写在前面
传统新药研发有多难?
平均投入26亿美元,耗时12–15年,临床试验成功率不足10%。这组数字背后,是整个制药行业长期面临的投入高、周期长、失败率高的三重困境。
而人工智能,正在从根本上重塑这一格局。
这篇发表于药物化学顶刊JMC的编辑部综述,系统梳理了AI在药物研发全生命周期中的落地应用——从最上游的靶点识别,到虚拟筛选、分子设计、ADMET评价,再到临床试验优化、老药新用,乃至上市后的安全监测。文章不仅讲清了技术逻辑,还附上了27款已进入临床阶段的AI研发药物清单,是目前AI制药领域最全面的全景式综述之一。
下面我们按照药物研发的经典流水线,逐阶段拆解AI的价值与真实案例。
一、靶点识别:从大海捞针到精准定位
靶点是新药研发的起点。找到真正驱动疾病的关键蛋白/基因,后续所有工作才有意义。
传统方法的瓶颈
传统靶点发现依赖全基因组敲除筛选、亲和下拉实验等湿实验手段:周期长、失败率高、难以挖掘复杂疾病网络中的隐藏关键节点。
AI如何破局
AI通过整合多维度生物数据,从假设驱动转向数据驱动的靶点发现:多组学数据建模、图深度学习、知识图谱、生物大语言模型。
经典案例
INS018-055(特发性肺纤维化,II期临床):由英矽智能PandaOmics平台发现。AI通过整合多组学数据与生物网络分析,锁定TNIK激酶为纤维化治疗新靶点,并基于此设计出特异性抑制剂。
二、虚拟筛选:百万级化合物库的计算机初筛
靶点确定后,下一步是从数十万乃至上百万个化合物中,找出能与靶点结合的活性分子。
两类经典筛选范式
基于结构的虚拟筛选(SBVS)和基于配体的虚拟筛选(LBVS)。
AI带来的技术升级
等变神经网络对接模型、配体-受体共折叠模型(AlphaFold3、RosettaFold)、结合姿态智能优化。
经典案例
NDI-034858(斑块型银屑病,III期临床):又名Zasocitinib(TAK-279),是一款高选择性TYK2抑制剂。
三、分子生成:AI从零设计全新化学骨架
如果说虚拟筛选是从已有库中找,那么生成式AI就是无中生有造新分子。
AI生成式设计的核心技术
强化学习(RL)、变分自编码器(VAE)、生成对抗网络(GAN)。
现状与挑战
AI生成分子目前最大的痛点是合成可行性——很多纸上完美的分子,实际合成难度极大。
四、ADMET评价:临床前的安全守门员
ADMET是决定一个分子能否成药的关键。据统计,超过半数的临床失败,根源都在于ADMET性质不佳。
ADMET五个维度
A - 吸收(Absorption)、D - 分布(Distribution)、M - 代谢(Metabolism)、E - 排泄(Excretion)、T - 毒性(Toxicity)。
AI ADMET预测方案
传统机器学习、深度神经网络(DNN)、几何图神经网络(GeoGNN)。
图1:AI在药物研发各阶段的应用全景
下图完整展示了AI从靶点识别到上市后监测的全链条布局,建议收藏。

图注:AI技术贯穿药物研发六大核心阶段——靶点识别、药物发现、临床前开发、临床试验、药品获批、上市后监测,每个阶段均有对应的AI应用场景。
五、生物标志物:精准医疗的核心标尺
生物标志物是连接药物与患者的桥梁,分为诊断标志物、预后标志物、疗效预测标志物三类。
AI在标志物领域的应用
数字病理诊断(如nuclei.io平台)、细胞形态标志物、蛋白组标志物。
六、药物重定位:老药新用,AI制药最快落地赛道
药物重定位(Drug Repurposing),就是为已经上市、安全性已验证的老药,找到全新的治疗适应症。
AI三大实现路径
组学特征匹配、真实世界数据挖掘、知识图谱推理。
经典案例
PXT3003(腓骨肌萎缩症1A型,III期临床):由Pharnext公司通过AI辅助重定位发现。
七、临床试验:AI提升人体试验成功率
AI从患者招募、试验设计、剂量优化等多个维度切入,降低临床风险。
AI的四大核心价值
精准患者筛选、试验结局预测、治疗窗口优化、患者招募加速。
八、上市后监测:AI守护全生命周期用药安全
药物获批上市不是终点,而是长期安全监测的起点。
监管端的AI实践(以FDA为例)
自动分类不良事件报告、NLP文本挖掘(InfoViP平台)、持续风险监控。
表1:代表性AI研发药物临床管线一览
下表汇总了27款已进入各阶段临床试验的AI赋能药物,涵盖肿瘤、自身免疫、神经、罕见病等多个治疗领域。
药物编号 | 药物名称 | 研发公司 | 适应症 | 临床阶段 | NCT编号 |
1 | PXT3003 | Pharnext | 腓骨肌萎缩症1A型 | III期 | NCT03023540 |
2 | BTRX-335140 | Neumora | 重度抑郁症 | III期 | NCT06058013 |
3 | NDI-034858 | 武田制药 | 斑块型银屑病 | III期 | NCT06973291 |
4 | REC-2282 | Recursion | 2型神经纤维瘤病 | II/III期 | NCT05130866 |
