作用于GABA受体杀虫剂的代谢、作用机制及开发研究

世 界 农 药 V ol.41 No.2

·18· World Pesticides Apr. 2019

作者简介：筱禾，女，工程师，硕士。E-mail: sjnywp@ 。 收稿日期：2019-04-15。

作用于GABA 受体杀虫剂的代谢、

作用机制及开发研究

筱 禾 编译

(上海市农药研究所，上海 200032)

DOI ：10.16201/31-1827/tq.2019.02.04

中图分类号：TQ450 文献标志码：A 文章编号：1009-6485(2019)02-0018-11

已知杀虫剂的昆虫神经系统靶标主要有4个：乙酰胆碱酯酶、烟碱乙酰胆碱受体、γ-氨基丁酸(GABA)和钠离子通道。其中，GABA 受体(GABA 受体氯离子通道复合物)一般被认为是最重要的杀虫剂和杀线虫剂靶标之一。Matsumura 等首次就GABA 受体作为杀虫剂作用位点进行了报道，他们发现γ-BHC (六氯环己烷)和狄氏剂与GABA 受体非竞争性拮抗剂——木防己苦毒素(picrotoxinin)有很强的交互抗性(表1)。这一发现促使得出了γ-BHC 和环戊二烯类杀虫剂(环戊二烯类)的主要靶标为GABA 受体的结论。GABA 是昆虫和哺乳动物的神经系统的突触前末端释放的抑制性神经递质。释放到突触中的GABA 与位于突触后膜上的GABA 受体结合。GABA 受体属于由5个同源亚基组成的半胱氨酸环配体门控离子通道(LGIC)家族。在哺乳动物中，已报道了至少19个同源亚基。大脑中的主要受体是由2个α1、2个β2和1个γ2亚基组合而成的异源五聚体。另一方面，据报道大多数昆虫的GABA 受体为α1或α2组成的同源五聚体。

γ-BHC 和环戊二烯类被作为主要杀虫剂广泛应用于作物保护、环境消毒和动物健康领域，在第二次世界大战后为人类健康生活做出了很大贡献，由于它们的在环境中的持久性，20世纪70年代早期在日本、美国和欧洲被禁止用于农业。遗憾的是，作为农药登记到期后，它们被认定为神经活性剂，但对其在昆虫和哺乳动物体内的作用机制和作用靶标均一无所知。此外，γ-BHC 的代谢途径，特别是γ-BHC 分解生成氯酚类、氯苯类及其衍生物等芳香族代谢物的起始反应步骤，当时还不十分清楚。

1970年，就在日本禁止BHC 作为农药使用后1

年，就有学者对BHC 进行了研究。在21世纪早期，根据“关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约”，γ-BHC 和环戊二烯类被列入持久性有机污染物(POPs)，并被禁止生产和在农业领域使用。如今，它们被作为传统杀虫剂。但依然值得利用当前的科学知识和技术对它们作用机制和代谢方面的未解之谜进行详细研究。这些研究将有助于农药科学的发展。

表1 狄氏剂、γ-BHC 和苦毒素对德国小蠊敏感品系(CSMA)

和2种抗性品系(FRPP 和LPP)的活性

狄氏剂 γ-BHC 木防己苦毒素

LT 50/h 1

LD 50/ [µg ·只－1

(雄)] 2

LD 50/ [(µg ·只－

1(雄)]3

CSMA 6.4 0.23 0.11 FRPP 33.6 0.95 0.70 LPP

120.0

2.17

5.11

注：1 致死中时，药膜接触法；2 致死中量，点滴法；3 致死中量，注射法。

1 γ-BHC-d 6杀虫活性和代谢速率的氘同位素效应

研究发现，六氘代γ-BHC(γ-BHC-d 6，C 6D 6Cl 6，图1)的杀虫活性比“常规”γ-BHC (C 6H 6Cl 6)高数倍(表2)。BHC 是由6个碳原子、6个氢原子和6个氯原子组成的简单化合物。BHC 分子的可能代谢分解第一步必须出现在：C–C 、C–H 和C–Cl 。为了深入研究γ-BHC 的代谢，选用了γ-BHC-d 6。从氘同位素对杀虫和生理活性及代谢速率的影响一定会得出有

