近日，依托北京理工大学前沿交叉科学院/医学技术学院空间生物与医学工程研究所、生物医药成分分离与分析北京市重点实验室，我校研究团队通过构建跨尺度信息关联学习模型，在器官视角下的联合用药不良反应预测方面取得突破性进展。研究成果以“Predicting adverse drug reactions for combination pharmacotherapy with cross-scale associative learning via attention modules”为题发表于国际知名期刊《Nature Computational Science》，论文第一作者为北京理工大学前沿交叉科学院/医学技术学院在读硕士生李博阳，通讯作者为北京理工大学前沿交叉科学院李博副研究员、医学技术学院李晓琼教授。

老年多病共病与多重用药引发的药物不良反应已成为威胁公共健康的重大科学问题。多病共存已成为慢性疾病管理的核心挑战，其复杂性和管理难度远超单一疾病。《“十四五”健康老龄化规划》中指出约78%的老年人至少患有一种慢性病，而同时罹患三种及以上慢性病的“一体多病”现象占比高达约20%。

临床多药联用对治疗心脑血管疾病、肿瘤等慢病具有疗效优势，但同时易引起不良反应（ADR）风险。传统基于机器学习的计算模型、以及基于“知识图谱—图卷积神经网络”的主流架构，受限于冷启动场景下的数据稀疏性，限制了ADR预测的准确性。研究团队首次提出器官视角下的不良反应预测任务，基于联合用药在多器官中的ADR共现模式，构建了器官层面的ADR关联矩阵。并融合分子层面药物特征与知识图谱先验知识，通过可学习投影矩阵，将药物组合的嵌入向量映射至与器官层面，形成与ADR维度一致的潜空间标签。以潜标签嵌入为节点、ADR关联矩阵为边权构建异质图，采用图卷积网络（GCN）耦合多头注意力机制实现生物医学信息的跨层传播与动态聚合。OrganADR在涵盖15个器官的评测中取得最优性能，且能针对预测的不良反应情况，输出蛋白互作网络信息，从药物—蛋白互作的角度，解释联合用药不良反应的潜在机制。

图1  OrganADR模型架构示意图

图2  应用OrganADR进行多器官不良反应预测，并解析潜在的蛋白互作网络

综上所述，OrganADR通过器官层面、药物分子层面、生物医学网络层面的多层次信息融合，构建了用于联合用药不良反应预测的计算模型。其不仅提升了联合用药不良反应的预测准确率，且从多器官交互的视角，建立了跨尺度生物医学信息整合的计算范式，为预防药物联用的ADR提供了临床辅助决策方案，有望进一步推动临床精准用药的发展。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s43588-025-00816-7

文章详情：Boyang Li, Yifan Qi, Bo Li*, Xiaoqiong Li.* Predicting adverse drug reactions for combination pharmacotherapy with cross-scale associative learning via attention modules. Nat Comput Sci (2025).

附主要作者简介：

李博阳，第一作者，现为北京理工大学前沿交叉科学院硕士研究生，本科毕业于南开大学生命科学学院。导师为李博副研究员。

李博，通讯作者，现为北京理工大学前沿交叉研究院副研究员。加拿大渥太华大学博士，南开大学化学系本科。研究方向：瞄准重大疾病防治中的关键科学问题，主要针对神经损伤、肝损伤、肿瘤和航天环境引发的损伤与药物防护问题，探究生命活动的分子机制，阐释重大疾病的发病机理与规律。涉及损伤机制、天然产物和中医药防护药理药效、AI+多组学分析，AI+药物研发、新型先导化合物设计与合成等生物医学、药物化学、人工智能交叉领域。课题组招收学生方向：欢迎具有药物化学、生物与医药、分子生物学等背景的研究生以及对人工智能辅助药物设计感兴趣的计算机、人工智能等相关研究背景的学生加入。

李晓琼，北京理工大学医学技术学院教授、博士生导师，学校生物医学工程学科责任教授，空间生物与医学工程研究所副所长，主要从事临床体外检验医疗装备（生物安全检验装备、肿瘤诊疗）、人工智能多模态辅助决策（生物信息、临床诊疗、计算药学与图像分析等方向）、航天生物医学实验载荷等交叉学科方面的研究，担任“十四五”国家重点研发计划“工程科学与综合交叉”重点专项总体专家组成员，国际月球科研站大科学工程生存防护系统专家组成员，《生命科学仪器》杂志副主编，卓越期刊《Space：science and technology》杂志编委，中国电子学会生命电子学分会常委、秘书长，中国仪器仪表学会医疗仪器分会常务理事等，主持多个国家重点研发计划课题、子课题，国家自然科学基金、GF基础科研项目等。曾获2021北京市科技进步二等奖，2022华夏医学奖科技进步二等奖，2022中国发明创新创业奖二等奖、中国电子学会先进工作者等奖励。