药物发现是识别具有潜在治疗作用的化合物的过程，其中，预测药物-靶标相互作用（DTI）的步骤必不可少。由于DTI的验证耗时和资源，需要开发高效的计算方法。药物同蛋白的互作是多对多的关系，我们将DTI预测问题融入多标签学习框架中，用新型特征表示方法来提高准确度。开发了基于级联深林（CDF）的模型，DTI 的异构图利用基于路径类别的多相似性特征。

经验证，DTI-CDF 方法明显优于传统的基于整体学习的方法（例如，随机森林（RF）和XGBoost（XGB）），基于深度学习的方法（例如，深度神经网络（DNN））。为了进一步提高预测性能，我们在多标签分类中引入社区检测方法来预测DTI，命名为DTI-MLCD。我们更新了金标准数据集，增加了15000多个DTI样本（https://github.com/a96123155/DTI-MLCD）。

DTI-MLCD适用于金标准和更新后的两个数据集，我们也证明了其优越性超过了其他机器学习方法以及现有的几种方法。相关研究成果发表在Nature Machine Intelligence（Chu 2022）和Briefings in Bioinformatics上 (Chu Y et al., Brief in Bioinform, 2019，2020，2021)。

我们把这些最新AI药物发现技术整合到计算机辅助药物设计软件SAMM之中，并构建细胞色素P450酶多态性基因型-表型相关性数据库。把深度学习等非线性方法开发了统计预测模型以及基于web的软件工具并应用到药物构效关系，药物代谢以及毒理和基因表型相关性的研究中。开发了SNPs及ADMET 在线预测平台, 并将其应用到各种典型体系，对个性化药物用药有一定的指导意义。

通过超大规模的高性能计算和虚拟筛选，我们发现花椒有效成分WGX-50有可能作为治疗阿尔兹海默症的候选药物。与本院乔中东教授以及睿智化学合作，通过大量的实验证实了WGX-50小分子能够结合到目标蛋白α7烟碱乙酰胆碱受体（α7 nAChR）上。同时WGX-50分子能够有效地抑制Aβ淀粉样蛋白（-amyloid）诱导的神经胶质细胞的炎性因子的分泌，阻止细胞凋亡蛋白的表达，减少细胞凋亡，从而有效地保护神经细胞。

除此以外，wgx50能够直接作用于Aβ淀粉样蛋白（-amyloid），使其解聚，从而抑制其对神经元的毒害作用。经过WGX-50处理之后的神经细胞中，细胞凋亡分子Bax的基因和蛋白表达量明显减少，进一步从蛋白和基因水平说明WGX-50是有神经保护作用的。

在动物水平，我们进行了Morris水迷宫（Morris water maze, MWM）实验，测试WGX-50对东莨菪碱急性引发的智力障碍的干扰作用。结果表明，WGX-50无论是对小鼠穿越平台的次数（空间记忆），还是寻找有效路径的时间（方向位置），都可以有效地改善东莨菪碱所致的急性小鼠记忆获得性障碍。

为进一步评价WGX-50对老年痴呆症的作用，我们采用了ppr转基因小鼠作为老年痴呆症的模型小鼠。选择了鼠龄为10周的同窝的ppr+雄鼠及ppr-雄鼠，随机各分为2组，双盲法注射WGX-50或生理盐水10天后，Morris水迷宫法评价WGX-50对老年痴呆的影响。WGX-50可以有效地改善ppr+转基因小鼠的记忆能力。因此，WGX-50可以通过激动7乙酰胆碱能受体以及阻止-amyloid聚集或使其解聚等途径，有效地治疗老年痴呆症。正与A股上市公司合作申报国家一类新药。

利用深圳鹏城实验室人工智能资源优势，开展武汉新型冠状病毒的生物信息学研究，依赖前期工作基础和新开发的生物信息学工具，发现了中药有效成分山奈酚具有抗新型冠状病毒作用，其IC50~34。通过超算筛选出了一个新冠病毒的有效多肽抑制剂——人肠防御素5。该多肽抑制剂通过掩蔽受体, 人血管紧张素转化酶2(ACE2)抑制新冠病毒(SARS-CoV-2)突刺蛋白对人黏膜细胞的侵袭，从而阻断新冠病毒传染途径，并与陆军军医大学合作开展实验室验证研究，论文发表在 Gastroenterology之上，它解释了为何病毒不通过消化系统传染。

被“Faculty Opinions ”选作推荐论文，并由德国基尔大学的免疫学专家Jens-Michael Schröder教授进行点评，评论指出了该项工作给预防或治疗新冠肺炎提供全新途径—既可以使用HD5作为治疗药物，也可以通过刺激内源性HD5的合成来预防或治疗。为此，魏冬青被评为上海市微生物学会抗疫突出贡献优秀会员。

来源：第八届全国计算机生物学与生物信息学学术会议暨生物医学大数据与人工智能大会