γ-氨基丁酸門控氯離子通道受體及其靶標(biāo)殺蟲劑

譚海軍

（蘇州艾科爾化工科技有限公司，江蘇昆山 215300）

昆蟲的神經(jīng)-肌肉、生長發(fā)育、呼吸和中腸是殺蟲劑研發(fā)的主要生理學(xué)靶標(biāo)[1]。作為神經(jīng)肌肉突觸間信號(hào)傳遞的重要方式之一，配體門控離子通道（LGIC）在脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物體內(nèi)廣泛存在，并對其維持神經(jīng)系統(tǒng)的正常生理功能和生存起重要作用。破壞LGIC開啟或關(guān)閉的正常狀態(tài)，可使靶標(biāo)昆蟲出現(xiàn)快速的肌肉痙攣、行動(dòng)失調(diào)和麻痹癱瘓等癥狀，停止進(jìn)食直至死亡。然而，哺乳動(dòng)物體內(nèi)LGIC上的受體在生物學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等方面與昆蟲體內(nèi)的存在較大差異，這使得LGIC受體逐漸成為現(xiàn)代殺蟲劑研發(fā)的重要靶標(biāo)資源。其中，以煙堿乙酰膽堿（nACh）、谷氨酸門控氯離子通道（Glu-Cl）和γ-氨基丁酸門控氯離子通道（GABA-Cl）受體為靶標(biāo)研發(fā)的3大類殺蟲劑也隨之成為暢銷全球的重要?dú)⑾x劑品類。

與其他LGIC受體靶標(biāo)殺蟲劑相比，GABA-Cl受體靶標(biāo)殺蟲劑（以下簡稱“GABA-Cl類殺蟲劑”）的開發(fā)和應(yīng)用時(shí)間較早，但發(fā)展較慢。20世紀(jì)中后期以來，林丹、狄氏劑和硫丹等多個(gè)GABA-Cl類殺蟲劑先后得以廣泛地開發(fā)和應(yīng)用，對農(nóng)業(yè)害蟲和傳播疾病蟲媒的防控發(fā)揮了重要的作用。然而，這些殺蟲劑的長期使用也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境安全性和害蟲抗藥性等問題，嚴(yán)重制約了GABA-Cl類殺蟲劑的發(fā)展。

隨著探索開發(fā)具有新穎化學(xué)結(jié)構(gòu)和獨(dú)特作用方式的新品種取得成功，GABA-Cl類殺蟲劑又重新成為了研發(fā)的熱點(diǎn)。氟蟲腈、丁蟲腈、唑蟲酯、nicofluprole、氟噁唑酰胺和溴蟲氟苯蟲酰胺等多個(gè)含有芳基吡唑、異噁唑啉或間苯二酰胺結(jié)構(gòu)的殺蟲劑顯示出了低害蟲抗性風(fēng)險(xiǎn)、高哺乳動(dòng)物安全性和生態(tài)環(huán)境相容性，其開發(fā)和應(yīng)用必將為GABA-Cl類殺蟲劑的發(fā)展注入新的活力，進(jìn)而為害蟲治理提供持續(xù)有效的新工具。本文對GABA-Cl受體及其靶標(biāo)殺蟲劑的研發(fā)情況進(jìn)行總結(jié)，旨在為GABA-Cl類殺蟲劑的研究、開發(fā)和應(yīng)用提供指導(dǎo)。

1 GABA-Cl受體

作為一種重要的動(dòng)物功能性非蛋白質(zhì)氨基酸，γ-氨基丁酸（GABA）在神經(jīng)系統(tǒng)突觸前神經(jīng)元中合成并貯存于突觸小泡中。神經(jīng)元在受到刺激后產(chǎn)生動(dòng)作電位引發(fā)去極化，鈣離子隨之內(nèi)流而促使突觸小泡移向突觸前膜并與之融合，GABA遞質(zhì)以胞吐的方式被釋放，經(jīng)突觸間隙后與突觸后膜上的特異性氯離子通道受體進(jìn)行結(jié)合，引起該受體構(gòu)象的變化和氯離子通道的開啟。在通道門口暴露出來的大量帶正電荷氨基酸殘基的帶動(dòng)下，膜外的氯離子流至通道并順著電位梯度迅速涌入膜內(nèi)，產(chǎn)生膜電位超極化而誘發(fā)抑制性突觸后電位（IPSP），使突觸后神經(jīng)元的興奮性降低而處于保護(hù)性狀態(tài)[2-3]。與乙酰膽堿遞質(zhì)使突觸后膜去極化而引起神經(jīng)元興奮的生理作用相反，GABA對神經(jīng)元傳遞的興奮起抑制作用。

能識(shí)別GABA并與之發(fā)生特異性結(jié)合而介導(dǎo)GABA生物學(xué)功能的受體即為GABA受體。該受體廣泛存在于脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物的中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)中，根據(jù)其藥理特性的不同可分為GABAA、GABAB和GABAC3種類型。其中，GABAB受體為代謝型G蛋白偶聯(lián)二聚體，GABAA受體和GABAC受體為半胱氨酸-環(huán)（Cys-loop）類配體門控離子通道復(fù)合五聚體（圖1），與煙堿乙酰膽堿（nACh）受體、甘氨酸（Gly）受體和5-羥色胺3型（5-HT3）受體具有共同的遺傳起源和相似的氨基酸序列。由于中心為氯離子通道，GABAA受體和GABAC受體又分別被稱為GABAA-Cl受體和GABAC-Cl受體，二者合稱為GABA-Cl受體。在動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)中，GABAA-Cl受體的分布比GABAC-Cl受體的更為廣泛，構(gòu)成前者的亞基種類也更為豐富。以哺乳動(dòng)物為例，構(gòu)成同源或異源GABAA-Cl受體的亞基有16種類型（α1-6、β1-3、γ1-3、δ、ε、π和θ），而構(gòu)成GABAC-Cl受體的亞基僅有3種類型（ρ1-3）[2]。

