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
第2期筱禾：作用于GABA受体杀虫剂的代谢、作用机制及开发研究·19·
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
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解的γ-BHC-d 6处理2个品系，20~30 min 时敏感品系比抗性品系中毒程度更重。

这表明降解能力较强且作用位点的敏感性较低是3rd Yumenoshima 品系具有潜在抗性的主要因素。

在该研究之前，对γ-BHC 的作用位点和作用机制一无所知。

后来发现在GABA 受体T2膜区域的丙氨酸部分点突变为丝氨酸，导致了昆虫对γ-BHC 等GABA 非竞争性拮抗剂类杀虫剂出现抗性。

表3 γ-BHC 和γ-BHC-d 6杀虫活性和协同效应：
LD 50 1(10−4 mmol/只)
蚊子
家蝇
单用 +增效醚 2
SR 3
单用 +增效醚
2
SR
3
γ-BHC (H) 1.3 0.52 2.50 12.7 1.65 7.7γ-BHC-d 6 (D) 0.32
0.195 1.64 1.08 0.91 1.19H/D 4
4.06
2.67
11.76
1.81
注：1 点滴法LD 50；2 蚊子：0.25 μL(0.1%)，家蝇：0.5 μL(0.5%)； 3
增效比：LD 50 (单用)/[LD 50 (+增效醚)]；4 H/D=LD 50 (γ-BHC/γ-BHC-d 6)。

表4 γ-BHC 和γ-BHC-d 6对美洲大蠊的神经兴奋、
惊厥和杀虫活性
γ-BHC γ-BHC-d 6 H/D -log LD 50/(μmol·只－
1) 1 1.7 2.6 8 -log MECac/(μmol·只－1) 2 2.3 2.6 2 -log MEC AD /(mol·L －
1) 3
7.3
7.3
1
注：1 LD 50：杀虫(致死)活性；2 MECac ：惊厥活性；3 MEC AD ：
神经兴奋活性。

图3 γ-BHC 和γ-BHC-d 6在家蝇体内随时间变化情况
2 BHC 的代谢研究
20世纪70年代就哺乳动物及各种昆虫对γ-BHC 的代谢进行了研究，鉴定了末端代谢物。

然而，当时对γ-BHC 的代谢尚无定论。

特别是，生成多氯环己烯醇类、氯酚类、氯苯类和多氯苯基-谷胱甘肽类(或-巯基尿酸类)等末端代谢物的起始步骤还不清楚，且一直是有争议的话题。

有人认为首先是由γ-BHC 经反式脱氯化氢形成(36/45)-PCCHE [1,3,4,5,6-五氯环己-1-烯(PCCHE)的γ-异构体，结构式见图4]，随后经脱氢、脱氯化氢、氧合和谷胱甘肽结合反应等各种代谢途径生成这些末端代谢物。

A ：γ-BHC 活体代谢；
B ：家蝇腹部微粒体进行体外有氧代谢(+O 2、NADPH)；
C ：大鼠肝脏的微粒体进行体外无氧代谢(+N 2、NADPH)。

图4 家蝇体内己烷可溶性代谢物的气相色谱图
A B C
保留时间/min 保留时间/min 保留时间/min
微粒体
γ-BHC-d 6 (6.35×10
－10 mol/蝇) γ-BHC-d 6 (0.54×10－10
mol/蝇)
γ-BHC (6.35×10
－10
mol/蝇)
第2期筱禾：作用于GABA受体杀虫剂的代谢、作用机制及开发研究·21·
早期有研究表明，家蝇体内的PCCHE是由γ-BHC生成的。

