计算生物学界长期流传着一个令人心安的神话:自结构预测模型横空出世后,蛋白质与小分子的结合问题已经基本被算力攻克。只要输入蛋白质口袋和候选小分子的分子式,深度学习系统就能在几秒钟内推导出生化亲和力。这一乐观判断直接拉动了过去数年全球数十亿美元的研发注资。

然而,生物科技初创公司 Leash Bio 近期公布的一系列实验与数据,无情地戳破了这层光鲜的外衣。在其主导的 BELKA 竞赛与最新预印本中,面对从未见过的全新化学骨架,当前最前沿的计算模型预测准确率暴跌至接近抛硬币的水平。更令人警惕的是,那些在公有数据库中刷出惊人高分的标杆模型,大量能力并非习得了底层物理法则,而是踩中了数据污染与统计捷径的泥潭。

40亿物理测量下的集体哑火与“聪明汉斯”陷阱

算法的神话往往经不起未经污染的物理基准检验。在 BELKA 竞赛中,Leash 针对 BRD4、sEH 和 HSA 三个靶点,筛选了 1.33 亿分子库,通过三轮重复累计产生约 36 亿分子读数、聚合为约 3 亿二元标签,最终包含对照在内公开了 42.5 亿条测量数据。

全新分子库预测几乎全军覆没,实际命中率暴跌至随机猜测水平
全新分子库预测几乎全军覆没,实际命中率暴跌至随机猜测水平

但在 2024 年 7 月 8 日竞赛截止时,约 2000 支由顶尖算法工程师组成的参赛团队遭遇了集体滑铁卢:面对完全未见过的全新骨架 kinase0 化学库,没有任何一个模型的表现显著优于随机猜测。在夺冠团队预测的 Top 100 候选物中,sEH 仅命中 2 个,BRD4 和白蛋白命中数为 0。这一命中率与 12 万分子中约 1000 个 hit 的自然概率完全持平。

BELKA 盲测:2000 支 AI 战队全新骨架命中表现 盲测预期 (营销宣传) 高命中率 宣称掌握蛋白-小分子结合普适规律 实际结果 (42.5亿条数据检验) 0 / 100 命中 冠军模型在 BRD4 靶点上命中数归零,等同随机

为什么模型在公开基准上表现神勇,一进真实筛选就全面崩塌?原因在于公开数据库充满了严重的隐性作弊。

最典型的破绽来自数据泄漏。结构预测模型 Boltz-2 在 BRD4 靶点上刷出了 0.986 AUROC 的惊人高分。然而核查其测试集发现,高分分子与葛兰素史克(GSK)早前发布的苯并咪唑类分子完全重合,直接对应 PDB 数据库中条目 6TPX、6TPY 与 6TPZ。这组数据早在 2020 年 1 月 15 日就已入库,远早于 Boltz-2 的 2023 年 6 月 1 日训练截止期。模型并非在预测化学亲和力,只是在背诵早已看过的标准答案。

更具讽刺意味的是“聪明汉斯”效应在计算化学里的重演。一项针对 ChEMBL 数据库中 1,815 位化合物作者分类的研究显示,仅凭分子指纹,模型就能实现 27% Top-1 和 60% Top-5 的作者识别准确率。在骨架切分下,单纯使用“作者概率加靶点身份”训练的分类器,其 AUROC 达到 0.652,与输入真实分子指纹加靶点身份的跑分(0.656)几乎完全一致。AI 学会的最强能力,竟是通过化学骨架特征去猜这篇论文出自哪个课题组。

所谓的泛化神话,往往只是模型顺着学术界固化的合成习惯,走了一条毫不费力的统计捷径。

驯服物理噪声:当湿实验化为可重放沙盒

要终结基准作弊,唯一手段是用规模化物理实验建立没有被公开论文污染的真值基准。Leash 专注于 DNA 编码化合物库(DEL)技术。这是一种利用 DNA 条形码标记数以亿计小分子、在单一试管中与靶蛋白混合筛选的高通量方法。