構(gòu)成GABA-Cl受體的亞基都是4重跨膜功能蛋白，由500個(gè)左右的氨基酸殘基分4個(gè)片段區(qū)域組成[2,4]（圖1）。片段TM1、TM2、TM3和TM4為跨膜區(qū)域，片段TM1-TM2和TM3-TM4為成環(huán)的胞內(nèi)區(qū)域，片段TM1以外延伸的N-端親水長鏈（內(nèi)含由半胱氨酸二硫鍵與中間13個(gè)氨基酸殘基組成的環(huán)）、片段TM4以外延伸的C-端親脂短鏈以及成環(huán)的片段TM2-TM3為胞外區(qū)域。其中，片段TM3-TM4為最長的胞內(nèi)環(huán)，TM1片段上的脯氨酸殘基對該通道的開閉起重要作用，而5個(gè)兩兩靠近亞基上的TM2片段構(gòu)成了氯離子通道的內(nèi)壁。

圖1 GABA門控氯離子通道受體及其構(gòu)成亞基的結(jié)構(gòu)示意圖

與GABA-Cl受體結(jié)合的位點(diǎn)即位于相鄰亞基間或單個(gè)亞基上，如與內(nèi)源性GABA結(jié)合的正構(gòu)位點(diǎn)就位于相鄰亞基的胞外N-端親水長鏈間，與外源性配體結(jié)合的變構(gòu)位點(diǎn)則位于單個(gè)亞基的TM2內(nèi)側(cè)、TM2表面靠氯離子通道內(nèi)、TM1與TM2間或TM1與TM3間的口袋里（圖1）。作為GABA-Cl受體有效的外源性配體，競爭劑在正構(gòu)位點(diǎn)通過與受體更緊密的結(jié)合而抑制內(nèi)源性GABA的結(jié)合，非競爭劑和變構(gòu)調(diào)節(jié)劑則在變構(gòu)位點(diǎn)通過與受體的結(jié)合而改變氯通道開放和關(guān)閉的時(shí)間或頻率（非競爭劑不影響內(nèi)源性GABA與受體的結(jié)合）。從對GABA-Cl受體的作用效果來看，激活劑和拮抗劑（包括反向激活劑）可分別激活和抑制氯離子通道的開啟狀態(tài)，內(nèi)源性GABA可看作是該受體的激活劑。

昆蟲體內(nèi)GABA-Cl受體在結(jié)構(gòu)和功能上與脊椎動(dòng)物體內(nèi)的存在較多的相似性，但二者亞基的構(gòu)成種類不同，生理學(xué)和藥理學(xué)等方面也存在較大的差異[4-7]。構(gòu)成黑腹果蠅等昆蟲GABA-Cl受體的亞基僅有抗狄氏劑受體亞基（RDL）、GABAA/Gly受體樣受體亞基（GRD）以及配體門控氯離子通道同源3型受體亞基（LCCH3）3種類型，遠(yuǎn)少于哺乳動(dòng)物的19種。昆蟲的RDL與脊椎動(dòng)物GABA-Cl受體亞基的基因序列相似性僅為30%～38%，由RDL構(gòu)成的受體與哺乳動(dòng)物GABAA-Cl受體對拮抗劑荷包牡丹堿（bicuculline）的敏感性相反（前者不敏感而后者敏感）[6]。這些都使得基于GABA-Cl受體靶標(biāo)開發(fā)具有廣譜殺蟲活性和較高選擇安全性特點(diǎn)的新型殺蟲劑成為可能。

2 GABA-Cl受體靶標(biāo)殺蟲劑

以昆蟲GABA-Cl受體為分子靶標(biāo)，對作用于正構(gòu)位點(diǎn)和變構(gòu)位點(diǎn)的外源性配體的研究使得多種具有不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的GABA-Cl類殺蟲劑得以開發(fā)。特異性放射配體結(jié)合、抗藥性物種、定點(diǎn)誘變和分子建模等研究試驗(yàn)結(jié)果[8-9]表明，這些GABA-Cl類殺蟲劑主要作用于5種不同的靶標(biāo)位點(diǎn)，即2個(gè)非競爭性拮抗劑（NCA）類靶標(biāo)位點(diǎn)NCA-A和NCA-B，3個(gè)變構(gòu)調(diào)節(jié)劑（AM）類靶標(biāo)位點(diǎn)AM1、AM2和AM3。相關(guān)殺蟲劑及其分類見表1。

表1 GABA-Cl類殺蟲劑及其分類

研究表明[1,8-11]，作用于不同靶標(biāo)位點(diǎn)的GABA-Cl類殺蟲劑的分子大小和生理化學(xué)性質(zhì)差異較大。其中，分子大小按NCA-B＜NCA-A＜AM1＜ AM2/AM3（分別代表相應(yīng)類別的殺蟲劑）依次遞增，NCA-A與受體的結(jié)合可被AM1和AM2抑制，AM1與受體的結(jié)合可被AM2抑制而被NCA-A加強(qiáng)（但異噁唑啉類殺蟲劑與受體的結(jié)合不受NCA-A的影響或受影響較?。珹M2與受體的結(jié)合可被AM1抑制但不受NCA-A的影響，NCA-A和AM2與受體的結(jié)合均不受AM3的影響。此外，Glu-Cl受體、nACh受體和Gly受體對上述GABA-Cl類殺蟲劑也具有一定的敏感性，但低于GABA-Cl受體的[4,12]。Glu-Cl受體和nACh受體比GABA-Cl受體分別對AM2[13]和AM3[9]更敏感，說明大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑的主要作用靶標(biāo)并非為GABA-Cl受體。由于苦毒寧、TBPS和EBOB一般用作放射性配體試驗(yàn)，林丹、毒殺芬、狄氏劑、氯丹、硫丹和毒鼠強(qiáng)等均也因環(huán)境持久性和生物累積性等問題被禁用，以下僅對芳基吡唑類、異噁唑啉類和間苯二酰胺類殺蟲劑進(jìn)行總結(jié)。

