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MolUNet++:自适应粒度显式子结构与互作感知分子表示学习OA

MolUNet++:adaptive-grained explicit substructure and interaction aware molecular representation learning

中文摘要英文摘要

分子表示学习是人工智能驱动药物研发中的关键任务.尽管图神经网络(GNN)在该领域已表现出优异性能并被广泛应用,但高效提取并显式解析官能团仍是一项挑战.为此,我们提出了MolUNet++模型,该模型通过分子边收缩池化(Molecular Edge Shrinkage Pooling,MESPool)实现分层子结构提取,利用嵌套式UNet框架进行多粒度特征融合,并结合子结构掩蔽解释器实现分子片段的定量分析.我们在分子性质预测、药物-药物相互作用(Drug-Drug Interaction,DDI)预测及药物-靶标相互作用(Drug-Target Interaction,DTI)预测等任务上对MolUNet++进行了评估.实验结果表明,MolUNet++不仅在预测性能上优于传统GNN模型,同时展现出显式、直观且符合化学逻辑的可解释性,为药物设计与优化领域的研究者提供了有价值的启示与工具.

Molecular representation learning is a critical task in AI-driven drug development.While graph neural networks(GNNs)have demonstrated strong performance and gained widespread adoption in this field,efficiently extracting and explicitly analyzing functional groups remains a challenge.To address this issue,we propose MolUNet++,a novel model that employs Molecular Edge Shrinkage Pooling(MESPool)for hierarchical substructure extraction,utilizes a Nested UNet framework for multi-granularity feature integration,and incorporates a substructure masking explainer for quantitative fragment analysis.We evaluated MolUNet++on tasks including molecular property prediction,drug-drug interaction(DDI)prediction,and drug-target interaction(DTI)prediction.Experimental results demonstrate that MolUNet++not only outperforms traditional GNN models in predictive performance but also exhibits explicit,intuitive,and chemically logical interpretability.This capability provides valuable insights and tools for researchers in drug design and optimization.

徐凡丁;杨志伟;武思睿;苏武;王力卓;孟德宇;龙建刚

西安交通大学生命科学与技术学院,陕西 西安 710049西安交通大学物理学院,陕西 西安 710049中国移动通信集团陕西有限公司,陕西 西安 710077西安交通大学生命科学与技术学院,陕西 西安 710049西安交通大学生命科学与技术学院,陕西 西安 710049西安交通大学数学与统计学院,陕西 西安 710049||河南大学数学与统计学院,河南 郑州 475004西安交通大学生命科学与技术学院,陕西 西安 710049

化学化工

分子表示学习图神经网络结构识别自适应粒度

Molecular representation learningGNNStructure identificationAdaptive granularity

《物理化学学报》 2026 (5)

110-126,17

陕西省重点研发计划(2021GXLH-Z-064和2024SF-ZDCYL-03-24)西安交通大学—中国移动数字政府联合研究院前沿探索研究基金(XJTU-CMCC-QY202508005,中国)国家外国专家项目(G2022170026L,中国)西安交通大学基本科研业务费自由探索与创新-学生类项目(xzy022024049).

10.1016/j.actphy.2025.100209

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