返回成果与获奖
OUTPUT · JOURNAL ARTICLE

In silico prediction of pKa values using explainable deep learning methods

已发表 Journal of Pharmaceutical Analysis · 2025;15(6):101174
第一作者 原始研究

内容简介

酸解离常数的负对数(pKa)显著影响分子的吸收、分布、代谢、排泄与毒性(ADMET)性质, 是药物研究中的关键指标。鉴于计算方法快速而准确的特点,其在药物性质预测中的作用日益重要。 尽管目前已存在许多 pKa 预测模型,但它们往往聚焦于提升预测精度而忽视了可解释性。 在本研究中,我们提出了 GraFpKa——一个使用图神经网络(GNN)与分子指纹的 pKa 预测模型。 结果表明,酸性与碱性模型在测试集上的平均绝对误差(MAE)分别为 0.621 和 0.402,展现出良好的预测性能。 值得注意的是,为提升可解释性,GraFpKa 还引入了积分梯度(IG)方法, 对显著影响 pKa 值的原子提供了更清晰的可视化描述。 GraFpKa 的高可靠性与可解释性在保证 pKa 预测准确性的同时, 也促进了对分子结构与 pKa 值之间关系的深入理解,使其成为 pKa 预测领域的有力工具。

方法架构

GraFpKa · 模型架构 MODEL CONSTRUCTION
GraFpKa 双分支融合预测架构 参照论文图 B 重绘。分子图通过 AttentiveFP 提取图特征,分子指纹通过多层感知机提取指纹特征。两类特征拼接后输入预测网络,分别用于酸性或碱性 pKa 模型。整体训练采用预训练后微调的迁移学习策略。图中节点与维度仅作结构示意。 01 / 双分支表征 02 / 特征融合与预测 整体训练策略 · Transfer learning 预训练 微调 分子图 Molecule graphs AttentiveFP 图特征提取 Cl S N O OH 01011010 分子指纹 Fingerprints 多层感知机 · MLP 指纹特征提取 特征拼接 Concatenate 预测网络 Fully connected pKa 酸性 / 碱性 分别建模 分子连接关系 + 指纹结构信息 → 融合表征 → pKa 预测
依据论文图 B 重绘。两条分支的特征拼接后进入预测网络,酸性与碱性任务分别建模;预训练—微调策略应用于整体模型。图中分子、节点数量及向量长度仅作架构示意。

作者

Yang C, Gong C, Zhang Z, Fang J, Li W, Liu G, Tang Y.

关联链接

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.jpha.2024.101174