2.1 芳基吡唑類殺蟲劑

2.1.1 研發(fā)背景及現(xiàn)狀

芳基吡唑類殺蟲劑源于拜耳公司（Bayer）及羅納-普朗克公司（Rh?ne-Poulenc）對原卟啉原氧化酶（PPO）起抑制作用除草劑的研究。作為第一個(gè)商業(yè)化的芳基吡唑類殺蟲劑，氟蟲腈（代號(hào)RPA-030、MB46030）[14]由羅納-普朗克公司最先開發(fā)并于1993年投放市場，后又在2003年被剝離給巴斯夫公司（BASF），被廣泛用于農(nóng)業(yè)和非農(nóng)領(lǐng)域害蟲防治。法國梅里亞公司（Merial，后被德國勃林格殷格翰公司Boehringer Ingelheim收購）還將其作為動(dòng)物保健藥進(jìn)行了開發(fā)。在2005至2006年間，拜耳公司和諾華公司（Novartis）先后推出了新品種乙蟲腈（代號(hào)RAP-107382）[15]和pyriprole（代號(hào)V3086）[16]，分別用作水稻殺蟲劑和動(dòng)物殺外寄生蟲藥，后來pyriprole還被用于木材和土壤中的白蟻防治。近年來，以氟蟲腈為先導(dǎo)化合物自主創(chuàng)制的丁蟲腈[17]和唑蟲酯[18]在農(nóng)業(yè)上也得到了開發(fā)和應(yīng)用，其中丁蟲腈已在中國和越南等國登記上市。然而，由拜耳公司和日本三菱公司（Mitsubishi）開發(fā)的另外3個(gè)含硫的殺蟲劑氟吡唑蟲（代號(hào)RPA-098231）[19]、乙酰蟲腈（代號(hào)RAP-115782）[20]和pyrafluprole（代號(hào)V3039）[21]一直未見商業(yè)化開發(fā)，由拜耳公司新開發(fā)的2個(gè)不含硫的殺蟲劑替戈拉納（代號(hào)BCS-CW88522、BAY 1272858）[22]和nicofluprole （代號(hào)BCS-CY39089）[23]也鮮見研究報(bào)道。上述10個(gè)芳基吡唑類殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 芳基吡唑類殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.1.2 化學(xué)合成

氟蟲腈、氟吡唑蟲、乙蟲腈、pyrafluprole、pyriprole、乙酰蟲腈和丁蟲腈都可以1-（4-三氟甲基-2,6-二氯苯基）-3-氰基-5-氨基吡唑（a2）為原料采用相似的策略合成[14-17,19-21,24]（圖3）。唑蟲酯可由氟蟲腈的中間體3-氰基-5-氨基-1H-吡唑（b1）[18]或氟蟲腈[25]來合成，丁蟲腈也可直接由氟蟲腈合成（圖4）。替戈拉納和nicofluprole的吡唑環(huán)與苯環(huán)或吡啶環(huán)直接相連，可通過鹵代烴與硼烷或硼酸（酯）的偶聯(lián)反應(yīng)[22-23,26]來合成（圖5）。

圖3 7種芳基吡唑類殺蟲劑的化學(xué)合成

圖4 唑蟲酯和丁蟲腈的化學(xué)合成

圖5 替戈拉納和nicofluprole的化學(xué)合成

2.1.3 作用機(jī)制

芳基吡唑類殺蟲劑可同時(shí)作用于昆蟲神經(jīng)系統(tǒng)GABA-Cl受體、Glu-Cl受體和甘氨酸門控氯離子通道（Gly-Cl）受體[27-28]，有效地阻斷介導(dǎo)抑制性神經(jīng)傳遞的氯離子流，從而引起昆蟲的過度興奮、抽搐和死亡。由于哺乳動(dòng)物體內(nèi)缺少Glu-Cl受體，且其GABA-Cl受體與昆蟲體內(nèi)的存在較大差異，芳基吡唑類殺蟲劑對昆蟲表現(xiàn)出了更高的選擇毒性。在進(jìn)入昆蟲體內(nèi)后，該類殺蟲劑經(jīng)細(xì)胞色素P450酶系氧化得到的代謝產(chǎn)物砜對GABA-Cl受體、脫敏型和非脫敏型Glu-Cl受體（脫敏型Glu-Cl受體需要預(yù)先激活）也具有拮抗作用，重復(fù)激活Glu-Cl受體還可加強(qiáng)其作用效果[29]。乙蟲腈單一對映體及其外消旋體與GABA-Cl受體的結(jié)合無顯著差異，但在昆蟲體內(nèi)的活性卻存在差異[30]，這可能與其代謝差異等因素有關(guān)。

根據(jù)國際殺蟲劑抗性行動(dòng)委員會(huì)（IRAC）的分組[1]，芳基吡唑類殺蟲劑主要為GABA-Cl受體非競爭性拮抗劑，其作用位點(diǎn)與狄氏劑和硫丹等多氯環(huán)烷烴和環(huán)戊二烯類殺蟲劑的不同。丁蟲腈和唑蟲酯對氟蟲腈產(chǎn)生抗藥性的褐飛虱[31]、小菜蛾、甜菜夜蛾、小猿葉甲（Phaedon brassicae）和黃條跳甲[34]也有效，這說明它們對受體的作用位點(diǎn)和結(jié)合方式等與氟蟲腈的不同。對抗性的微小牛蜱（Rhipicephalus microplus）的生測結(jié)果[22-23]也說明，替戈拉納和nicofluprole可能存在新的作用方式。