5 | HLX-0201 | Healx | 男性脆性X综合征 | II期 | NCT04823052 |
6 | LAM-001 | Steven Hays | 闭塞性细支气管炎综合征 | II期 | NCT06018766 |
7 | LAM-002A | OrphAI Therapeutics | 肌萎缩侧索硬化 | II期 | NCT05163886 |
8 | SOM0226 | SOM Innovation Biotech | 转甲状腺素蛋白淀粉样变性 | II期 | NCT02191826 |
9 | SOM3355 | SOM Innovation Biotech | 亨廷顿病舞蹈症 | II期 | NCT05475483 |
10 | LP-100 | Allarity | 转移性去势抵抗性前列腺癌 | II期 | NCT03643107 |
11 | LP-300 | Lantern Pharma | 晚期肺腺癌 | II期 | NCT05456256 |
12 | REC-994 | Recursion | 脑海绵状血管畸形 | II期 | NCT05085561 |
13 | BT-11 | NImmune | 溃疡性结肠炎 | II期 | NCT03861143 |
14 | INS018-055 | 英矽智能 | 特发性肺纤维化 | II期 | NCT05975983 |
15 | NDI-1150-101 | Nimbus | 实体瘤 | I/II期 | NCT05128487 |
16 | ERAS-007 | Erasca | 晚期胃肠道恶性肿瘤 | I/II期 | NCT05039177 |
17 | REC-4881 | Recursion | 家族性腺瘤性息肉病 | I/II期 | NCT05552755 |
18 | LP-184 | Lantern | 实体瘤 | I/II期 | NCT05933265 |
19 | BXCL701 | BioXcel Therapeutics | 转移性去势抵抗性前列腺癌 | I/II期 | NCT03910660 |
20 | RLY-4008 | Elevar Therapeutics | 实体瘤 | I/II期 | NCT04526106 |
21 | SGR-1505 | Schrdinger | 复发/难治性B细胞淋巴瘤 | I期 | NCT05544019 |
22 | NX-13 | Landos Biopharma | 溃疡性结肠炎 | I期 | NCT04862741 |
23 | BXCL-501 | BioXcel Therapeutics | 儿童精神分裂症与双相情感障碍相关躁动 | I期 | NCT05025605 |
24 | PHI-101 | 首尔国立大学医院 | 急性髓系白血病 | I期 | NCT04842370 |
25 | BPM-31543 | BPGbio | 脱发 | I期 | NCT01588522 |
26 | RLY-1971 | 罗氏 | 转移性实体瘤 | I期 | NCT04252339 |
27 | RLY-2608 | Relay Therapeutics | 晚期实体瘤或乳腺癌 | I期 | NCT05216432 |
数据来源:clinicaltrials.gov,截至2025年10月
九、挑战与局限:AI不是万能钥匙
文章没有神化AI,而是客观指出了当前行业面临的核心问题:
1. 高质量训练数据稀缺:生物医学数据量少、标注难,且大量阴性实验数据从未公开。
2. 生成分子的合成可行性问题:很多AI生成的全新骨架,实际合成难度大。
3. 不可成药靶点仍是难题:转录因子、支架蛋白等柔性强、无明确结合口袋的靶点。
4. 黑箱问题阻碍监管信任:深度学习模型决策过程不透明。
5. 监管政策尚未完善:FDA等机构仍在制定AI药物研发的明确指导原则。
十、未来展望
针对上述挑战,文章提出了几个关键发展方向:
数据标准化与共享:建立统一的生物医药数据标准,推动阴性数据公开。
多模态融合:结合化学结构、文本、组学等多模态信息,缓解数据不足问题。
虚拟人体仿真:构建数字孪生患者模型,模拟疾病机制与药物作用。
罕见病药物开发:通过AI老药重定位,为孤儿病快速找到治疗方案。
监管体系完善:建立AI模型可解释性标准,明确申报路径。
总结
AI正在从一个锦上添花的工具,逐步变为药物研发各环节的标配能力。
从靶点发现的源头创新,到虚拟筛选的效率提升,从ADMET的早期风险把控,到临床试验的成功率优化,再到上市后的安全监测——AI正在重构整条药物研发流水线。
如今已有数十款AI发现/优化的药物进入临床,其中多款推进至III期。虽然数据质量、合成可行性、监管规范等问题仍待解决,但AI重塑制药行业的大趋势已经不可逆转。
对于从业者而言,理解AI、用好AI,将成为未来药物研发人员的核心能力之一。
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