9月6日，《健康報(bào)》報(bào)道：http://jkbshare.183read.cc/article/4496880/5.html
日前，成都中醫(yī)藥大學(xué)陳偉教授團(tuán)隊(duì)提出預(yù)測小分子血腦屏障通透性的新方法，相關(guān)研究成果以“基于分子表征的血腦屏障通透性預(yù)測模型”為題，發(fā)表于生物信息學(xué)領(lǐng)域國際權(quán)威期刊《生物信息學(xué)簡報(bào)》。團(tuán)隊(duì)博士研究生唐強(qiáng)為第一作者，陳偉教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到成都中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥創(chuàng)新研究院高性能計(jì)算平臺(tái)的算力支持。
血腦屏障是腦毛細(xì)血管壁與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞形成的血漿與腦細(xì)胞之間的隔離組織，能夠?qū)⒅袠猩窠?jīng)系統(tǒng)（CNS）與血液及血液中的物質(zhì)隔離開來。血腦屏障通過限制腦內(nèi)外環(huán)境中的物質(zhì)交換保護(hù)腦部組織免受代謝產(chǎn)物損傷，并調(diào)節(jié)著大腦的微環(huán)境和神經(jīng)元的正常生理功能。
CNS疾病具有高發(fā)病率和高致殘率的特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅國民的生命健康。近年來，CNS疾病相關(guān)藥物的研發(fā)成為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。血腦屏障通透性是決定藥物能否進(jìn)入大腦，達(dá)到治療作用的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。因此，小分子血腦屏障通透性的預(yù)測對(duì)CNS疾病治療藥物的研發(fā)具有重要意義。
中草藥是小分子藥物的重要來源，許多中藥均展現(xiàn)出了較好的CNS藥理活性，并已被用于CNS疾病的治療。然而，目前針對(duì)中藥成分血腦屏障滲透性的研究相對(duì)缺乏，阻礙了源于中藥的CNS疾病治療藥物的研發(fā)。通過實(shí)驗(yàn)方法確定小分子的血腦屏障通透性不僅過程復(fù)雜，而且時(shí)間和人力成本均較高。雖然基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的計(jì)算模型在評(píng)價(jià)血腦屏障滲透性方面具有高通量、低成本的優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)有方法存在預(yù)測準(zhǔn)確率不高、模型缺乏可解釋性等不足之處。
針對(duì)上述問題，陳偉教授團(tuán)隊(duì)基于多模態(tài)深度學(xué)習(xí)策略，利用分子圖像、分子指紋和分子描述符、簡化分子線性輸入規(guī)范（SMILES）對(duì)小分子進(jìn)行表征，使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長短期記憶網(wǎng)絡(luò)提取圖像和SMILES字符串中的潛在特征，并與分子指紋以及分子描述符進(jìn)行特征整合，開發(fā)了可預(yù)測小分子血腦屏障通透性的新方法Deep-B3。
為了對(duì)模型進(jìn)行可解釋性分析，研究團(tuán)隊(duì)還利用注意力機(jī)制分析了Deep-B3中輸入特征的重要性，發(fā)現(xiàn)來自摩根分子指紋的第22、754、397-bit位的特征對(duì)小分子血腦屏障的通透性具有重要的決定作用。獨(dú)立測試集和中藥小分子集中的驗(yàn)證結(jié)果均表明，Deep-B3不僅將有助于小分子血腦屏障通透性的評(píng)價(jià)，而且有望促進(jìn)治療CNS疾病的中藥藥效物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。
（作者/成都中醫(yī)藥大學(xué) 孟繁博 編輯/霍文巍）