2.1.4 生物活性

芳基吡唑類殺蟲劑一般以觸殺和胃毒作用為主，氟蟲腈、乙蟲腈和丁蟲腈等還兼具一定的內(nèi)吸活性，對白蟻等害蟲沒有趨避作用。該類殺蟲劑對鱗翅目、半翅目、鞘翅目、雙翅目、纓翅目、直翅目、蜚蠊目、等翅目、膜翅目和蜱螨目等多種類別的害蟲以及線蟲具有廣譜活性，對低齡幼蟲活性優(yōu)于高齡的，廣泛用于多種行栽和特種作物種植、谷物貯藏，以及公共衛(wèi)生和動(dòng)物保健等非農(nóng)用領(lǐng)域。然而，各品種之間的生物活性又呈現(xiàn)出一定差異。氟蟲腈對蚜蟲、葉蟬、蒼蠅、白蟻，以及鱗翅目幼蟲和鞘翅目等害蟲具有很高的殺蟲活性[24,33]。乙蟲腈對鱗翅目害蟲的活性不如氟蟲腈，但在植物體內(nèi)的高內(nèi)吸傳導(dǎo)性加強(qiáng)了對蝽類害蟲的活性[24,33]。乙酰蟲腈對南方根結(jié)線蟲（劑量10 g/kg土壤）、棉蚜、麥二叉蚜和家蠅的生物活性較好[20]。氟吡唑蟲對煙青蟲、亞熱帶黏蟲（Spodoptera eridania）、墨西哥豆瓢蟲（Epilachna varivestis）和家蠅等害蟲具有廣譜活性[19]。Pyrafluprole和pyriprole可用于蚜蟲、褐飛虱、綠豆象、斜紋夜蛾和小菜蛾等農(nóng)業(yè)害蟲防治[24]。丁蟲腈對菜青蟲和二化螟的生物活性與氟蟲腈大致相當(dāng)，但對桃蚜和二斑葉螨無效[24]。唑蟲酯在質(zhì)量濃度100～500 mg/L時(shí)噴灑或飼喂對小菜蛾、甜菜夜蛾、豆蚜、紅火蟻、小猿葉甲、黃條跳甲和草地貪夜蛾等的防效在90%以上[18,34-35]。替戈拉納[22]和nicofluprole[23]在質(zhì)量濃度100～500 mg/L時(shí)對桃蚜、辣根猿葉甲（P. cochleariae）、草地貪夜蛾、銅綠蠅（Lucilia cuprina）、家蠅和二斑葉螨等多種害蟲具有優(yōu)異的殺蟲活性。

在動(dòng)物保健方面，替戈拉納[22]和nicofluprole[23]按劑量5 μg/cm2或5 μg/動(dòng)物或100 mg/L飼喂、注射或噴灑對貓櫛頭蚤（Ctenocephalides felis）、希伯來花蜱（Amblyomma hebraeum）、紅扇頭蜱（R. sanguineus）和微小牛蜱等體外寄生害蟲具有優(yōu)異的成蟲殺滅作用和卵孵化抑制活性。Pyriprole以濃度12.5 mg/kg施用1次可在30 d內(nèi)控制狗身上寄生的貓櫛頭蚤[32]、蓖 麻 硬 蜱（Ixodes ricinus）、網(wǎng)紋 革蜱（Dermacentor reticulatus）和紅扇頭蜱[36]，以及兔子外寄生螨蟲羊癢螨（Psoroptes ovis）和駝背螨（Leporacarus gibbus）[37]，并有效緩解由其引起的皮膚病。

對于存在立體異構(gòu)的殺蟲劑，氟蟲腈[38]和乙蟲腈[30]分別對小菜蛾、棉紅蝽（Dysdercus cingulatus）、谷象、家蠅、褐飛虱、豌豆蚜蟲（Acyrthosiphon pisum）等害蟲無顯著的立體選擇活性差異，而唑蟲酯4個(gè)對映異構(gòu)體的殺蟲活性則有所不同[34]。

2.1.5 安全性

芳基吡唑類殺蟲劑對哺乳動(dòng)物、蚯蚓、家蠶、鳥類、魚類、捕食性天敵和作物等非靶標(biāo)生物相對安全，但對傳粉昆蟲和水生生物存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。氟蟲腈對大型溞和藻類等水生生物和蜜蜂具有高風(fēng)險(xiǎn)，對魚類、鳥類和哺乳動(dòng)物還存在一定的毒性，在水和土壤中降解也較慢[24,33]，現(xiàn)在中國已被限用作衛(wèi)生殺蟲劑和種子包衣處理劑。Pyriprole對哺乳動(dòng)物和水中生物也存在不同程度的毒性[24]。乙蟲腈大大提高了對哺乳動(dòng)物安全性和在環(huán)境中的降解速率，丁蟲腈對哺乳動(dòng)物、魚類、鳥類和家蠶均低毒，然而它們都還是對家蠶、蜜蜂和赤眼蜂等存在中到高風(fēng)險(xiǎn)[24,30,33,39]，乙蟲腈由于難被土壤吸附而對水生生物產(chǎn)生的影響也值得注意。新開發(fā)的唑蟲酯對蜜蜂和斑馬魚的毒性較低[34]，乙酰蟲腈[20]、替戈拉納[22]和nicofluprole[23]對哺乳動(dòng)物安全。此外，氟蟲腈[40]和乙蟲腈[39]對蜜蜂等非靶標(biāo)生物無立體選擇毒性差異，無法通過手性拆分來降低其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 異噁唑啉類殺蟲劑