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关其代谢及作用机制的有效信息。这一策略是基于除了分子量和C–H (D)结合强度不同之外，药物及其氘代物的生理生化特性绝对相同。γ-BHC和γ-BHC-d6在昆虫体内的穿透速率的确相同。如果γ-BHC的C–H键裂解(脱氯化氢和/或脱氢)是其降解的第一步和限速步骤，那么γ-BHC-d6的解毒代谢一定慢于γ-BHC。因此，它们的杀虫活性一定有所不同。如图1所示，在四氯化碳中六氘代苯-d6与氯气发生光氯化反应可以很容易地制备高含量六氘代的γ-BHC-d6。

图1 γ-BHC和γ-BHC-d6

γ-BHC在昆虫中枢神经系统中引起的后放电是造成昆虫惊厥和致死的主要原因(图2)。如表3所示，就引起后放电的最低有效浓度(MEC AD)而言，γ-BHC 和γ-BHC-d6具有相同的神经兴奋活性。在该试验中，将离体的神经索浸入含有γ-BHC或γ-BHC-d6的盐水溶液中，2 h后进行测定。由于神经索中的代谢作用可以忽略不计，因此这2种化合物一定对杀虫作用靶标等效。随后的2个试验证实了这一假设：放射性标记的配体[3H] EBOB (ethynylbicycloorthobenzoate，一种GABA非竞争性拮抗剂)结合试验以及使用荧光探针[荧光膜电位(FMP)试验]的膜电位试验。

被注射γ-BHC的蜚蠊首先出现行动失调，在处理3 h后出现抽搐现象。部分会在稍后恢复，部分死亡。这些症状的恢复一定是由于代谢排毒。在注射后3 h测定的惊厥活性中发现有约2倍的同位素效应，而24 h测定的LD50有8倍同位素效应(表4)。

γ-BHC-d6点滴法或注射法处理蚊子(Culex pipiens pallens)、家蝇(Musca domestica)、德国小蠊(Blattella germanica)和美洲大蠊(Periplaneta americana)的毒力均为γ-BHC处理的数倍(表2、3)。胡椒基丁醚对γ-BHC有显著增效作用，但对γ-BHC-d6没有(表3)。γ-BHC-d6在体内降解有较强的同位素效应(图3)。杀虫活性差异必然是由于氘动力学同位素效应引起的生物降解速率不同所致。

图2 在美洲大蠊巨神经索的胆碱能突触上观察到的

γ-BHC的作用机制和兴奋性症状

表2 γ-BHC和γ-BHC-d6的杀虫活性

LD50 (±15% 10−4 mmol/只)

尖音库蚊(Culex pipens) 1家蝇(Musca domestica)2家蝇3家蝇4

德国小蠊

(Blattela germanica) 5

美洲大蠊

(Periplaneta americana) 6

γ-BHC (H) 1.3 6.53 816 >2 20016.0 200

γ-BHC-d6 (D) 0.32 2.06 68 86.2 1.95 24.5

H/D7 4.06 3.17 11.76>25 8.21 8.16

注：1 3~5 d龄雌性成蚊：点滴法；2 S NAIDM品系，4 d龄雌性成蝇：点滴法；3 Toichi品系，4 d龄雌性成蝇：点滴法；4 3rd-Yumenoshima品系，4 d龄雌性成蝇：点滴法；5 14 d龄雄性成虫：点滴法；6 60 d龄雄性成虫：注射法；7 H/D=LD50 (γ-BHC/γ-BHC-d6)。

为了确定家蝇高抗品系——3rd Yumenoshima 品系对γ-BHC产生抗性的关键因素，利用γ-BHC-d6对这些昆虫进行了研究。γ-BHC与γ-BHC-d6对这一品系的LD50之比，即LD50的同位素效应远大于敏感的SNAIDM品系(表5)。γ-BHC与γ-BHC-d6对2个品系昆虫表皮的穿透速率大致相同(表6)。因此，穿透速率的差异不能造成抗药性。抗性家蝇品系体内对γ-BHC的代谢降解远远快于敏感品系(表7)。微粒体氧化和谷胱甘肽结合等γ-BHC的体外降解过程也是如此。在2个品系中均观察到γ-BHC-d6的体外降解率有明显的同位素效应。因此，主要的生物降解和解毒途径应该包括C－H键裂解反应。当以较低生物降美洲大蠊

(Periplaneta americana)

γ-BHC

神经索

高水平Ach

后放电和自发放电

惊厥

杀虫作用对照

γ-BHC

R：记录电极

S：刺激电极

(1.5 V, 0.1 msec)

A1－A6：第1~6腹神经节

T1－T3：第1~3胸神经节