注：本文僅代表作者本人觀點。
2024年10月10日，諾貝尓化學獎揭曉，美國生物化學家戴維•貝克(David Baker)以及谷歌(Google)旗下人工智慧公司DeepMind的科學家德米斯•哈薩比斯爵士(Sir Demis Hassabis)和約翰•江珀(John Jumper)共同獲獎。其中，DeepMind兩位科學家在蛋白質結構預測領域的研究受到矚目。諾貝爾獎評委會表示，哈薩比斯和江珀「開發的AI模型解決了50年前就被提出的一個難題：預測蛋白質的複雜結構」。
早在今年五月，谷歌DeepMind與其藥物發現子公司Isomorphic Labs聯合發佈了生物學預測模型AlphaFold的最新版本——AlphaFold 3。這一新版本在AlphaFold 2發佈三年後標誌着谷歌在AI生物學領域的又一次重要突破，其研究成果發表於《Nature》雜誌。根據Alphabet首席執行長桑達爾•皮查伊去年5月在金融時報的撰文，DeepMind開發的AlphaFold，已與歐洲分子生物學實驗室(European Molecular Biology Laboratory)合作，對科學已知的2億多種已分類蛋白質獲得了突破性的理解，開闢了新的醫療可能性。和ChatGPT一樣，生物醫學領域的人工智慧模型一樣需要數據的餵養，但是在現階段，AI在藥物研發領域的潛能到底有多大？本屆諾獎得主哈薩比斯爵士在早前接受的採訪中表示，這項技術現階段還無法取代科學家的工作，「人類的智慧在於提出問題、猜想和假設，我們的系統做不到這些，AI只是分析數據」。
盛名之下，AI究竟能在藥物研發中發揮多大作用？FT中文網採訪了香港理工大學應用生物及化學科技學系副主任趙燕湘教授，就人工智慧在藥物發現方面的潛力和生物化學領域的研究趨勢進行了討論。趙燕湘教授於美國洛克菲勒大學獲得博士學位，並在康乃爾大學醫學院完成博士後研究，是化學生物學與藥物研發國家重點實驗室的成員，她的研究重點是對維持細胞穩態和基因組穩定性的蛋白質複合體進行基於結構生物學的機理研究。
以下是採訪實錄，
FT中文網: 您如何看待谷歌DeepMind最新推出的人工智慧模型AlphaFold在加速藥物發現方面的潛力？
趙燕湘: 我一直在關注DeepMind，特別是它開發的AlphaFold蛋白質結構預測程式。這個程式與我的研究項目密切相關。AlphaFold幾乎可以預測已知蛋白質的所有結構，這在藥物研發中具有重要意義。當你已經有了蛋白質結構模型後，確實可以加速藥物開發的進程。從某種程度上來說，AI本身其實是沒有創新性的，AI在各個領域的應用中，更像是一個「超級鸚鵡學舌」，它可以模仿、複製，但是從0到1仍然有很長的道路要走。
我嘗試過把自己的一些研究數據放進AlphaFold，發現它做得好的部分，往往是基於現有的科學知識容易被預知的；而如果在它的資料庫裏從未出現過的未知的部分，它的預測結果可靠性仍有待提高。這說明，AI仍然需要我們提供大量的數據點，才能更好地發揮作用。那麼AI能起到什麼作用？我覺得它可以用一種更低成本、更有效的方式加速藥物開發的進程。所以，我認爲現在AI在新藥研發上還處於「early stage」，離真正的大規模應用還有一段距離。
FT中文網: 在您的研究領域中，您認爲未來哪些學科領域的結合會帶來最大的研究突破？AI在藥物發現領域的應用，可能會如何改變傳統的藥物研發過程？
趙燕湘: 我認爲，在生物科技領域，有兩種學科結合可能會帶來非常顯著的突破。首先是生物科技與人工智慧（AI）的結合，AI的潛力是顯而易見的。一方面，在龐大數據中找到有用的資訊，比如在DNA序列這樣龐大的數據資訊中找到致病基因和風險因素，這就需要依靠AI來進行深度分析。
