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近日，依托北京理工大學前沿交叉科學院/醫(yī)學技術(shù)學院空間生物與醫(yī)學工程研究所、生物醫(yī)藥成分分離與分析北京市重點實驗室，我校研究團隊通過構(gòu)建跨尺度信息關聯(lián)學習模型，在器官視角下的聯(lián)合用藥不良反應預測方面取得突破性進展。研究成果以“Predicting adverse drug reactions for combination pharmacotherapy with cross-scale associative learning via attention modules”為題發(fā)表于國際知名期刊《Nature Computational Science》，論文第一作者為北京理工大學前沿交叉科學院/醫(yī)學技術(shù)學院在讀碩士生李博陽，通訊作者為北京理工大學前沿交叉科學院李博副研究員、醫(yī)學技術(shù)學院李曉瓊教授。

老年多病共病與多重用藥引發(fā)的藥物不良反應已成為威脅公共健康的重大科學問題。多病共存已成為慢性疾病管理的核心挑戰(zhàn)，其復雜性和管理難度遠超單一疾病?！丁笆奈濉苯】道淆g化規(guī)劃》中指出約78%的老年人至少患有一種慢性病，而同時罹患三種及以上慢性病的“一體多病”現(xiàn)象占比高達約20%。

臨床多藥聯(lián)用對治療心腦血管疾病、腫瘤等慢病具有療效優(yōu)勢，但同時易引起不良反應（ADR）風險。傳統(tǒng)基于機器學習的計算模型、以及基于“知識圖譜—圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡”的主流架構(gòu)，受限于冷啟動場景下的數(shù)據(jù)稀疏性，限制了ADR預測的準確性。研究團隊首次提出器官視角下的不良反應預測任務，基于聯(lián)合用藥在多器官中的ADR共現(xiàn)模式，構(gòu)建了器官層面的ADR關聯(lián)矩陣。并融合分子層面藥物特征與知識圖譜先驗知識，通過可學習投影矩陣，將藥物組合的嵌入向量映射至與器官層面，形成與ADR維度一致的潛空間標簽。以潛標簽嵌入為節(jié)點、ADR關聯(lián)矩陣為邊權(quán)構(gòu)建異質(zhì)圖，采用圖卷積網(wǎng)絡（GCN）耦合多頭注意力機制實現(xiàn)生物醫(yī)學信息的跨層傳播與動態(tài)聚合。OrganADR在涵蓋15個器官的評測中取得最優(yōu)性能，且能針對預測的不良反應情況，輸出蛋白互作網(wǎng)絡信息，從藥物—蛋白互作的角度，解釋聯(lián)合用藥不良反應的潛在機制。

圖1 OrganADR模型架構(gòu)示意圖

圖2 應用OrganADR進行多器官不良反應預測，并解析潛在的蛋白互作網(wǎng)絡

綜上所述，OrganADR通過器官層面、藥物分子層面、生物醫(yī)學網(wǎng)絡層面的多層次信息融合，構(gòu)建了用于聯(lián)合用藥不良反應預測的計算模型。其不僅提升了聯(lián)合用藥不良反應的預測準確率，且從多器官交互的視角，建立了跨尺度生物醫(yī)學信息整合的計算范式，為預防藥物聯(lián)用的ADR提供了臨床輔助決策方案，有望進一步推動臨床精準用藥的發(fā)展。

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s43588-025-00816-7

文章詳情：Boyang Li, Yifan Qi, Bo Li*, Xiaoqiong Li.* Predicting adverse drug reactions for combination pharmacotherapy with cross-scale associative learning via attention modules. Nat Comput Sci (2025).

附主要作者簡介：

李博陽，第一作者，現(xiàn)為北京理工大學前沿交叉科學院碩士研究生，本科畢業(yè)于南開大學生命科學學院。導師為李博副研究員。

李博，通訊作者，現(xiàn)為北京理工大學前沿交叉研究院副研究員。研究方向：瞄準重大疾病防治中的關鍵科學問題，主要針對神經(jīng)損傷、肝損傷、腫瘤和航天環(huán)境引發(fā)的損傷與藥物防護問題，探究生命活動的分子機制，闡釋重大疾病的發(fā)病機理與規(guī)律。涉及損傷機制、天然產(chǎn)物和中醫(yī)藥防護藥理藥效、AI+多組學分析，AI+藥物研發(fā)、新型先導化合物設計與合成等生物醫(yī)學、藥物化學、人工智能交叉領域。

李曉瓊，北京理工大學醫(yī)學技術(shù)學院教授、博士生導師，空間生物與醫(yī)學工程研究所副所長，主要從事臨床體外檢驗醫(yī)療裝備、人工智能多模態(tài)輔助決策、航天生物醫(yī)學實驗載荷等交叉學科方面的研究,曾獲2021北京市科技進步二等獎，2022華夏醫(yī)學獎科技進步二等獎，2022中國發(fā)明創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)獎二等獎、中國電子學會先進工作者等獎勵。