痫、阿尔兹海默病、疼痛等多种疾病有关，是神经病最受欢迎的药物靶点之一。

NMDA亚型GluN3A作为一种与离子通道相关的受体，尚未得到广泛开发，对其蛋白质结构和小分子调理剂的信息十分匮乏。中国科学院上海药物研究所研究员、中国科学院上海分院副院长高召兵表示。

所谓“离子通道”，是指一种亲水性蛋白质通道，贯穿生物膜，能够透明特定离子。它们就像“网关”一样，帮助细胞与外界沟通信号，具有重要的生物调节功能。相关的离子通道受体可以改变其功能，这是一个重要的药物目标。

当我们服用药物时，药物分子作为匹配感受与体内特定的受体结构相结合，从而干扰生物过程，发挥功效。这些可以识别和结合的结构是药物的“目标”，常见的目标包括蛋白质、核酸和离子通道。药物发现是寻找有效目标和化合物的过程。

化合物众多，靶点信息有限，作用机制难以明确，使得药物发现过程投入巨大，时间长。计算生物学可以通过模拟和计算大大加快这个过程。

作为离子通道的研究人员，高召兵希望通过这次比赛激励研究人员探索GluN3A亚型。由于这种亚型受体的结构还没有完全清晰，很少有已知的活性化学分子，所以很难找到钥匙，就像在不知道锁芯形状的情况下选择分子一样。

通过大数据和算法，每个参赛团队都能找到解决问题的突破口。获得本次比赛一等奖的GeminiMol团队采用了配体分子比较的方式。首先量化一些活性分子结构，在其基础上量化分子之间的相似性，然后将该模型放入药物-靶点、药物特性等大数据集进行机器学习和训练。

由于是基于配体对比，这种方法并不十分需要受体结构的信息。“GeminiMol团队成员、上海科技大学生命学院研究生王世航告诉澎湃科技，他们团队模型选择的药物分子在主办方的实验验证中表现出了良好的活性。GeminiMol综合“干试验”(计算模拟)和“湿试验”(生物实验)得分，在本次比赛中取得了最佳成绩。

在有限的信息下，通过综合大量的数据线索进行建模预测是计算生物助力药物发现的主要途径。高召兵提到，本次比赛入围的86支队伍不仅通过机器学习算法从1800万种化合物中筛选出1023个分子进行验证，还探索了GluN3A的结构功能。

他还表示，虽然计算技术极大地促进了药物分子的探索，但了解药物功能背后的生物机制是生物医学探索的基石:“我发现很多学生对算法和蛋白质了解很多，但对离子通道受体了解不多。一种药物的成功可以解释其生物机制是不可或缺的。”

除药物发现外，以AI(人工智能)技术为代表的计算技术在生物和医疗领域的各个环节都发挥了重要作用。论坛上，彼得·费迪南迪、华为云医疗首席科学家乔楠、复旦大学附属华山医院神经内科主任王坚、复旦大学赵兴明教授分别分享了离子通道药物研发、人工智能助力心血管疾病miRNA药物研发、AI医疗产品应用场景、AI确诊帕金森病和大脑建模等话题。

据报道，浦江创新论坛是由中国科技部和上海市人民政府联合主办的具有显著知名度的高层次国际创新论坛。2024年第十七届浦江创新论坛以“共享创新共塑未来——构建科技创新开放环境”为主题，探讨如何促进科技开放合作，积极融入全球创新网络，深入参与和引领全球科技治理，与世界各地携手共创开放、公平、公正、非歧视的国际科技发展环境。

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