撰文丨王聪

新药研发领域有一个著名的“双十定律”，指的是一款创新药从研发到上市，平均成本超过十亿美元、研发周期大于十年。这种传统药物研发模式，不仅耗时耗力，而且失败率极高。

我们常说，新药研发是一场豪赌。在赌石中，选定石头的那一刻，成败就已注定，而新药研发同样如此，药物的早期发现阶段就像是挑选石头，选定具体分子时就已注定最终结局，而开发阶段只是在打开这块石头。

AI技术让药物研发焕发新生机

随着AI技术的快速发展，它们不仅可以生成文本和图像，还可以生成具有所需结构或功能的新型小分子、核酸序列和蛋白质，从而快速探索广泛的候选治疗药物或方法，并针对给定的靶点或功能在计算机上进行优化。例如，最近的一些研究显示，AI技术帮助设计更稳定的mRNA疫苗【1】、从头设计HER2单克隆抗体【2】、帮助构建更好的抗病毒抗体【3】、提高DNA测序准确性等等。

也就是说，AI技术已经展现出作为生产力工具的巨大潜力，帮助从事生物医学研究和药物发现的研究人员更有效地完成工作，从而减少药物研发所需时间和成本，让药物研发焕发前所未有的生机。

然而，当前的AI技术在制药领域的应用仍然面临着几大瓶颈，包括算法低效、数据割裂、数据泄漏、算力不足。药企急需 一个开箱即用的新药研发平台，真正释放AI在新药研发领域的巨大潜力。

华为云打造一站式AI辅助药物研发平台

近些年来，云、大数据和AI等技术的迭代和更新非常快，各厂商提供的相关平台，每年平均更新迭代数十次，包括华为云AI药物服务研发平台。一方面，华为云会持续将最新的技术和方法引入到平台，另一方面将客户需求和建议融入平台。这背后需要一支庞大的研发团队来支持实现。华为云希望将这些服务SaaS化，确保药企可以像用水用电一样快速地将最新的技术应用到企业的业务中，加速创新药的研发，华为云EIHealth医疗智能体负责人乔楠博士表示。

乔楠博士

基于华为云AI和大数据优势，华为云推出了一站式AI辅助药物研发平台，该平台包含靶点发现、药物筛选、分子优化三大核心服务，覆盖新药研发全流程，支持从靶点发现→虚拟筛选→先导化合物优化→获取可合成的先导化合物的全业务流程，无功能断点。

具体来说，在靶点发现中，该平台通过内置基因分析服务，助力科研人员通过低代码在基因组学、蛋白质组学等多组学角度进行创新性研究及靶点发现；在药物筛选中，基于平台预置的药物虚拟筛选流程和预置的分子库，依托于华为云弹性扩容算力，支持并行化地完成海量的药物虚拟筛选，同时支持小分子和多肽分子对接，提供打分矩阵，集成可视化。将原本耗时数月的药物虚拟筛选，缩短至1天完成；在分子优化中，基于盘古药物分子大模型（17亿训练数据）的小分子搜索、小分子80+属性预测、小分子70+定向目标优化功能以及可生成99％新颖结构高类药性小分子等优势，最大化提升药物设计效率，将药物设计这一过程从数年缩短至数个月，并且研发成本大幅降低70%。

华为云研发专家介绍，该一站式AI辅助药物研发平台由盘古药物分子大模型赋能而成。后者是华为云发布的盘古行业大模型服务的其中一项，主要面向药物研发领域，提供结合预测、属性预测、分子优化与生成能力，助力研发人员快速构建上层AI应用，旨在帮助医药公司提升AI辅助药物研发的效率，缩短小分子药物设计周期。

华为云盘古药物分子大模型为新药研发提质增效

当前，盘古药物分子大模型已成功为多家药企、药研机构在药物设计阶段缩短研发周期，节省研发资金，并且得到活性更好的新颖化合物。

助力超级抗菌药的发现

100年前，青霉素的发现和应用开启了抗生素时代，让人类第一次有了战胜致病细菌的能力，更是直接提升了人类的寿命。然而，这100年来抗生素的广泛应用也带来了一个巨大的危机——抗生素耐药性（AMR）。

