基于语言模型与多尺度特征融合的DTA预测模型
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山东省自然科学基金 (ZR2025MS1009)


DTA Prediction Model Integrating Language Models with Multi-scale Feature Fusion
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    摘要:

    药物-靶点结合亲和力(drug-target binding affinity, DTA)的精确预测对于药物研发和虚拟筛选具有关键意义. 然而, 现有深度学习方法仍普遍存在对蛋白质三维结构利用不足、相似序列信息挖掘有限以及模型泛化能力不足等问题. 为此, 本研究提出了一种基于语言模型与多尺度特征融合的DTA预测模型FusionLM-DTA. 该模型基于AlphaFold预测的蛋白质三维结构进行特征初始化, 从而增强其对蛋白质空间构象的表征能力. 同时, 利用预训练分子序列模型ESM-2和ChemBERTa提取蛋白质和药物的高维语义特征, 并进一步通过外部注意力增强的Bi-Mamba模块捕获双向序列依赖关系及相似序列间的潜在关联. 此外, 设计的门控多尺度线性注意力机制进一步提升了序列特征的建模能力. 实验结果显示, FusionLM-DTA在Davis与KIBA数据集上的多个评价指标均显著优于基线方法, 验证了该模型的有效性与优越性能.

    Abstract:

    The accurate prediction of drug-target binding affinity (DTA) is crucial for drug development and virtual screening. However, existing deep learning methods generally have problems including insufficient utilization of protein 3D structures, limited mining of similar sequence information, and a lack of model generalization ability. To this end, this study proposes DTA prediction model FusionLM-DTA based on the language model and multi-scale feature fusion. This model initializes features based on the protein 3D structures predicted by AlphaFold, thereby enhancing its ability to represent protein spatial conformation. Meanwhile, it extracts high-dimensional semantic features of proteins and drugs by adopting pre-trained molecular sequence models ESM-2 and ChemBERTa, and further captures bidirectional sequence dependency and potential associations between similar sequences via the external attention-enhanced Bi-Mamba module. Furthermore, the designed multi-scale gated linear attention mechanism further enhances the modeling ability of sequence features. Experimental results show that FusionLM-DTA significantly outperforms baseline methods on multiple evaluation metrics on Davis and KIBA datasets, thereby validating the effectiveness and superior performance of the model.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

卢宇航,程远志.基于语言模型与多尺度特征融合的DTA预测模型.计算机系统应用,2026,35(7):63-72

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  • 收稿日期:2025-11-20
  • 最后修改日期:2025-12-12
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  • 在线发布日期: 2026-05-20
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