RFD4-Proteina 用獎勵引導搜索設計抗癌藥 採樣由400步降至60步

NVIDIA 2026年10月21日於官方技術部落格發布文章,介紹其 BioNeMo 平台下嘅開放模型 RFD4-Proteina。呢個模型由 NVIDIA 聯合華盛頓大學醫學院蛋白質設計研究所(Institute for Protein Design)共同開發,目標係幫助計算生物學家、機器學習工程師同藥物發現研究者設計蛋白質結合子(protein binder)候選,特別係針對 PD-L1——一個腫瘤免疫治療領域嘅重要標的。

蛋白質設計係一個搜索問題

文章指出,僅係為8個氨基酸殘基(residue)嘅蛋白質序列揀氨基酸,已經有超過250億種組合。如果係100個殘基嘅序列,可能性甚至超過可觀測宇宙嘅原子數量。喺呢個天文數字級嘅搜索空間入面,要揾到有潛力嘅新療法,關鍵唔係全面掃描,而係知道「應該喺邊度揾」。

RFD4-Proteina 嘅做法係透過從自然學到嘅模式,喺搜索空間入面導航。佢同時設計蛋白質序列同全原子結構(all-atom structure),並用獎勵引導嘅推理時搜索(reward-guided inference-time search),將算力集中喺最有希望嘅候選上。

兩條使用路徑

RFD4-Proteina 提供兩種使用方式:

  • 開放模型:適合需要訓練、推理、方法開發同直接控制採樣程式碼嘅用户,需搭配支援嘅 NVIDIA GPU 同 Python 3.12 環境。
  • NIM 微服務:提供 HTTP 介面嘅快速推理部署,可自托管(x86_64 或 arm64 Linux,需 Docker、NVIDIA Driver、NVIDIA Container Toolkit 同 NGC API key),或者直接使用 NVIDIA 嘅雲端 API 端點(文中註明不建議用於生產環境)。

技術亮點:由400步縮到60步

RFD4-Proteina 繼承咗 Proteina-Complexa 嘅部分潛空間(partially latent)方法,結合明確嘅 backbone 座標同潛表示、學到嘅序列同原子變數。佢嘅 autoencoder decoder 會同時產生序列同全原子結構,唔再需要額外交接畀 ProteinMPNN 呢類反摺疊(inverse-folding)模型。

相比上一代 RFD3,RFD4-Proteina 喺速度同記憶體使用上顯著改善,原因包括:

  • 採用殘基級潛表示(residue-level latent representation)而非原子級,避免記憶體膨脹
  • 擴散過程經工程優化,將採樣步數由 Proteina-Complexa 嘅約400步削減至60步
  • 推理時搜索更快,因為 OF3 同 tmol 等物理 oracle 已做 CUDA 加速
  • 模型同 kernel 同 cuEquivariance 同 BioNeMo Inference Runtime(BIR)團隊共同設計,針對速度優化

獎勵引導推理時搜索

喺推理時搜索循環入面,模型對生成軌跡去噪(denoise)以獲得結構,然後為設計評分,保留同分枝有希望嘅部分狀態,持續至達到生成條件。獎勵信號可衡量幾何、分子間交互作用或獨立預測信心。呢種額外搜索可針對指定目標優化設計,產出更高評分嘅候選。

模姐驗嚇貨

NVIDIA 呢篇屬官方技術部落格文章,內容側重方法介紹同部署指引,提及有「跨設計任務嘅實驗驗證結果」但未喺呢篇披露具體數據。RFD4-Proteina 係 BioNeMo 平台嘅延伸,開放權重可下載使用,對本地部署同方法研發嘅研究者有實際意義。400步降至60步嘅採樣效率提升,若果屬同質比較,對部署成本有直接影響,惟目前資料未提供獨立第三方驗證。


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