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Peptide AI / 2026

PepDDG: Peptide–Protein Binding ΔΔG Prediction via Information Channel Decomposition

通过信息通道分解预测多肽–蛋白质结合的 ΔΔG。

NeurIPS 2026

主要作者 · Richard 本人确认

01 / 研究问题

多肽链上换一个残基,会怎样改变它与蛋白的结合?

02 / 创新思路

将能量扰动、几何环境和进化兼容性等权排序融合;残差校准版单独报告。

03 / 方法机制

先把能量、几何和进化兼容性信号分别转成排序,再用等权 Borda 排名求和融合。核心输出是多肽链单点突变的相对顺序;残差校准版单独报告,不与零样本排序混用。

PepDDG V4 原始 Figure 1,作者授权摘录。
PepDDG V4 原始 Figure 1,作者授权摘录。 图来源 ↗ · Author-authorized figure excerpt

04 / 实验设置

作者提供 V4:33 个靶标的 332 个多肽链单点突变,使用晶体结构。

Author-provided V4 · accepted NeurIPS 2026 · 来源 ↗

05 / 主结果

总体 Spearman 相关系数:零样本 PepDDG 0.619;单独校准的 PepDDG-Cal 0.691。

AUTHOR-AUTHORIZED V4 / ORIGINAL FIGURE 1

三种证据,同一个排序问题。

PepDDG 将能量扰动、几何环境和进化兼容性转换到排序空间,以等权 Borda rank-sum 融合。较大的分数表示更可能削弱结合;输出是突变顺序,不是经过校准的 kcal/mol 预测。

原始 Figure 1:能量、几何、进化三通道经排序融合,校准版作为单独可选分支
作者提供的 V4,Figure 1,第 2 页;本人授权展示。完整原图区域,未编辑图内内容;点击放大。图中的示例 score / ΔΔG 标注不构成绝对能量误差评估。

01 / 能量扰动

OpenMM、Amber ff14SB / OBC2,以配对 wild-type / mutant 重启构建结合能代理和界面交互代理。

02 / 几何环境

wild-type 结构中的重原子链间接触(8 Å)与 Cα 邻居(10 Å)。只依赖位置,不能区分同一位置的不同替换。

03 / 进化兼容性

预训练 ProteinMPNN 的 complex / isolated-chain 条件似然差与突变似然比。无任务特定微调;预训练模型本身来自学习。

部署时在同一 target 的候选间排序;主论文 pooled benchmark 在完整 cohort 内排序。训练免除指没有任务特定训练或学习融合权重,不表示使用的基础模型没有预训练。

DATA / CRYSTAL-STRUCTURE BENCHMARK

332 个突变,33 个 target。

PepDDG-Bench 来自 SKEMPI v2:单点、peptide-chain 突变,一方长度为 5–80 个残基;排除超短链、饱和突变占主导的 target 与结构准备失败。主基准输入为对应 PDB 晶体结构。实验 ΔΔG > 0 表示结合去稳定化。

V4 §3、§6.1、Table 1(第 3、7 页)。指标为 pooled Spearman ρ;95% CI 使用 target-stratified bootstrap。以下为 V4 报告值。

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方法协议ρ ↑95% CI
PepDDGZero-shot / 零样本0.619[0.519, 0.708]
PepDDG-CalCalibrated / 校准版0.691[0.612, 0.770]
LOTO ridge fusionSupervised fusion / 监督融合0.448[0.327, 0.573]
Flex ddGEmpirical / 经验方法0.489[0.367, 0.596]
FoldX BuildModelEmpirical / 经验方法0.488[0.385, 0.589]
Evolutionary onlyComponent / 单通道0.504—
Energetic onlyComponent / 单通道0.473—
Geometric onlyComponent / 单通道0.469—
BA-DDG (BA-Cycle)Partial: 238 / 31 targets0.423[0.296, 0.529]

未标 partial 的行使用共同覆盖 332 mutations / 33 targets。PepDDG-Cal 为冻结残差校准版,不能把 0.691 称为 zero-shot。监督方法仅作背景比较;与部分监督基线的差异未达到校正后的显著性,不宣称全面优于监督方法。

ABLATION / WHAT THE CHANNELS CONTRIBUTE

互补,比重复更有信息。

跨通道消融

单通道 ρ 为 0.469–0.504;双通道组合为 0.568–0.574;三个通道为 0.619。通道间相关为 0.33、0.40、0.41,相关较低不等于统计独立。

V4 Figure 2 · pp. 7–8 · N=332

增加信号并非总有收益

能量通道界面代理单独为 0.477,完整 binding proxy 为 0.316,两者 rank-sum 为 0.473。可选第四个 alanine 通道只在 N=303 的覆盖子集上由 0.633 到 0.637,不能与 N=332 的 0.619 直接比较。

V4 Appendix Table 9 · p. 23; Figure 2

理论分析依赖给定的 rank-covariance 条件,不保证任意通道融合都提高效果。

BOUNDED DIAGNOSTICS / STRUCTURE INPUTS

强结果,要带着边界一起看。

短肽与环肽

短肽(<20 residues):ρ=0.813,CI [0.684, 0.909],47 mutations / 5 targets。环肽:ρ=0.872,CI [0.753, 0.926],35 mutations / 4 targets。

这是保留的回顾性诊断 cohort;不是前瞻性发现。4 个环肽 target 的精确 sign-flip 检验最小 p=0.0625,不能声称 p<0.05。

V4 Table 3 · p. 9; Appendix C.9 · p. 23

预测结构是单独诊断

在匹配的 109 个突变中,Boltz-2 predicted-input ρ=0.621,crystal-input ρ=0.592。该 cohort 与主基准 332 个不同,不能解释为预测结构普遍优于晶体。

使用最高 ipTM 的 wild-type sample,未微调结构预测器。较大的 pose 错误和突变引发的 binding-mode 改变未被显式建模。

V4 §6.6 · pp. 8–9

FAILURE REGIME / LIMITS

稳定化突变仍是弱项。

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版本稳定化 ΔΔG<0
N=38 / 16 targets
去稳定化 ΔΔG>0
N=286
PepDDG (zero-shot)−0.1370.585
PepDDG-Cal0.2970.650

V4 Table 16,第 27 页。符号分组排除中性突变,所以 N=324;主基准为 332。不能用校准版 0.297 代替零样本的 −0.137。

当前范围是单点替换和给定的 wild-type binding mode。多点协同效应、自动通道发现和广泛的前瞻性验证仍待研究。排序相关不是绝对 ΔΔG 误差,也不是实验疗效。

来源:作者提供的 V4 方法与结果摘录。NeurIPS 2026 已接收;以上结果对应 V4。

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06 / 消融与局限

稳定化突变和不准确的结合构象仍容易让方法失效;排序相关性也不等于绝对自由能误差。

这里评价的是突变排序,不是以 kcal/mol 衡量的绝对误差。范围限于单点替换;稳定化突变和不准确的结合构象仍是重要失效场景。结果对应作者提供的 V4。

07 / 个人贡献

作者信息见论文。

08 / 论文与代码

引用这项研究

PepDDG: Peptide–Protein Binding ΔΔG Prediction via Information Channel Decomposition. NeurIPS 2026, 2026. https://neurips.cc/Downloads/2026