据世界卫生组织（WHO）统计，2019年全球约有120万人死于抗生素耐药性（AMR）所加剧的细菌感染。更重要的是，照此发展，到2050年，抗生素耐药性（AMR）将可能导致超过1000万人死亡，这将超过癌症导致的死亡人数。

因此，发现新靶点的新类别抗生素来消灭耐药菌迫在眉睫。然而，开发新型抗生素远非易事，这一点，西安交通大学第一附属医院蛋白质科学与噬菌体研究所所长刘冰教授深有体会。

2022年2月，刘冰教授团队在国际著名学术期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为《噬菌体蛋白Gp46是一种横跨多物种的组蛋白抑制剂》（Bacteriophage protein Gp46 is a cross-species inhibitor of nucleoid-associated HU proteins）的研究论文 【4】。

在这项研究中，刘冰教授团队从细菌的天敌噬菌体出发，在世界上首次发现了噬菌体编码靶向细菌类组蛋白HU的抑菌基因，并详细阐述了噬菌体Gp46蛋白通过与HU结合而抑制细菌的详细机制。

Gp46虽然功能强大，但作为一种来自噬菌体的蛋白，并不很适合直接作为抗菌药物使用。如果通过小分子药物来模拟Gp46蛋白的抑菌作用，就有望开发出一类全新的超级抗菌药。

刘冰教授团队在后续工作中采用了基于华为云盘古药物分子大模型打造的AI辅助药物设计服务，突破性地找到能够替代Gp46蛋白的小分子化合物，研发出一款超级抗菌药——Drug X，有望成为全球近40年来首个新靶点、新类别的抗生素。目前，Drug X已进行动物实验验证，正在推进IND申报中，并已在国际范围申请专利。

刘冰教授回忆道，在研发Drug X时，自己刚回国不久，实验室还在建设中，在进行 AI 辅助药物设计的过程中，在数据、算法、算力等方面遇到了一些挑战，此时，华为云团队伸出了援手。

刘冰教授（左）

刘冰教授表示，华为云盘古药物分子大模型在“药物筛选”和“分子优化”这两大环节对Drug X的研发提供了重要帮助。华为云盘古药物分子大模型让Drug X先导化合物的研发周期从数年缩短至数月，而且研发成本降低了70%。

华为云盘古药物分子大模型何以实现这种对药物研发的飞跃式提升？

华为云盘古药物分子大模型预先学习了17亿个药物分子的化学结构，生成了包含超过1亿种可用于虚拟筛选的新分子结构的药物数据库（结构新颖性达高达99.68%），为开展虚拟筛选和药物分子设计提供了高质量的资源。

在这个全新的亿级小分子库中，华为云通过AI对药物分子的80多种理化性质（包括水溶性、代谢活性、排泄速率、毒性等）进行属性预测和打分，筛选出成药性好，且结构新颖性为100%的药物分子。在AI优先推荐的药物分子基础上，研究团队再进一步进行人工实验验证。

基于华为云盘古药物分子大模型筛选得到的药物分子

筛选出一个较为理想的可成药小分子化合物后，刘冰教授团队需要进一步对小分子化合物的结构进行定向优化。他们通过华为云盘古药物分子大模型的结构优化器成功提高了发现的小分子化合物与目标抗菌靶点蛋白的结合，降低了与人体蛋白的结合，通过更科学的药物结构设计，降低新药可能对人体产生的毒副作用。

总的来说，除了缩短研发时间、降低研发成本，华为云盘古药物分子大模型还能够对筛选后的先导化合物进行定向优化，帮助降低候选新药的毒副作用。

刘冰教授表示，新药研发中有一个著名的“双十定律”，而抗生素的研发平均需要16亿美元，更关键的是，漫长的开发过程导致一些抗生素获批后，还没开始大规模的临床应用，就已经有细菌出现了抗药性。这意味着前期巨额研发成本相当于打水漂了。而在华为云盘古药物分子大模型额帮助下，Drug X的研发打破了“双十定律”。

