行業(yè)專(zhuān)家表示，憑借人工智能（AI）的有力支持，藥物研發(fā)領(lǐng)域正經(jīng)歷一波翻天覆地的變化。專(zhuān)注于抗體等大分子的機(jī)器學(xué)習(xí)與預(yù)測(cè)算法，正在開(kāi)創(chuàng)一個(gè)加快藥物發(fā)現(xiàn)速度、提升新藥設(shè)計(jì)效率的新時(shí)代。過(guò)去，這些環(huán)節(jié)都是復(fù)雜度最高的研究領(lǐng)域，而如今，一系列進(jìn)步正在制藥行業(yè)和風(fēng)險(xiǎn)投資方的資源推動(dòng)下成為現(xiàn)實(shí)。

過(guò)去幾年間，AI已經(jīng)開(kāi)始在制藥領(lǐng)域嶄露頭角，且主要關(guān)注小分子方向。別看它們尺寸不大，小分子藥預(yù)計(jì)已在2021年的全球藥品銷(xiāo)售額中占比90%。AI可用于預(yù)測(cè)小分子與靶標(biāo)之間的相互作用、優(yōu)化其有效性，甚至對(duì)人體安全性做出預(yù)測(cè)。

隨著制藥企業(yè)逐步邁向抗體、蛋白質(zhì)、基因治療和基于RNA的治療等大分子技術(shù)，AI現(xiàn)被用于應(yīng)對(duì)更加困難的挑戰(zhàn)。2022年，上述技術(shù)已經(jīng)滲透進(jìn)40%的新藥生產(chǎn)，著力為生物制藥行業(yè)開(kāi)辟出又一條前進(jìn)道路。以腫瘤學(xué)為例，預(yù)計(jì)到2030年，領(lǐng)域內(nèi)近半數(shù)制藥收入都將來(lái)自大分子藥。結(jié)合行業(yè)分析師的預(yù)測(cè)，其整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到3.2萬(wàn)億美元，其中又有80%以上屬于抗體藥物。那么，AI將如何為這波趨勢(shì)提供助力？

AI正被應(yīng)用于大分子藥物發(fā)現(xiàn)的三大核啟動(dòng)項(xiàng)。著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上發(fā)表的一篇最新文章，詳盡介紹了其對(duì)于AI如何改變大分子藥物研究的看法。大分子科研中存在著不少昂貴且耗時(shí)的挑戰(zhàn)，包括準(zhǔn)確理解分子結(jié)構(gòu)、預(yù)測(cè)功能以及設(shè)計(jì)出安全的新療法等。

AI在大分子藥物發(fā)現(xiàn)中的作用

首先需要強(qiáng)調(diào)，預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)絕非易事。大家可以把這一步理解成動(dòng)手施工之前，先要整理好描繪整棟建筑物的藍(lán)圖。以DeepMind開(kāi)發(fā)的AlphaFold2（AF2）等工具為代表，AI技術(shù)正幫助我們?cè)趯?shí)現(xiàn)高精度蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方面取得突破。AF2是一套AI系統(tǒng)，可根據(jù)氨基酸痛死預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的三維（3D）結(jié)構(gòu)。AF2的預(yù)測(cè)結(jié)果于2021年7月被發(fā)表的《自然》雜志上。而RoseTTAfold等其他研究項(xiàng)目，則希望在易用性、可擴(kuò)展性和性能方面做出探索。根據(jù)華盛頓大學(xué)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究所的介紹，RoseTTAfold是一款軟件工具，它能通過(guò)深度學(xué)習(xí)根據(jù)有限信息快速準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。這樣的方案可以消除過(guò)去需要耗時(shí)數(shù)年的實(shí)驗(yàn)室工作，極大壓縮單個(gè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)確定周期。根據(jù)在著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表的結(jié)果，這套模型在配置較高的游戲PC上僅需十分鐘就能計(jì)算出結(jié)果。

除此之外，AI還能夠預(yù)測(cè)大分子的行為方式。或者更直觀地說(shuō)，AI模型就如同是在預(yù)測(cè)鑰匙跟鎖具間的匹配程度。這種預(yù)測(cè)對(duì)于治療藥物的快速篩選非常重要，尤其擅長(zhǎng)理解藥物分子的結(jié)合、相互作用和藥代動(dòng)力學(xué)原理。拋開(kāi)這些花哨的詞語(yǔ)不談，AI能夠更好地理解蛋白質(zhì)如何與靶標(biāo)相結(jié)合、抗體如何在體內(nèi)流動(dòng)，并利用深度學(xué)習(xí)加神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)完成這些繁重的工作。從《科學(xué)》雜志發(fā)表的文章來(lái)看，深度學(xué)習(xí)模型已經(jīng)被用于生成更精確的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)小分子結(jié)合效力，旨在設(shè)計(jì)出能夠激發(fā)適當(dāng)治療反應(yīng)的新型化合物。

AI還有助于啟發(fā)出新的大分子療法。隨著現(xiàn)有數(shù)據(jù)的爆炸式增長(zhǎng)，AI算法已經(jīng)在設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)、抗體等方面有所建樹(shù)。設(shè)想一下，AI模型也許能幫助我們?cè)O(shè)計(jì)出一種適合對(duì)抗癌癥的蛋白質(zhì)、或者開(kāi)發(fā)出能夠?qū)垢腥镜膍RNA結(jié)構(gòu)。正如最近《自然》雜志發(fā)表的文章所言，這類(lèi)算法正被用于為新冠病毒等疾病設(shè)計(jì)出更穩(wěn)定、更安全的mRNA疫苗。

由AI驅(qū)動(dòng)的新未來(lái)

生物科技領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展，目前有80多家企業(yè)已經(jīng)涉足AI驅(qū)動(dòng)的大分子藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域。其中大多數(shù)公司誕生于過(guò)去五年之內(nèi)，證明在技術(shù)飛躍與資金的有力加持之下，這一行業(yè)正在快速增長(zhǎng)。

其中投資金額尤其巨大，2021年總投入達(dá)39億美元，其中近30億美元來(lái)自風(fēng)險(xiǎn)投資。Abcelera和Abcy等致力于抗體和生物制劑發(fā)現(xiàn)的企業(yè)，已經(jīng)成功完成了募資上市。生物制藥領(lǐng)域的老牌巨頭們自然也不甘落后。例如，基因泰克收購(gòu)了Precious Design，這就是一家AI驅(qū)動(dòng)的抗體發(fā)現(xiàn)公司。禮來(lái)公司則與Abcelera合作，共同開(kāi)展新冠病毒研究。

AI在大分子藥物發(fā)現(xiàn)方面擁有巨大的潛力，但探索的道路上也有不少挑戰(zhàn)需要應(yīng)對(duì)。作為其中幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，我們需要將AI模型融入研究過(guò)程、創(chuàng)造出合適的技術(shù)環(huán)境，并讓AI成為整個(gè)研發(fā)流程中的必要環(huán)節(jié)。這不僅是在創(chuàng)造一種新的技術(shù)手段，更是在徹底顛覆一個(gè)行業(yè)，讓挽救生命、提升療效變得更加簡(jiǎn)單易行。如果運(yùn)用得當(dāng)，AI也許將幫助人類(lèi)開(kāi)啟醫(yī)學(xué)研究的全新時(shí)代。