從新藥研發的角度來看，藥物研發是一個高風險的過程，往往需要篩選成千上萬個候選化合物，最終可能只會找到一個有效的藥物。在這種情況下，AI能幫助我們更高效地進行篩選，這無疑是一個非常有前景的方向。不過，目前AI在藥物發現領域仍然是輔助性的工具。你不能指望它能直接給出一個可以治療癌症的藥物方案，因爲現在數據點還不夠。目前在藥物發現中應用的難點之一就是數據量的問題。AI在自然語言處理和影像生成方面表現得非常出色，是因爲它可以學習大量的文字和影像數據。但在藥物研發領域，全球可能有幾千種藥物，每種藥物都針對不同的疾病，這種多樣性和樣本量的限制使得AI在這個領域的表現還相對有限。
FT中文網: 除了生物與AI的結合，您認爲還有哪些學科交叉可能會帶來突破？
趙燕湘: 另一種可能帶來重大突破的學科交叉，是生物與工程學的結合。我認爲工程學的優勢在於它可以進行系統化的大規模實驗。比如，在抗體藥物的開發以及一些新興的細胞療法（如CAR-T療法）中，透過基因工程的手段可以對多個基因進行修飾和改造，然後低成本、高效率地一一測試治療方案，最終找到最好的。
以前，基於成本和效率的考慮科學家通常花費大量時間去思考和選擇；隨著技術的進步，尤其是基因編輯技術的成熟，情況得到了改善。比如，CRISPR技術的出現，使得基因敲除(gene knockout)可以在幾周內完成。我們不再需要在選擇上花費過多的時間，就可以快速、低成本地測試大量基因，從中篩選出最優的方案。正是這種生物科技與工程學的結合，使得生物研究變得越來越工程化，極大的提升了研究的效率和成果的轉化速度。
FT中文網：目前，應用生物及化學技術領域中有哪些前沿研究最值得關注？這些研究有望在哪些方面產生重大影響？
趙燕湘：我認爲現在最需要創新的領域主要集中在兩大病症上：癌症和腦部疾病（Central Nervous System, CNS）。癌症的發病率隨著壽命的延長而不斷上升，因而在這個領域的需求非常大。此外，腦部疾病，特別是老年癡呆症和精神類疾病（如抑鬱症、焦慮症），目前對其發病機理及治療手段仍需大量科研投入，也面臨著巨大的社會和家庭壓力，因此在這些方面的科研創新尤爲迫切。
在新藥研發方面，我認爲未來的突破將主要來自於新的治療程式（new modality）。就目前來看，核酸類藥物的出現令人振奮。以前我們認爲mRNA不可能成藥，因爲它非常不穩定，技術上也存在很多問題，但如今透過科研和技術的進步，mRNA藥物已經成爲可能，並且一些藥物甚至能夠有效穿過血腦屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）。如siRNA類藥物穿越血腦屏障併發揮療效。此外，細胞療法也顯示出巨大的前景。目前最成功的細胞療法是CAR-T療法，已經在癌症治療中得到應用並獲批上市。細胞療法在腦部疾病治療中也將展現出更多可能性，例如將新生的神經元直接送入大腦，以替代因衰老而死亡的神經元，這或許能延緩如老年癡呆症等疾病的進程。
FT中文網：您認爲在生物醫療行業，香港的區位優勢是什麼？根據香港交易及結算所有限公司(HKEX)的數據，香港是亞太區最大的生物科技公司首次公開招股中心，全球則排名第二，僅次美國。
趙燕湘：我認爲，在新藥研發領域，香港面臨一些很現實的挑戰。香港人口基數較小，進行大規模的臨牀試驗有很大挑戰，這限制了藥物研發的規模和市場潛力。然而，香港的自由經濟架構是其一大優勢。政府提供強有力的支援，但並未對研發方向進行過多幹預，這讓科研人員能夠深入探索新想法，並與外界合作，從而促進first-in-class的創新。
FT中文網：作爲世界知名大學應用生物及化學技術系的教授和副主任，您如何看待當前高等教育在培養下一代科研人才中的作用？有哪些改進或創新措施可以進一步提升學生的科研能力？