助力中枢神经系统创新药研发

苏州旺山旺水生物医药股份有限公司（以下简称旺山旺水）是一家聚焦于神经精神系统领域和抗病毒领域的创新药物研发和产业化的企业。旺山旺水首席科学家薛峰博士表示，中枢神经系统（CNS）药物非常难研究，这主要是由于CNS没有再生性；CNS相关疾病的病例机制特别复杂、病程特别长，导致实验周期很长；此外，CNS还具存在着血脑屏障，阻碍了绝大多数药物分子的进入。

为了加速中枢神经系统（CNS）创新药物的系列研发工作，旺山旺水将AI技术引入整个产品研发管线中，采用了华为云一站式AI辅助药物研发平台，涵盖“靶点发现和药效验证、化合物属性预测、化合物分子优化设计”——药物研发干实验的三大核心环节。

在靶点发现和药效验证环节，华为云一站式AI辅助药物研发平台提供了可视化和拖拉拽的简易流程搭建能力帮助快速构建各类生物组学的大数据分析流程，将效率提升了2-3倍。

在化合物属性预测环节，针对中枢神经系统化药的高透脑性、低毒性、高靶向性、易吸收等分子设计需求，华为云一站式AI辅助药物研发平台提供了相应的分子属性预测服务，其高准确率接近湿实验验证结果，将实验时间和资金成本节省了60％以上。

在化合物分子优化设计环节，除了高透脑性属性约束以外，基于盘古药物分子大模型原子能力，一站式AI辅助药物研发平台新添加了定向功能口袋的属性约束。相较于无功能口袋的分子优化设计，能够筛除大量低靶向性的冗余信息，从而快速获取高靶向性化合物的最佳分子优化设计。该功能改进经后续药理药效湿实验验证非常有效，大幅度降低药物设计和实验验证的工作量数倍。

助力人体器官芯片研究

自1938年以来，法律规定新药在进行人体临床试验前，必须在动物身上进行安全性和有效性测试。而在2022年12月底，FDA不再要求人体临床试验前必须进行动物实验，这是药物安全监管领域的一项重大变革，也为计算机建模、类器官，以及器官芯片等非动物实验方法带来了新的机会。

江苏运动健康研究院院长、东南大学生物科学与医学工程学院院长顾忠泽教授一直在致力于在芯片上研究、制作微缩器官，以实现对人体功能的模拟，将跳动的心脏、呼吸的肺、流动的血管浓缩进方寸间的芯片内。

顾忠泽教授（右）

华为云与江苏运动健康研究院合作，融合盘古药物分子大模型和器官芯片，为多疾病领域和多种靶点类型的临床前研究提供强有力支撑，打通干湿实验循环，提升数十倍实验效率，为后续临床实验奠定坚实基础。通过器官芯片获得更接近人体的精准实验数据，显著提升临床实验成功率。

顾忠泽教授表示，器官芯片有望部分替代动物和临床实验，对药物的毒性和疗效进行测试。帮助减少新药研发等对动物和临床实验的依赖，加速新药研发流程并降低研发成本。

推动中国AI+新药研发事业迈向新高峰

生物医药作为知识密集型、人才密集型、资本密集型的新兴产业，被认为是21世纪极具发展潜力和活力的产业，对地区乃至全国的经济增长和国际科研竞争力具有重要作用。

在5月18日举行的华为云AI新药研发论坛上，华为云EI服务产品部部长尤鹏表示，新药研发周期长、成本高、成功率低，AI技术能够让新药研发从之前漫长的“马拉松”转向“加速跑”，这也让我们看到了整个中国药物研发弯道超车的机会。经过五年左右的积累，华为云建立了覆盖靶点发现、药物筛选、分子优化，以及整个端到端的数据治理的AI辅助药物研发的平台，能够为药物研发全流程提供一站式服务。

尤鹏部长

华为云持续在AI领域投入研发，紧抓AI+药物研发机会窗，为新药研发提供业界领先的一站式AI辅助药物研发平台，通过与生态伙伴携手，推动药物研发“真创新”，推动中国AI+新药研发事业迈向新高峰，持续为人类疾病防御、诊断治疗、药物研发贡献力量，最终实现提高国民健康质量的宏大愿景。

参考资料：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-023-06127-z

2. https://doi.org/10.1101/2023.01.08.523187

3. https://www.nature.com/articles/s41587-023-01763-2

4. https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2116278119