DART Predictor: A Multi-Label Attention Model for High-Throughput Screening of Chemicals with Developmental and Reproductive Toxicity (DART)

可解释性 投掷 发育毒性 风险评估 鉴定(生物学) 概化理论 生殖毒性 计算机科学 适用范围 机制(生物学) 机器学习 毒物 化学毒性 生物 人工智能 毒物动力学 畸形学 毒理 飞镖离子源
作者
Yuchen Gao,Yizhou Huang,Xuanlin Chen,Shixuan Cui,Yiwei Jiang,Xiyu Chen,Yaxuan Zhao,Weiping Liu,Shulin Zhuang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (46): 24853-24862 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c11641
摘要

Chemicals with developmental and reproductive toxicity (DART) pose significant risks to human health, particularly exposure during critical windows of embryonic and fetal development. Therefore, rapid and accurate identification of DART chemicals is urgently needed. Existing predictive models are predominantly limited to binary classification and lack explicit integration of exposure information, hindering the precise risk extrapolation across realistic exposure scenarios. Herein, we present DART Predictor, a multilabel deep learning model trained using a label-aware attention mechanism to predict six DART outcomes (Growth Disorders, Malformation, Fetal Viability Loss, Maternal Systemic Toxicity, Maternal Pathology, and Fertility Impairment). Trained on 25,175 chemically diverse records integrating molecular descriptors and bioassay activity features calibrated with exposure parameters, DART Predictor achieves state-of-the-art performance (average AUC: 0.964, average recall: 0.923) and strong interpretability and generalizability (AUC: 0.889, recall: 0.959) on two external validation data sets. The exposure parameters enhance model performance by up to 8.6% gain of AUC across multiple DART outcomes, indicating the vital role of realistic exposure information for model improvement. DART Predictor is further deployed into a cloud platform (http://www.ai4environ.cn/dartpredictor) to provide high-throughput screening service. Our study provides a novel framework for exposure-informed DART risk assessment, advancing the development of DART-related new approach methodologies.
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