A Multi-Modal Contrastive Learning Framework for Cyclic Peptide Permeability Prediction

人工智能 计算机科学 稳健性(进化) 环肽 深度学习 机器学习 生物信息学 水准点(测量) 可转让性 图形 计算模型 可视化 变压器 编码(内存) 忠诚 训练集 特征学习 蛋白质结构预测
作者
Shuwen Xiong,Feifei Cui,Zilong Zhang,Rao Zeng,Ran Su,Leyi Wei
标识
DOI:10.1109/tcbbio.2025.3643437
摘要

Cyclic peptides represent a rapidly growing class of therapeutics, yet their development is often hindered by the challenge of predicting cell membrane permeability, a critical determinant of drug efficacy. Existing computational methods often struggle to integrate the diverse structural information inherent in these complex molecules, resulting in suboptimal predictive accuracy. Here, we introduce MCPerm, a multi-modal deep learning framework that synergistically integrates 1D SMILES, 2D topological, and 3D geometric information through a novel modality share and contrastive learning strategy to accurately predict cyclic peptide permeability. MCPerm fine-tunes a pretrained peptide language model for SMILES encoding and uses a parameter-sharing graph transformer for structural representation, while a dual contrastive learning mechanism enforces representational consistency both within and between modalities. On the benchmark PAMPA dataset, MCPerm achieves state-of-the-art performance, significantly outperforming leading methods. We further demonstrate its robustness and competitive transferability across three independent assays (Caco-2, MDCK, and RRCK). Our work presents a robust in silico framework that holds potential to accelerate the rational design and discovery of cell-permeable cyclic peptide drugs. Furthermore, to move beyond predictive accuracy, we introduced an attention-based visualization analysis. The results demonstrate that our model is not a "black box"; it has learned key chemical principles governing cyclic peptide permeability.
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