2.2.1 研發(fā)背景與現(xiàn)狀

異噁唑啉類殺蟲劑是在研究雙酰胺類殺蟲劑過程中發(fā)現(xiàn)的，但其作用靶標(biāo)卻并非魚尼丁受體，而是抑制GABA誘導(dǎo)的氯離子流[12]。氟噁唑酰胺（代號(hào)NC-515、A253）[41]是日產(chǎn)公司（Nissan）開發(fā)的第一個(gè)異噁唑啉類殺蟲劑品種，但其在韓國、日本和美國等國的登記（商品名Gracia?）直到2018年才獲批，現(xiàn)已用于蔬菜、果樹、棉花和茶樹等作物的薊馬、粉虱、潛葉蠅、甲蟲和螨蟲等害蟲防治。第一個(gè)真正商業(yè)化的異噁唑啉類殺蟲劑為阿福拉納[42]，由法國梅里亞公司開發(fā)并由德國勃林格殷格翰公司將其作為動(dòng)物殺外寄生蟲藥在美國FDA登記。后來，由默克公司（Merck）、禮來動(dòng)保公司（Elanco）和碩騰動(dòng)保公司（Zoetis）分別開發(fā)的氟雷拉納（代號(hào)A1443）[43]、洛替拉納[44]和沙羅拉納（代號(hào)PF-06450567）[45]也獲得了美國FDA的登記批準(zhǔn)。這些異噁唑啉類殺外寄生蟲劑一般被制成咀嚼片劑或外用液，用于殺死貓和狗身上的貓櫛頭蚤，同時(shí)預(yù)防、治療或控制蚤類和蜱類外寄生蟲的感染及由其直接引起或媒介傳播的疾病，具有優(yōu)異的廣譜性、速效性、持效性（1～2 m）、安全性和便捷性。在此之前，先正達(dá)公司（Syngenta）還研制出了新殺蟲劑異噁唑蟲酰胺（代號(hào)SYN547407）[46]，于2013年開始在巴西、烏克蘭、印度和印度尼西亞等國開展制劑0.01% RB、0.05% RB和100 g/L DC等在農(nóng)業(yè)害蟲防治上的試驗(yàn)研究。此外，阿福拉納的（S）-對映異構(gòu)體艾司索拉納也正在開發(fā)之中。上述7個(gè)異噁唑啉類殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 7個(gè)異噁唑啉類殺蟲劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.2.2 化學(xué)合成

氟噁唑酰胺[41]、氟雷拉納[43,47]和異噁唑蟲酰胺[46]、阿福拉納[42]和沙羅拉納[45,48]分別可以3-甲基-4-溴苯甲醛、4-溴-1-萘甲醛或3-溴-4-碘苯甲醛（d1）為原料采取相似的策略來合成（圖7），洛替拉納[44]可以1-（4-甲基-5-溴-2-噻吩）乙酮（e1）或4-甲基-5-溴-2-噻吩甲醛（e4）為原料采用不同的環(huán)合次序策略來合成（圖8）。艾司索拉納、洛替拉納和沙羅拉納等手性異構(gòu)體（f6）可由外消旋體進(jìn)行手性分離得到，或直接進(jìn)行不對稱合成[49-50]來制備（圖9）。

圖7 異噁唑啉類殺蟲劑的化學(xué)合成

圖8 洛替拉納的化學(xué)合成

圖9 （S）-異噁唑啉類殺蟲劑的化學(xué)合成

2.2.3 作用機(jī)制

異噁唑啉類殺蟲劑主要作用靶標(biāo)為GABA-Cl受體[1]，但其作用位點(diǎn)和作用方式等與NCA存在差異，與狄氏劑、氟蟲腈等環(huán)戊二烯類和芳基吡唑類殺蟲劑不存在或存在較低的交互抗性。低濃度的阿福拉納[48]、氟雷拉納[51]、洛替拉納[52]和沙羅拉納[53]即可有效抑制果蠅和貓櫛頭蚤等靶標(biāo)害蟲體內(nèi)GAGA誘導(dǎo)的氯離子流，且各自對敏感品系和抗狄氏劑品系的抑制效果相近。氟雷拉納[54]和氟噁唑酰胺[55]對抗氟蟲腈的灰飛虱和二斑葉螨等害蟲也有效。在無脊椎動(dòng)物體內(nèi)，氟雷拉納[51,56]和洛替拉納[52]對RDL構(gòu)成的GABA-Cl受體的作用高于苦毒寧、狄氏劑和氟蟲腈的。在家蠅體內(nèi)，氟雷拉納與靶標(biāo)受體的結(jié)合對阿維菌素敏感而對氟蟲腈、硫丹和狄氏劑不敏感[7,11,47]，這說明氟雷拉納的靶標(biāo)作用位點(diǎn)與氟蟲腈、硫丹和狄氏劑不同，可能與阿維菌素存在重疊。分子配體模擬結(jié)果顯示，氟噁唑酰胺的作用位點(diǎn)位于GABA-Cl亞基跨膜區(qū)域TM2的表面（圖1），而阿維菌素等大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑的作用位點(diǎn)則位于Glu-Cl的外部[57]。

電生理學(xué)研究表明，氟雷拉納和氟噁唑酰胺都可阻滯家蠅和微小牛蜱體內(nèi)GABA和谷氨酸誘導(dǎo)的氯離子流，但GABA-Cl受體的敏感性是Glu-Cl受體的15～115倍左右[51,55-56]。GABA-Cl受體亞基TM3上的L315堿基突變后會(huì)顯著提高氟雷拉納對Glu-Cl受體的抑制活性，但會(huì)消除電流激活和增強(qiáng)效應(yīng)[58]。然而，與對節(jié)肢動(dòng)物的作用相比，氟噁唑酰胺對鼠GABA-Cl受體和人Gly-Cl受體的拮抗作用幾乎微不足道[55]。

