新火種
2025-03-26 
科學(xué)家們正利用機(jī)器學(xué)習(xí)從數(shù)千種舊藥中尋找新的治療方法
編輯 | 蘿卜皮
藥物再利用，即將市面上現(xiàn)有藥物重新定位用于治療其他疾病，這為罕見病患者帶來了曙光。
美國國立衛(wèi)生研究院（National Institutes of Health）將罕見病定義為在美國影響少于 20 萬人的疾病。但有數(shù)千種罕見病，總共影響了數(shù)千萬美國人和全球數(shù)億人。
然而，超過 90% 的罕見病沒有獲批的治療方法，大型制藥公司也沒有投入很多資源去尋找這些治療方法。NCATS 藥物開發(fā)合作項(xiàng)目負(fù)責(zé)人 Christine Colvis 表示，開發(fā)一種針對少量患者的新型藥物通常不會帶來很大的經(jīng)濟(jì)收益。
通過機(jī)器學(xué)習(xí)，科學(xué)家能夠快速篩選現(xiàn)有藥物，尋找其對罕見病的潛在療效。賓夕法尼亞大學(xué)的醫(yī)學(xué)副教授 David Fajgenbaum 是這一領(lǐng)域的先驅(qū)之一。
2010 年，F(xiàn)ajgenbaum 還是一名醫(yī)學(xué)生，當(dāng)時(shí)他因罕見的 Castleman 病 (CD) 病情危急，有五次險(xiǎn)些喪命。醫(yī)生告訴 David，他的疾病已經(jīng)沒有其他治療選擇，除非有新的治療方法出現(xiàn)。但是，開發(fā)新療法需要數(shù)十億美元的研究資金和 10-15 年的時(shí)間。
幸運(yùn)的是，F(xiàn)ajgenbaum 團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了血液中一條過度活躍的信號通路，并測試了一種已有 25 年歷史的藥物西羅莫司（sirolimus，又稱雷帕霉素），該藥物被批準(zhǔn)用作腎移植后的免疫抑制劑，但從未用于治療 CD。通過該藥物，F(xiàn)ajgenbaum 的病情已經(jīng)緩解了 11 年。
這一經(jīng)歷促使他致力于藥物再利用研究，并成立了非營利組織 Every Cure。在過去的 10 年里，F(xiàn)ajgenbaum 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研發(fā)出 14 種針對多種疾病的再利用藥物，他們正在通過 Every Cure 擴(kuò)大這項(xiàng)工作的影響。
Every Cure 官網(wǎng)：https://everycure.org/
Every Cure 成立的目的是確保患者不會因?yàn)闈撛谥委煼椒ū缓鲆暥馐芡纯唷＿@是人工智能首次能夠跨越再利用障礙，以極低的成本和時(shí)間找到治療方案。他們的人工智能方法可以快速、系統(tǒng)地分析全球的生物醫(yī)學(xué)知識。
傳統(tǒng)研究需要數(shù)年時(shí)間才能調(diào)查完所有疾病，而 Fajgenbaum 的方法涵蓋了所有 18,000 種疾病和 4,000 種藥物，可在幾天內(nèi)量化 7,500 萬種藥物與疾病的匹配程度。
藥物再利用的例子有很多。阿司匹林最初只是當(dāng)作一種止痛藥和消炎藥，后來發(fā)現(xiàn)它還具有血液稀釋特性，現(xiàn)在被廣泛用于降低高危人群的心臟病發(fā)作和中風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)。Ozempic最初被批準(zhǔn)用于治療 2 型糖尿病，現(xiàn)已被重新用作減肥藥。
許多科學(xué)團(tuán)隊(duì)都在積極探索藥物再利用。浙江大學(xué)、之江實(shí)驗(yàn)室提出過一種通過分析線粒體表型變化來識別 MOA 的方法，同時(shí)開發(fā)了深度學(xué)習(xí)模型 MitoReID，可以加速大規(guī)模藥物發(fā)現(xiàn)和再利用。中南大學(xué)的研究人員提出了一種稱為 AdaDR 的自適應(yīng) GCN 方法，通過深度集成節(jié)點(diǎn)特征和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來進(jìn)行藥物重新定位。
鄭州大學(xué)、電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出的 MIDTI 方法，江南大學(xué)團(tuán)隊(duì)提出的 MINDG 方法，哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)的 DrugMGR，均借助 AI 技術(shù)提高了藥物-靶點(diǎn)相互作用（DTI）預(yù)測的準(zhǔn)確性，極大助力了藥物再利用研究。
2025 年 2 月 Google 推出的多智能體系統(tǒng) AI co-scientist，在藥物再利用領(lǐng)域同樣表現(xiàn)優(yōu)異。AI co-scientist 成功提出了急性髓性白血病（AML）的新型再利用候選藥物，且實(shí)驗(yàn)證實(shí)它所建議藥物在臨床相關(guān)濃度下抑制了腫瘤活力。
以前，藥物再利用發(fā)現(xiàn)只是意外驚喜。但現(xiàn)在，AI 正逐漸使這些發(fā)現(xiàn)更有針對性和確定性。人工智能能夠分析現(xiàn)有藥物，看看它們是否可用于新療法。
通過分析生物途徑和疾病進(jìn)展，人工智能可以將已批準(zhǔn)的藥物與新出現(xiàn)的健康威脅相匹配。這種人工智能增強(qiáng)方法有助于降低開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，找到原本可能未發(fā)現(xiàn)的模式，并讓治療更快地惠及患者。
哈佛醫(yī)學(xué)院副教授 Marinka Zitnik 表示，藥物再定位是尋找罕見病治療非常「誘人的替代途徑」，她的實(shí)驗(yàn)室也構(gòu)建了一個(gè)用于藥物再定位的人工智能模型。
一年前，F(xiàn)ajgenbaum 的技術(shù)拯救了一名因罕見的 POEMS 綜合癥瀕臨死亡的患者，他叫 Joseph Coates。面對傳統(tǒng)治療方法無力回天的情形，Coates 曾表示已經(jīng)放棄準(zhǔn)備等待死亡的到來。
幸運(yùn)的是，通過人工智能模型推薦的非傳統(tǒng)藥物組合，他在短時(shí)間內(nèi)對治療產(chǎn)生反應(yīng)，并最終接受了干細(xì)胞移植，成功進(jìn)入緩解期。
Coates 的成功治療不僅展示了藥物再利用的潛力，也體現(xiàn)了人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的革命性影響。通過不懈努力和創(chuàng)新思維，即使面對最嚴(yán)峻的醫(yī)療挑戰(zhàn)，也能找到希望的曙光。
我們相信，藥物再利用的未來充滿希望，而人工智能將繼續(xù)推動這一領(lǐng)域的發(fā)展，為罕見病患者帶來更多治療選擇。
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