Reed和Forgash报道了在γ-BHC处理的家蝇的己烷可溶性代谢物中存在(36/45)-PCCHE 和“异-PCCHE”。

但是，Clark等人对PCCHE异构体作为昆虫中γ-BHC的芳烃产物主要中间体的作用提出了质疑。

在PCCHE异构体代谢抑制剂p,p'-四甲基二氨基二苯基甲烷存在下，观察到γ-BHC显著减少。

根据同位素([14C] γ-BHC)稀释技术的结果，Bridges认为(36/45)-PCCHE是次要代谢物，与主要代谢途径无关。

2.1 氧化代谢
已经鉴定出多种单氯酚和多氯酚类是哺乳动物体内γ-BHC及其异构体(α-、β-和δ-BHC)的尿代谢物。

其中，2,4,6-TCP(三氯苯酚)是这些BHC的一个常见主要代谢产物。

如上所述，生成这些末端代谢物的起始代谢物长期以来一直是有争议的话题。

PCCOL (2,3,4,5,6-五氯-2-环己烯-1-醇)是大鼠体内γ-BHC的代谢产物之一，但据报道它在体外极难代谢生成氯酚。

同为γ-BHC及其异构体代谢产物的多种单氯苯和多氯苯，已被许多研究人员认为是多种氯酚的前体。

在3种TCB (三氯苯)异构体中，只有1,3,5-TCB可代谢生成2,4,6-TCP。

而1,3,5-TCB是γ-BHC的一个极少量代谢物。

基于这些数据，假定γ-BHC及其异构体的代谢存在完全未知的代谢途径或中间体生成2,4,6-TCP。

采用气-液相色谱质谱法及其标准化合物鉴定了经γ-BHC处理的家蝇中的1个顺式脱氢代谢物(36/45)-HCCHE (1,2,3,4,5,6-六氯环己-1-烯)、1个反式脱氯化氢代谢物(36/45)-PCCHE、二~五氯苯和2个TCP异构体(2,4,6-TCP和2,4,5-TCP)(图4)。

体外代谢研究表明，在NADPH (烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)和分子氧(O2)存在时，家蝇、大鼠和小鼠肝脏微粒体将γ-BHC转化为2,4,6-TCP和3个己烷可溶代谢物。

确定了这3个代谢物为(36/45)-HCCHE、(36/45)-PCCHE和(346/5)-PCCHE (图4)。

NADPH和O2存在时，大鼠肝脏和家蝇微粒体代谢γ-BHC及其异构体(α、β、δ和ε)，确定了2,4,6-TCP为所有5种BHC异构体的一个共同主要代谢物(表8)。

异构体的反应活性顺序为：δ＞ε＞α＞γ＞β。

除了2,4,6-TCP 外，γ-BHC还生成了(36/45)-HCCHE和(36/45)-PCCHE。

α-BHC和δ-BHC分别生成了(346/5)-PCCHE和(35/46)- PCCHE，但没有检测到脱氢代谢物(HCCHE)。

β-BHC 不生成任一PCCHE或HCCHE。

在类似反应过程中，所有5种PCCHE异构体和4种HCCHE异构体分别生成2,4,5-TCP和2,3,4,6-TeCP(四氯苯酚)，是主要的酚类代谢物。

这些结果表明，作为BHC异构体主要代谢产物的2,4,6-TCP既不能由PCCHE生成也不能由HCCHE生成。

应该存在主要代谢生成2,4,6-TCP 的未知中间体。

Keiji Tanaka公开了γ-BHC及其异构体、HCCHE和PCCHE异构体到氯甲酚的新代谢途径，即通过这些多氯代烃的环己烯环或环己烯环直接氧合进行。

BHC代谢的可能候选中间体是六氯环己烷分子被微粒体直接羟基化形成的五氯环己酮-偕(gem)-氯代醇。

氯代醇似乎很不稳定，很容易转化成相应的环己酮，而环己酮又通过它们的烯醇形式进行2步脱氯化氢，得到2,4,6-TCP(图5)。

下文介绍的模拟化学反应证实了这种机制，它很好地解释了在这种苯酚形成中观察到的相当大的同位素效应(H/D，约10~11)，以及由包括极其稳定的β-BHC在内的所有5种BHC异构体主要生成这种苯酚的原因(表8)。

4种五氯环己醇异构体与CrO3进行氧化反应，C–H转变为C=O，仅有2,4,6-TCP是产率较高的主要产物，而不是它们的五氯环己酮异构体。

1,2,4-三氯苯、四氯苯异构体、2,4,5-三氯苯酚和四氯苯酚异构体等其他末端代谢物的生成途径包括通过其他起始代谢物即PCCHE和HCCHE的路线。

BHC异构体形成2,4,6-TCP依赖于分子氧和NADPH，被一氧化碳抑制(CO/O2中正常反应的32%：94/6)，表明微粒体中的末端氧化酶——细胞色素P450参与该反应。