2.2.4 生物活性

異噁唑啉類殺蟲劑具有高靶向活性，對小菜蛾、斜紋夜蛾、甜菜夜蛾、茶長卷蛾（Homona magnanima）、棉鈴蟲、桃小食心蟲、草地貪夜蛾、西花薊馬、棕櫚薊馬、日本二星蝽（Eysarcoris lewisi）、稻褐飛虱、桃蚜、銀葉粉虱、日本臀紋粉蚧（Planococcus kraunhiae）、煙粉虱、玉米蠟蟬（Peregrinus maidis）、黃守瓜（Aulacophora femoralis）、馬鈴薯葉甲（Empoasca fabae）、三葉草斑潛蠅（Liriomyza trifolii）、二點(diǎn)斑葉螨、埃及伊蚊和銅綠蠅、側(cè)多食跗線螨（Polyphagotarsonemus latus）和桔刺皮節(jié)蜱（Aculops pelekassi）等多種靶標(biāo)害蟲的卵、幼（若）蟲和成蟲均有較高生物活性。其中，氟雷拉納對貓櫛頭蚤、微小牛蜱和紅扇頭蜱雌成蟲、非洲鈍緣蜱（Ornithodoros moubata）若蟲等動(dòng)物外寄生蟲的生物活性優(yōu)于氟蟲腈、狄氏劑、吡蟲啉和溴氰菊酯的[56]，對外寄生蜱蟲的殺蟲活性優(yōu)于跳蚤的[51]。阿福拉納在質(zhì)量濃度50 mg/L時(shí)對小菜蛾幼蟲、草地貪夜蛾若蟲、馬鈴薯葉甲和西花薊馬成蟲殺死率（6 d）不低于80%，按劑量2.5 mg/kg單次口服對狗身上的貓櫛頭蚤和美洲狗蜱等外寄生蟲30 d左右的防效達(dá)到90%以上[42,59]。沙羅拉納對貓櫛頭蚤、軟蜱（Ornithidorus turicata）和西方角蠅（Haematobia irritans）等外寄生蟲具有超高生物活性[45]，按劑量1.25～5 mg/kg的單次口服對貓櫛頭蚤、紅扇頭蜱、蓖麻硬蜱和網(wǎng)紋革蜱等多種蚤蜱28～30 d內(nèi)的穩(wěn)定防效達(dá)到99%以上，優(yōu)于氟雷拉納和阿福拉納的[48,53]。洛替拉納對黑腹果蠅、鮭魚虱（Lepeophtheirus salmonis）和微小牛蜱的生物活性與氟蟲腈相當(dāng)[52]，其外消旋體對貓櫛頭蚤和紅扇頭蜱灌胃或噴灑的EC90≤100 mg/kg[44]。異噁唑蟲酰胺在質(zhì)量濃度200 mg/L時(shí)對海灰翅夜蛾（Spodoptera littoralis）、小菜蛾、玉米根蟲（Diabrotica balteata）、美洲煙夜蛾（Heliothis virescen）、桃蚜、蔥薊馬和二點(diǎn)斑葉螨等害蟲的殺死率不低于80%[46]。此外，異噁唑啉類殺蟲劑具有較高的生物利用率和蛋白結(jié)合率，如沙羅拉納用后1 d在動(dòng)物體內(nèi)的濃度達(dá)到最高值[53]，外寄生害蟲在2～72 h被麻痹、擊倒，停止進(jìn)食直至死亡[45]。然而，由于接觸活性低、效力中等且作用較慢[60]，氟雷拉納并不適合用作蚊蟲等媒介控制。

異噁唑啉類殺蟲劑的主要活性成分為（S）-對映體，而（R）-對映體多無殺蟲活性或活性相對較低[41,51-52]，異噁唑蟲酰胺以（5S,4R）-對映體的活性最高[46]。以氟噁唑酰胺[57]和沙羅拉納[45,48]為例，其對小菜蛾、甜菜夜蛾、棉蚜、朱砂葉螨、貓櫛頭蚤和軟蜱的殺蟲活性都按（R）-對映體＜外消旋體＜（S）-對映體的順序依次遞增。這可能與活性異構(gòu)體更利于與靶標(biāo)蛋白結(jié)合的高疏水（親脂）性，以及與靶標(biāo)受體殘基作用的強(qiáng)范德華力和靜電（如氫鍵和陽離子-π作用等）有關(guān)[57]。對于甜菜夜蛾、桃小食心蟲、桔刺皮節(jié)蜱、貓櫛頭蚤、美洲犬蜱、德國小蠊和家蠅等靶標(biāo)害蟲，氟噁唑酰胺的（Z）-式異構(gòu)體顯示出了比（E）-式異構(gòu)體更高的殺蟲活性[41]。與多異構(gòu)體混合物相比，活性異構(gòu)體可以更大限度地減少脫靶效應(yīng)。

2.2.5 安全性

異噁唑啉類殺蟲劑對貓和狗等哺乳動(dòng)物相對安全，但有可能引起一些動(dòng)物的肌顫、運(yùn)動(dòng)失調(diào)和癲癇等神經(jīng)系統(tǒng)不良反應(yīng)，同時(shí)對蜜蜂等有益昆蟲可能存在一定的毒性。氟雷拉納與家蠅和蜜蜂體內(nèi)GABA-Cl受體結(jié)合的親和力相近，大于鼠和人等哺乳動(dòng)物的[51,56]，而與哺乳動(dòng)物受體結(jié)合的親和力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氟蟲腈和環(huán)氧七氯的[11]。阿福拉納[44]、洛替拉納[52]和沙羅拉納[53]對哺乳動(dòng)物安全，洛替拉納在濃度高達(dá)10 μM時(shí)也對狗的GABAA-Cl受體無活性，沙羅拉納按口服劑量的數(shù)倍到數(shù)十倍（20 mg/kg）也對狗的健康無不利影響。

