生物大分子治疗药物通常始于已知序列,需通过靶向编辑来同步提升多项性能指标,同时必须严格满足生化特性和可制造性等硬性约束条件。然而,当前的生成式方法尚无法在离散、长度可变的生物序列空间中,协同支持多目标优化、硬性可行性约束以及序列编辑这三方面需求。本研究提出“帕累托约束型分子编辑”(Pareto-Constrained Molecule Editing,简称 pCoMole)框架:该框架基于离散流匹配(discrete flow matching)构建,可在确保终态可行性的前提下,引导预训练的“编辑流”(Edit Flow)朝向用户指定的偏好方向演化。pCoMole 采用增强型切比雪夫(Tchebycheff)效用函数定义一个“可行性门控的终态分布”,并通过底层编辑过程的 Doob-h 变换,实现由此效用函数所刻画的偏好倾斜。为使该构造具备实际可操作性,我们利用对候选编辑路径进行短程蒙特卡洛 rollout 的方式,近似计算所需的调和函数(harmonic function),从而得到一种高效、可导向的编辑器,并在理论上保证其偏好一致性(preference consistency)。我们通过三类任务验证了 pCoMole 的有效性:一是缩减绿色荧光蛋白(GFP)序列长度,同时维持其荧光相关特性;二是在保持 PAM 识别特异性的前提下,缩短多种 Cas9 同源蛋白;三是将肽类结合剂压缩为短链拟肽(peptidomimetics),在多重硬性约束下同步优化七项与成药性密切相关的性质。在湿实验验证中,两个经 pCoMole 设计、仅含 229 个氨基酸残基的增强型 GFP(eGFP)变体,在 BL21 菌株中经 10 次缺失突变后,仍表现出清晰可见的绿色荧光;其中一例仅含 1 个点突变,另一例含 2 个点突变。综上,pCoMole 首次实现了在离散、长度可变的生物分子序列空间中,兼顾约束意识(constraint-aware)与帕累托最优对齐(Pareto-aligned)的序列编辑能力。