利用磁珠筛选与工程化突变破坏口袋,从源头剔除高通量物理噪声
利用磁珠筛选与工程化突变破坏口袋,从源头剔除高通量物理噪声

但 DEL 是一头充满噪声的巨兽。蛋白质往往不按常理出牌,它们极易误结合到带有负电荷的 DNA 骨架或筛选所用的磁珠表面,产生海量假阳性。Leash 采取的方法是为每个分子配备数十种不同的 DNA 条形码进行交叉验证,同时大规模工程化突变蛋白来破坏结合口袋(Breaking the pocket),强行剥离蛋白质的特征作弊码,以此提纯出干净、可复现的结合标签。

在此基础上,Leash 创始人 Ian Quigley 团队正式推出了科研交互沙盒 Minos、伴随预印本论文以及包含全新化学库 AMA020 的开源数据集 STRELKA。

Minos 沙盒:将物理筛选转为 Agent 强化学习环境 650 万分子空间 未见全新化学库 离散物理真值底座 LLM Agent 推理 严格 100 步实验预算 自然语言推导 SAR 关系 计算速度即时反馈 毫秒级调用测序真值 完成强化学习闭环更新

Minos 的核心构想是将昂贵、缓慢的湿实验筛选打包为可重放现实(replayable reality)。在沙盒中,LLM Agent 面对 650 万候选分子的浩瀚空间,被赋予仅有 100 次实验选择的预算。Agent 必须用自然语言推理分子的结构-活性关系(SAR),自主决定下一轮挑选哪些分子送检。由于底座是预先测序完成的真实物理结果,Agent 在几毫秒内就能拿到毫无幻觉的物理反馈,从而实现了以计算速度跑通真实的强化学习训练。

  • 建议.评估 AI 制药 Agent 时,应停止使用静态公开测试集,转向在具备严格预算限制的物理沙盒中考察其闭环探索效率。

坦承局限:在科苏里悖论与成药深水区之间

然而,即便拥有最洁净的物理基准,AI 面临的现实依然骨感。在 STRELKA 包含约 100 万化合物、59 个靶点的全新化学库(AMA020 库)测试中,Leash 自研的模型 Hermes 平均 AUROC 仅为 0.5628,平均精确率(mAP)低至 0.0200。

试管高通量富集数据与体内药理鸿沟之间存在巨大落差
试管高通量富集数据与体内药理鸿沟之间存在巨大落差

Leash 团队没有粉饰这一惨淡结果,并在 2026 年 2 月发布的 Hermes 论文中明确拒绝声明 SOTA(业界最佳)。数据呈现出复杂的割裂态势:

评估维度Hermes 表现Boltz-2 表现关键分歧与背景判定
DEL 靶点切分 (AUROC)0.6830.639Hermes 在自身高通量体系切分中略微领先
跨 DEL 化学库 (AUROC)0.5620.608面对完全未见分子库时两者皆逼近随机线
MF-PCBA 对比子集0.5540.789纯私有数据模型跨界公有基准时泛化乏力
无泄漏 ChEMBL-35未覆盖MAE ~0.9传统结构基础模型在常规空间仍具备基本物理先验

这份成绩单引出了生物科技界著名的“科苏里悖论”(Kosuri paradox):如果新一代测序技术和 DEL 已经能够在几天内以极低成本穷举数十亿分子的结合物理数据,产业界为什么还要耗费巨资去训练庞大且容易作弊的深度学习模型?

答案藏在从试管到人体的鸿沟里。DEL 筛选出的富集读数,本质上只是分子物理结合的替代指标,无法直接划等号为真实的结合亲和力(Kd),更无法体现化合物在体内的功能性抑制与生物活性。尽管 Leash 展现了在炎症管线上耗时六个月从小分子 hit 推进至小鼠体内良好 PKPD(药代动力学/药效学)的数据,但业内普遍清楚,物理高通量筛选并不能直接解决代谢毒性与成药性难题。

  • 风险.高通量测序只能解决结合初筛,单纯依赖富集读数做算法闭环,容易在后续体内成药性评估中遭遇断崖式失败。

面对作者偏好与数据污染的清算,正在让计算化学褪去浮躁的光环。AI 从未在真空中攻克药物结合问题,但当 Minos 将数以亿计的物理真实封装为严谨的数字世界,大模型至少第一次拥有了一个无法靠小聪明作弊的考场。