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融合多尺度分子与知识图谱的DDI预测OA

Fusion of Multi-scale Molecular and Knowledge Graph Semantics for Drug-drug Interaction Prediction

中文摘要英文摘要

药物-药物相互作用(DDI)预测对于保障临床联合用药安全、减少不良反应至关重要,是新药研发与合理用药中的关键环节.然而,现有预测方法在药物特征提取方面存在明显局限:一方面,传统模型通常从单一尺度(如原子或分子图)提取特征,未能协同利用多尺度局部化学信息;另一方面,这些方法往往忽略了药物在生物医学知识图谱中所蕴含的丰富全局拓扑与语义信息,导致难以全面刻画药物间复杂的交互机制.为此,该文提出一种深度融合多源信息与多尺度特征的 KSDDI 预测框架.该框架首先基于生物医学知识图谱,采用 ComplEx 算法进行图谱嵌入预训练,并利用多头图注意力网络聚合药物节点的高阶邻域信息,以精确提取其全局语义表征;同时,从药物分子结构出发,通过定向消息传递网络(D-MPNN)与子结构注意力机制,深入挖掘原子级与功能子结构级的多尺度关键药效特征.最终,通过融合上述全局语义与局部结构特征,并借助多层感知机完成 DDI 的多任务预测.在多个公开数据集上的实验结果表明,KSDDI 模型在二分类、多分类及多标签预测任务中,其 AUC、准确率与 F1 分数等关键指标均显著优于主流基线模型,充分验证了多源融合策略在提升 DDI 预测性能方面的有效性与先进性.

Predicting drug-drug interactions(DDI)is critical for ensuring the safety of clinical combination therapy,reducing adverse re-actions,and plays a key role in new drug development and rational drug use.However,existing methods have notable limitations in feature extraction.On the one hand,traditional models often extract features from a single scale(e.g.,atoms or molecular graphs)without leveraging multi-scale local chemical information.On the other hand,they ignore rich global topological and semantic information in biomedical knowledge graphs,hindering full characterization of complex drug interaction mechanisms.To address this,we propose the KSDDI framework,which deeply integrates multi-source information and multi-scale features.It first uses the ComplEx al-gorithm for biomedical knowledge graph embedding pre-training and aggregates high-order neighborhood information of drug nodes via a multi-head graph attention network to extract accurate global semantic representations.Simultaneously,starting from molecular structures,it employs directed message passing networks(D-MPNN)and substructure attention to mine multi-scale key pharmacodynamic features at atomic and functional substructure levels.Finally,it fuses these global and local features and uses a multi-layer perceptron for multi-task DDI prediction.Experiments on multiple public datasets show that KSDDI significantly outperforms ma-instream baselines in AUC,accuracy,and F1 score across binary,multi-class,and multi-label tasks,validating the effectiveness and ad-vancement of the proposed multi-source fusion strategy in enhancing DDI prediction.

周莹;赵成萍;刘列强

四川大学 电子信息学院,四川 成都 610065||四川大学 电子信息学院 智能控制研究所,四川 成都 610065四川大学 电子信息学院,四川 成都 610065||四川大学 电子信息学院 智能控制研究所,四川 成都 610065四川大学 电子信息学院,四川 成都 610065||四川大学 电子信息学院 智能控制研究所,四川 成都 610065

信息技术与安全科学

药物相互作用知识图谱图神经网络定向消息传递网络药物子结构

drug-drug interactionknowledge graphgraph neural networkdirected message passing neural network(D-MPNN)drug substructure

《计算机技术与发展》 2026 (6)

100-106,7

10.20165/j.cnki.ISSN1673-629X.2026.0027

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