近日，浙江大學黃佳課題組在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制，發(fā)現(xiàn)了昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)中第9個分子靶標——煙酰胺酶。這也是中國學者首次發(fā)現(xiàn)商業(yè)殺蟲劑的分子靶標，并申請了相關發(fā)明專利。該研究獲得了浙江省自然科學基金杰出青年項目等資助。

化學殺蟲劑被廣泛用于控制農(nóng)業(yè)害蟲和病媒昆蟲，是維護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)毒劑會聚在8個已知的分子靶標上，而最近30年只發(fā)現(xiàn)了TRPV離子通道這一個新的靶點。氟啶蟲酰胺于1994年在專利中首次披露并于2003年上市，對蚜蟲等刺吸式口器害蟲具有非常好的防治效果，對蜜蜂和寄生蜂等授粉昆蟲和天敵昆蟲安全。因為其獨特的作用機制，通過干擾昆蟲特有的本體感受器弦音器而導致行為失調，殺蟲劑抗性行動委員會（Insecticide Resistance Action Committee，IRAC）早期把氟啶蟲酰胺和另一個作用機制類似的殺蟲劑吡蚜酮都歸類到第9族，即屬于弦音器調節(jié)劑類殺蟲劑。2015年巴斯夫和哥廷根大學的聯(lián)合團隊發(fā)現(xiàn)吡蚜酮是弦音器上的TRPV離子通道的激動劑，氟啶蟲酰胺隨之被IRAC分到新的第29族，即靶標位點未知的弦音器調節(jié)劑。

氟啶蟲酰胺的作用機制示意圖

通過果蠅行為遺傳學，酶動力學，比較藥理學等一系列實驗，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，氟啶蟲酰胺在蟲體內的代謝產(chǎn)物TFNA-AM通過抑制煙酰胺酶活性導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基因組編輯技術在煙酰胺酶的催化位點引入一個降低對TFNA-AM親和力的點突變，會導致突變體果蠅對氟啶蟲酰胺產(chǎn)生高度抗性，說明煙酰胺酶可能是殺蟲劑在體內發(fā)揮作用的唯一靶標。通過體外重組表達蚜蟲和煙粉虱的煙酰胺酶，發(fā)現(xiàn)其對TFNA-AM相比果蠅更加敏感，從而解釋了為什么氟啶蟲酰胺對蚜蟲等害蟲防治效果更好。蜜蜂的基因組中同時存在兩個煙酰胺酶基因，其中一個對TFNA-AM有較高抗性，這可能是氟啶蟲酰胺對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)學上使用，對人類的副作用很小。