人工智能在新药研发中的应用现状与挑战（上）
人工智能作为一种新兴技术，是新药研发实现降本增效的重要方式之一，人工智能+新药研发已成为中国医药企业加速创新转型的重要驱动力。
提升新药研发效率，对加快开发临床需求未被满足的创新药物，助力药企抢占“best-in-class”和“first-in-class”药物市场的机遇窗口期，从而提升药企全球竞争力具有重要意义。AI技术作为提升新药研发效率的重要驱动力量，正在加速对新药研发各环节的渗透。本文通过对AI技术、AI赋能新药研发应用场景，以及应用AI技术的企业主体进行总结梳理，并展望AI技术未来发展趋势，为AI+新药研发提供思路与参考。
人工智能+新药研发的应用模式
与AI在其他场景的应用类似，AI+新药研发的实现路径包括五大流程：获取目标训练数据集；AI自主学习算法建模；多次训练优化模型；测试集应用以评估模型性能；基于模型实现分子筛选、预测、分析等预定目标。算法、数据集和模型这3个要素是必不可少的部分，其中，算法和数据是实现应用的关键。
人工智能+新药研发应用算法
AI技术涵盖ML和DL，如表1所示。ML算法在新药研发领域被广泛用于分类和回归预测等方面，常见的ML算法包括决策树（decisiontree）、随机森林（randomforest）、支持向量机（supportvectormachine）、k-最近邻算法、朴素贝叶斯分类器等；DL算法包括深度神经网络（deepneuralnetwork，DNN）、卷积深度网络（convolutionalneuralnetwork，CNN）、循环神经网络（recurrentneuralnetwork，RNN）和自编码器（autoencoder，AE）等。DL算法适合处理大数据，模型也更为复杂。随着计算机性能的提高和数据量的积累，DL算法在新药研发中的应用越来越广。
表1：人工智能常见应用算法
人工智能+新药研发应用数据
新药研发过程涉及大量的数据，包括文献资料、化合物数据、靶点数据、专利数据、临床试验数据、真实世界数据、药品审评审批数据、市场销售数据等。面对海量、多源、异质性的数据，AI技术应用已逐渐跳出以靶点和分子筛选为核心的传统新药研发模式，形成以数据为核心的研发模式。
人工智能+新药研发的应用企业
近年来，越来越多的企业布局AI+新药研发，探索如何用AI技术实现新药研发的降本增效。据DeepPharmaIntelligence统计，截至2020年，全球共有240家AI+新药研发企业，主要分布在美国、英国和加拿大，国内也有一些从事此类工作的企业。目前，探索AI+新药研发的企业主要有三类：一是AI药物研发创新企业，如Exscienta、BenevolentAI、Atomwise、RelayTherapeutcs、晶泰科技、燧坤智能等；二是IT巨头，如Google、微软、腾讯、阿里巴巴集团等；三是大型制药企业，如罗氏、阿斯利康、强生、葛兰素史克（GSK）等。
图1：人工智能+新药研发企业图谱
AI+新药研发企业多以技术优势切入1个或多个应用场景，如BenevolentAI构建判断加强认知系统（judgmentaugmentedcognitionsystem，JACS）技术平台，针对包括阿尔茨海默病和罕见肿瘤在内的4个不同领域的疾病进行10多种药物的研发；晶泰科技组建RenovaAI新药研发平台，提供“计算+实验”新模式下的药物设计与固体形态研究服务。
大型药企则以自建AI研究团队、投资并购或与AI技术公司合作的方式，布局AI新药研发。辉瑞、GSK和诺华等制药公司也在内部建立了大量的AI研究团队。当前全球十大制药公司均已布局AI+新药研发，诸多大型制药公司开始与AI初创公司开展合作，例如艾伯维与AiCure、阿斯利康与BergHealth、拜耳与SensyneHealth、百时美施贵宝（BMS）与ConcertoHealthAI，以及辉瑞与IBMWatson等。
我国AI+新药研发起步较晚，目前尚处在初期阶段。据火石创造统计，国内涌现了晶泰科技、深度智药、云势软件、望石智慧等一批创新企业，主要分布在北京、上海、杭州和深圳等城市。然而，国内AI+新药研发企业并不多，总数不足20家。
近年来，随着我国医药产业创新发展的加速推进，国内医药行业在AI+新药研发领域的跨界合作也在增加：医药巨头与AI+新药研发技术公司合作，例如恒瑞医药与百奥知、豪森药业与Atomwise的合作；药企与IT巨头合作，如正大天晴通过与阿里云合作获得一种全新的化合物筛选方法；CRO企业与AI+新药研发技术公司合作，如药明康德和Schrdinger合资成立了FaxianTherapeutics，将药明康德的先导化合物优化服务与Schrdinger的药物设计软件平台相结合，从而加速新药发现；药明康德和Insilico合作开发了一种ML模型，用于从头设计DDR1蛋白（一种与纤维化等疾病有关的激酶）的小分子抑制剂。