近日，浙江大學(xué)黃佳課題組在Science Advances發(fā)表題為“An insecticide target in mechanoreceptor neurons”的論文，通過揭示殺蟲劑氟啶蟲酰胺的作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)中第9個(gè)分子靶標(biāo)——煙酰胺酶。這也是中國(guó)學(xué)者首次發(fā)現(xiàn)商業(yè)殺蟲劑的分子靶標(biāo)，并申請(qǐng)了相關(guān)發(fā)明專利。該研究獲得了浙江省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目等資助。

化學(xué)殺蟲劑被廣泛用于控制農(nóng)業(yè)害蟲和病媒昆蟲，是維護(hù)糧食安全和人類健康的不可缺少的重要工具。目前占80%以上市場(chǎng)份額的殺蟲劑作用于昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，但是這幾百種神經(jīng)毒劑會(huì)聚在8個(gè)已知的分子靶標(biāo)上，而最近30年只發(fā)現(xiàn)了TRPV離子通道這一個(gè)新的靶點(diǎn)。氟啶蟲酰胺于1994年在專利中首次披露并于2003年上市，對(duì)蚜蟲等刺吸式口器害蟲具有非常好的防治效果，對(duì)蜜蜂和寄生蜂等授粉昆蟲和天敵昆蟲安全。因?yàn)槠洫?dú)特的作用機(jī)制，通過干擾昆蟲特有的本體感受器弦音器而導(dǎo)致行為失調(diào)，殺蟲劑抗性行動(dòng)委員會(huì)（Insecticide Resistance Action Committee，IRAC）早期把氟啶蟲酰胺和另一個(gè)作用機(jī)制類似的殺蟲劑吡蚜酮都?xì)w類到第9族，即屬于弦音器調(diào)節(jié)劑類殺蟲劑。2015年巴斯夫和哥廷根大學(xué)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)吡蚜酮是弦音器上的TRPV離子通道的激動(dòng)劑，氟啶蟲酰胺隨之被IRAC分到新的第29族，即靶標(biāo)位點(diǎn)未知的弦音器調(diào)節(jié)劑。

氟啶蟲酰胺的作用機(jī)制示意圖

通過果蠅行為遺傳學(xué)，酶動(dòng)力學(xué)，比較藥理學(xué)等一系列實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)煙酰胺酶特異性的在果蠅的弦音器神經(jīng)元表達(dá)，氟啶蟲酰胺在蟲體內(nèi)的代謝產(chǎn)物TFNA-AM通過抑制煙酰胺酶活性導(dǎo)致底物煙酰胺的累積，從而過度激活TRPV離子通道，產(chǎn)生中毒癥狀（如上圖所示）。通過CRISPR-Cas9基因組編輯技術(shù)在煙酰胺酶的催化位點(diǎn)引入一個(gè)降低對(duì)TFNA-AM親和力的點(diǎn)突變，會(huì)導(dǎo)致突變體果蠅對(duì)氟啶蟲酰胺產(chǎn)生高度抗性，說明煙酰胺酶可能是殺蟲劑在體內(nèi)發(fā)揮作用的唯一靶標(biāo)。通過體外重組表達(dá)蚜蟲和煙粉虱的煙酰胺酶，發(fā)現(xiàn)其對(duì)TFNA-AM相比果蠅更加敏感，從而解釋了為什么氟啶蟲酰胺對(duì)蚜蟲等害蟲防治效果更好。蜜蜂的基因組中同時(shí)存在兩個(gè)煙酰胺酶基因，其中一個(gè)對(duì)TFNA-AM有較高抗性，這可能是氟啶蟲酰胺對(duì)蜜蜂比較安全的主要原因。煙酰胺酶在線蟲和病原菌中都廣泛存在并具有重要生理功能，而在人類這樣的脊椎動(dòng)物的基因組中不存在編碼煙酰胺酶的基因，意味著TFNA-AM和潛在的煙酰胺酶抑制劑還可以開發(fā)為殺線蟲劑和殺菌劑在農(nóng)業(yè)上使用，也可以開發(fā)為抗寄生蟲藥和抗生素在醫(yī)學(xué)上使用，對(duì)人類的副作用很小。