趙燕湘：我從事的是生物科技和新藥研發領域的工作。在這個領域中，創新毫無疑問是至關重要的。對於學生來說，如何參與到這個創新過程中，我認爲教育的作用不可忽視。特別是考慮到生物科技產業高技術門檻的特點，這一領域對教育質量的要求尤爲嚴格。許多時候，學生需要繼續攻讀碩士或博士學位。大學爲這些學生建立起紮實的知識體系，培養學生對技術的熟練掌握和產業前沿的關注非常重要，理大着眼於此做了很多突破性的課程建設。
從這個角度來看，生物科技和新藥研發與電腦編程是有所不同的。我們常常看到，一個高中生能夠透過掌握編程語言，編寫出非常出色的代碼，但在新藥研發領域，這種「奇蹟」幾乎不可能發生。首先，學生需要透過四年的本科教育，深入學習生理學等基礎知識，然後繼續在碩士和博士階段進行更深入的研究。可以說，新藥研發的進入門檻要高得多，這也意味著培養一個合格的人才需要更長的時間。雖然這種高門檻讓這條路顯得漫長，但它也促成了知識與智慧的積累過程。
在這個行業中，如果學生投身於生物科技新藥研發，他們的職業生涯通常會更長。例如，在電腦編程領域，一個程式員可能在三四十歲時可能會被認爲是「過時」的，而在生物醫藥領域，從業人員的經歷非常寶貴，畢竟每一種新藥的開發往往需要十年甚至二十年的時間，這使得我們這個行業的人才可以在漫長的職業生涯中持續積累經驗。
FT中文網：您認爲學術研究與產業界之間的合作應該如何進行，才能更好地推動科技成果的實際應用？
趙燕湘：合作絕對是必要的，尤其是在新藥研發這個領域。新藥研發的週期很長，動輒需要十年甚至更久的時間，還要花費上億美元。這不是一兩家機構能單獨完成的，必須得靠多方力量協同作戰。學術界在早期研究上有優勢，比如研究癌症的機理，找出致癌基因或抑癌基因，並據此鎖定潛在的藥物靶點。這些研究奠定了後續藥物開發的基礎。產業界則有能力將這些研究成果轉化爲實際的藥物開發流程。這個過程不僅需要大量資金和技術投入，還需要產業界在藥物開發和臨牀試驗方面的經驗。就我看來，學術界和產業界在一起合作，互補性很強。
FT中文網：《看不見的女性》的作者卡羅琳•克里亞多•佩雷斯在書中提到，促使她撰寫這本書的原因是醫學上對女性的忽視。她發現，醫學研究常將男性人體視爲性別中立的模型，導致女性多種疾病被誤診，許多治療方法對女性效果不佳。作爲醫療領域的女性領袖，您對培養和激勵更多女性從事科學和醫藥領域有什麼看法？
趙燕湘：我個人認爲，在21世紀的生物科技領域與19世紀或18世紀相比更多依賴思維和實驗，而非體力勞動，因此性別差異的影響相對較小。至於女性疾病治療效果不佳的問題，情況已經大有改善。過去臨牀實驗中男性參與者多於女性，尤其是懷孕期或哺乳期的女性常被排除在外。但現在這種現象已經減少很多。對我來說，選擇從事生物研究領域的原因很簡單，就是透過嘗試不同的學科找到自己感興趣和擅長的。相較於更抽象的數學或物理，生物領域的實用性和直觀性讓我更感興趣，培養細胞和觀察動物讓我覺得很有意思。然後我就依從自己的愛好一直努力堅持下來了。
FT中文網：您在海外求學的背景是否爲公司在國際合作和跨國投資方面帶來了獨特的視角和優勢？
趙燕湘：我大學畢業已經很早了，當時中國的科研活動相對較少，因此出國留學是科研人員的一條必經之路。在美國，我有幸在一些頂尖大學中體驗了非常良好的學術氛圍，這對我的幫助很大。許多人覺得諾貝爾獎非常神祕和遙遠，但實際上，當你與這些學者接觸時，會發現他們和日常見到的老師和研究人員一樣。他們的創新工作主要是由好奇心和探索精神驅動的。對於他們來說，諾貝爾獎似乎只是漫長科研過程中的一種額外獎勵，沒有人是爲了獲得獎項而去做科研的。學生時代的我們也曾在好奇心的驅使下與這些科學家有過溝通，他們都謙虛地說，他們很幸運，僅此而已。
（本文責編 ruoxuan.du@ftchinese.com）