氟噁唑酰胺對哺乳動(dòng)物低毒，對鳥類、魚類、水生甲殼、底棲生物和藻類等均為低毒，但對蜜蜂和家蠶存在急性經(jīng)口毒性[61]。雖然氟噁唑酰胺對蜜蜂的急性接觸毒性按（R）-對映體＜（S）-對映體＜外消旋體順序依次降低，但其（S）-對映體對蜜蜂還是存在一定的毒性[57]。

2.3 間苯二酰胺類殺蟲劑

2.3.1 研發(fā)背景與現(xiàn)狀

間苯二酰胺類殺蟲劑也是在研究雙酰胺類殺蟲劑的過程中偶然發(fā)現(xiàn)的，其特征結(jié)構(gòu)與雙酰胺類殺蟲劑的相似但作用機(jī)制不同（因而也常常被歸入雙酰胺類殺蟲劑）[62-64]，目前已有溴蟲氟苯雙酰胺（代號(hào)MCI-8007、MIE-1209FL）和環(huán)丙氟蟲胺（代號(hào)CAC-I-785） 2個(gè)品種得到了開發(fā)。其中，溴蟲氟苯雙酰胺[65]是日本三井農(nóng)業(yè)化學(xué)公司（Mitsui）以氟苯蟲酰胺先導(dǎo)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到的首個(gè)間苯二酰胺類殺蟲劑，可用于公共衛(wèi)生及蔬菜、豆類和土豆等作物的蒼蠅、白蟻、螞蟻、蜚蠊、斜紋夜蛾、棉鈴蟲、草地貪夜蛾、菜心螟、小菜蛾和黃條跳甲等害蟲防治。巴斯夫公司最先于2019年在澳大利亞取得該產(chǎn)品的衛(wèi)生殺蟲劑登記，隨后還獲得中國和日本等國的農(nóng)藥登記，而在美國、巴西、加拿大、墨西哥、印度和澳大利亞等國的登記也在進(jìn)行之中。環(huán)丙氟蟲胺[66]是將環(huán)丙甲基引入先導(dǎo)化合物溴蟲氟苯雙酰胺得到的自主創(chuàng)制品種，對水稻、玉米、棉花、大豆、果樹和蔬菜等作物的鱗翅目類敏感及抗性害蟲具有較高殺蟲活性。目前，該品種已成為與先正達(dá)公司戰(zhàn)略合作的重磅產(chǎn)品，在中國的農(nóng)藥登記也正在進(jìn)行之中。間苯二酰胺類殺蟲劑兼具良好的速效性與持效性，對現(xiàn)有品種無交互抗性，成為了當(dāng)前研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，具有非常廣闊的市場前景。溴蟲氟苯雙酰胺和環(huán)丙氟蟲胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖10。

圖10 溴蟲氟苯雙酰胺和環(huán)丙氟蟲胺的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2.3.2 化學(xué)合成

溴蟲氟苯雙酰胺和環(huán)丙氟蟲胺可由6-三氟甲基-4-七氟異丙基-2-溴-苯胺（g2）分別直接與2-氟-3-（N-甲基苯甲酰氨基）苯甲酰氯（g3-1）[65,67]和2-氟-3-[4′-氟-N-（環(huán)丙基甲基）苯甲酰氨基]苯甲酰氯（g3-2）[66]發(fā)生酰胺化得到，或先后經(jīng)酰胺化、氟取代、硝基還原、烷基化和酰胺化得到（圖11）。

圖11 溴蟲氟苯雙酰胺和環(huán)丙氟蟲胺的化學(xué)合成

2.3.3 作用機(jī)制

溴蟲氟苯雙酰胺為前體殺蟲劑，在靶標(biāo)害蟲體內(nèi)代謝活化為脫甲基化合物mDA-7而發(fā)揮作用[68]。與氟噁唑酰胺等異噁唑啉類殺蟲劑相同，溴蟲氟苯雙酰胺也為GABA-Cl受體變構(gòu)調(diào)節(jié)劑[1]。從化學(xué)結(jié)構(gòu)、中毒癥狀、殺蟲譜和交互抗性等方面的相似性可以推測，環(huán)丙氟蟲胺的作用機(jī)制與溴蟲氟苯雙酰胺相同。

間苯二酰胺類殺蟲劑對GABA-Cl受體的抑制活性與昆蟲RDL亞基TM2上A2′和T6′是否發(fā)生突變無關(guān)，但與TM3上純合而非雜合突變的G336 （斜紋夜蛾的等效位點(diǎn)為G319）及其附近TM1上的I277和L281的突變相關(guān)[68-69]，這與氟蟲腈、苦毒寧、狄氏劑、硫丹和林丹等傳統(tǒng)NCA的剛好相反。分子模型研究[68-70]結(jié)果表明：與NCA和GABA-Cl受體激活劑依托咪酯（etomidate）分別位于離子通道內(nèi)部和亞基跨膜片段內(nèi)部口袋里的結(jié)合位點(diǎn)不同，間苯二酰胺類殺蟲劑與受體的結(jié)合位點(diǎn)可能位于RDL構(gòu)成的受體G336或附近亞基跨膜區(qū)域TM1-TM3間的口袋里。間苯二酰胺類殺蟲劑似乎與大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑在GABAA-Cl受體上的作用位點(diǎn)存在重疊，但二者與該受體的結(jié)合方式不同，受亞基TM1上的I277F和L281C、TM3上的V340Q和V340N以及TM2上的A2′的突變的影響也不同，同時(shí)對Glu-Cl受體的作用效果也相差較大[70-71]。GABA-Cl在關(guān)閉狀態(tài)下有利于與間苯二酰胺類殺蟲劑的結(jié)合，反之則有利于與大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲劑的結(jié)合。

