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豆旭梦1,解滨1,2,3*,张朝晖1,2,3,赵振刚1,段菡煜1,郭澳磊1
摘要: 药物-靶标相互作用(DTI)预测是药物发现与再利用的关键任务,它的难点是融合多源异构特征以全面表征药物与靶标间的复杂关联。针对传统方法依赖单一数据源和建模复杂非线性关系方面的不足,提出一种基于结构-网络协同特征与网格注意力增强的Kolmogorov-Arnold网络(KAN)的DTI预测方法SNKDTI(DTI prediction method based on Structure-Network collaborative features and grid-attention enhanced Kolmogorov-Arnold network)。首先,设计结构与网络协同的特征提取策略:在药物表示方面,融合分子指纹与图嵌入方法以量化化学结构;在靶标表示方面,结合传统物理化学编码与预训练模型提取序列特征。同时,引入药物-疾病关联、蛋白质相互作用等异构网络,基于随机游走重启(RWR)算法提取网络拓扑特征,并利用去噪自编码器(DAE)压缩特征,从而融合药物与靶标的结构与网络信息。其次,构建异质生物信息网络(HBIN),使用图卷积网络(GCN)传播特征,并提出一种网格注意力增强的KAN(GA-KAN),通过引入多组可学习的B样条基函数网格与注意力机制,实现多个非线性映射模块的自适应组合,从而增强模型的表达能力与输入适应性。最后,结合梯度提升决策树(GBDT)构建端到端预测框架。在公开数据集上的对比实验结果表明,SNKDTI的特征曲线下面积(AUC)、精确召回曲线下面积(AUPR)和F1-score相较于对应指标的最优基准方法分别提升了0.81%、1.36%和3.29%。验证了SNKDTI在准确性、鲁棒性和泛化能力方面均有显著提升,可为新药靶点筛选提供高效工具。
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