哺乳動(dòng)物GABAA-Cl受體中只有π亞基上存在果蠅G336的等效甘氨酸殘基，間苯二酰胺類殺蟲劑與其靶標(biāo)位點(diǎn)結(jié)合的特異性低于氟蟲腈，因而對哺乳動(dòng)物具有更高的安全性[68,72]。

2.3.4 生物活性

間苯二酰胺類殺蟲劑對鱗翅目、鞘翅目、纓翅目、雙翅目、等翅目、膜翅目和蜚蠊目等多種類別害蟲具有廣譜生物活性，與新煙堿類、有機(jī)磷、氨基甲酸酯、沙蠶毒素類殺蟲劑，以及三唑類和甲氧基丙烯酸酯殺菌劑等復(fù)配預(yù)混或桶混具有增效或相加作用。溴蟲氟苯雙酰胺在質(zhì)量濃度1～100 mg/L時(shí)對斜紋夜蛾、小菜蛾、茶小卷葉蛾（Adoxophyes honmai）、茶長卷蛾、棉鈴蟲、水稻灰飛虱、棕櫚薊馬、家蠅、德國小蠊和臺(tái)灣乳白蟻（Coptotermes formosanus）等具有很高的殺蟲活性[65,73]，對小菜蛾的殺蟲活性與氯蟲苯甲酰胺大致相當(dāng)[74]。環(huán)丙氟蟲胺對小菜蛾、黏蟲、二化螟、稻縱卷葉螟、斜紋夜蛾和甜菜夜蛾等的殺蟲活性也很突出，對二化螟的LC50（3 d）為0.453 mg/L，顯著優(yōu)于阿維菌素、氯蟲苯甲酰胺和甲氧蟲酰肼[75-77]。田間試驗(yàn)表明[75]，10%環(huán)丙氟蟲胺SC按有效成分15～60 g/hm2施用對二化螟和稻縱卷葉螟藥后20～21 d的防效達(dá)到92%以上，對小菜蛾藥后10 d的防效達(dá)到98%以上。

特別地，溴蟲氟苯雙酰胺對氯蟲苯甲酰胺和甲維鹽產(chǎn)生抗性的棉鈴蟲和甜菜夜蛾也有效[78]，環(huán)丙氟蟲胺對抗性二化螟的防效顯著優(yōu)于阿維菌素、氯蟲苯甲酰胺和蟲螨腈的[75]。

2.3.5 安全性

間苯二酰胺類殺蟲劑對靶標(biāo)害蟲具有較高的選擇活性，對哺乳動(dòng)物等非靶標(biāo)生物相對安全。溴蟲氟苯雙酰胺對大型溞和藻類中毒，對魚類高毒[79]。環(huán)丙氟蟲胺對哺乳動(dòng)物和斑馬魚、泥鰍、羊角月牙藻、大型溞、小龍蝦和中華絨鰲蟹等非靶標(biāo)生物（包含作物）的安全性相對較高[75]。

3 總結(jié)與展望

作為一種重要的內(nèi)源性神經(jīng)元遞質(zhì)，GABA通過與GABA-Cl受體進(jìn)行特異性結(jié)合而誘導(dǎo)快速的氯離子流，在神經(jīng)興奮的傳遞中起抑制性保護(hù)作用。GABA-Cl受體廣泛存在于脊椎動(dòng)物和無脊椎動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)中，不同種類昆蟲的GABA-Cl受體亞基間的同源性高、與哺乳動(dòng)物的存在較大差異，使得該受體成為殺蟲劑研發(fā)的理想靶標(biāo)。由此開發(fā)的GABA-Cl類殺蟲劑對鱗翅目、鞘翅目、半翅目、纓翅目、雙翅目、蜚蠊目、等翅目、膜翅目和蜱螨目等類別害蟲具有廣譜的高選擇活性。不同化學(xué)結(jié)構(gòu)類別的殺蟲劑在GABA-Cl受體作用位點(diǎn)和作用方式等方面存在差異，相互間的交互抗性風(fēng)險(xiǎn)較低。

新型芳基吡唑類、異噁唑啉類和間苯二酰胺類殺蟲劑具有更低的哺乳動(dòng)物毒性和更高的環(huán)境生態(tài)安全性，其在農(nóng)業(yè)和動(dòng)物保健等領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用，可填補(bǔ)由林丹、狄氏劑和硫丹等高風(fēng)險(xiǎn)殺蟲劑禁用所帶來的空缺，為害蟲抗性治理和綜合防治提供持續(xù)有效的新工具。未來，可加強(qiáng)這些新型殺蟲劑在小菜蛾、薊馬、果實(shí)蠅和線蟲等頑固性和耐藥性農(nóng)業(yè)害蟲防治方面的應(yīng)用研究和推廣。然而，不容忽視的是，它們還是對傳粉昆蟲和大型溞等無脊椎動(dòng)物具有較高毒性，對有益天敵昆蟲也存在一定影響，應(yīng)加強(qiáng)研究并采取技術(shù)性措施加以控制。一方面，可通過開發(fā)具有協(xié)同增效作用的復(fù)配制劑或桶混組合、使用科學(xué)的用藥規(guī)范和綜合防治技術(shù)，降低該類殺蟲劑的施用劑量，減輕或避免對有益生物和人類環(huán)境健康的不利影響。另一方面，可深化對靶標(biāo)和非靶標(biāo)生物的構(gòu)效關(guān)系研究，重視活性異構(gòu)體的開發(fā)，通過靶向設(shè)計(jì)來開發(fā)選擇安全性更高的新型殺蟲劑。此外，如何通過集約化生產(chǎn)和工藝優(yōu)化來降低成本并提高藥效對GABA-Cl類殺蟲劑的應(yīng)用開發(fā)也具有重要意義。