在上述相同反应条件下，PCCHE异构体比BHC异构体更有效地代谢产生2,4,5-TCP和1或2种经气相色谱质谱(GC-MS)法鉴定为PCCOL立体异构体的极性非酚类代谢物。

在(356/4)-PCCHE和(346/5)-PCCHE中，与s p3-碳连接的4个氯原子具有共同的构型。

(356/4)-PCCHE (53%基于代谢底物)远比(346/5)-PCCHE (6%)更容易得到2,4,5-TCP。

另一方面，(346/5)-PCCHE生成的2种PCCOL异构体远远多于(356/4)-PCCHE。

(346/5)-异构体生成的PCCOL异构体数量估计约为(356/4)-异构体的50倍甚至更多。

通过气相色谱法比较这些PCCOL异构体氯化(SO2Cl2，吡啶中)产物与HCCHE 异构体标准品，得出(346/5)-PCCHE生成的PCCOL 异构体的结构为(345/6)-PCC-3-OL和(36/45)-PCC- 3-OL。

(346/5)-PCCHE异构体可能经由类烯机制在2-位发生羟基化，伴随双键迁移。

观察到BTC (3,4,
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5,6-四氯环己-1-烯)异构体也有类似的类烯羟基化。

(346/5)-BTC主要得到四氯环己烯-3-醇的(36/45)-异
构体和(345/6)异构体，表明一个sp2-碳发生选择性
氧化反应。

(356/4)-PCCHE在1-位处类似地发生这
种羟基化，得到极不稳定的偕-氯代醇，转化烯酮形
式，然后进一步脱氯化氢生成TCP。

(36/45)-4,5,6-
三氯环己烯-3-醇与铬酸的氧化仅得到2,4-DCP(二氯
酚)，而不是2,3-DCP。

如上所述，该结果与PCCHE
衍生生成的偕-氯代醇转化为1,4,5,6-四氯环己-3-
酮，后者生物转化获得2,4,5-TCP而非2,3,5-TCP的
情况一致(图6)。

2,3,4,6-TeCP也可由HCCHE异构体
非常类似地产生。

表5 γ-BHC和γ-BHC-d6的杀虫活性和对LD50的同位素效应
化合物家蝇品系：LD501(×10－10 mol/只2)
R/S NAIDM
(敏感，S)
3rd-Yumenoshima
(抗性，R)
γ-BHC (H) 6.53 ＞2 200 ＞337
γ-BHC-d6 (D) 2.06 86.2 41.8
H/D 3.17 ＞25
注：1点滴处理24 h后死亡数；列出平均值的标准误每个值低于15%；
2 4 d龄雌性成虫。

表6 点滴处理60 min后γ-BHC和γ-BHC-d6在家蝇品系
体内的渗透
品系
恢复率(±20%) 1,2
昆虫体表昆虫体内3容器恢复总数
3rd-Yumenoshima 24.0 60.5 5.0 89.5
NAIDM 22.5 66.5 5.5 94.5
注：1 γ-BHC-d6的丙酮溶液点滴处理：每只2×10－9 mol/0.5 μL。

2 3次试验的平均值；每试验选用10只蝇；标准误(SE)，每个数值±15%。

3昆虫组织匀浆提取物。

表7 点滴处理3 h后γ-BHC和γ-BHC-d6在
3rd-Yumenoshima体内的渗透和代谢
化合物
恢复率(±20%) 1
昆虫体表昆虫体内2容器恢复总数
γ-BHC 13.7 17.4 4.7 35.8
γ-BHC-d613.8 50.0 5.3 69.1
注：1 3次试验的平均值；每试验：选用5只雌蝇，用γ-BHC和
γ-BHC-d6处理(每只5×10－9 mol/0.5 μL丙酮溶液)；标准误(SE)，
每个数值±15%。

2昆虫组织匀浆提取物。

微粒体中存在NADPH和O2时，细胞色素P450至少参与3个代谢反应，即顺式-脱氢生成HCCHE，顺式-和可能的反式脱氯化氢生成PCCHE，以及氧直接插入C－H键羟基化(图7)。

结果表明，γ-BHC 和其他BHC异构体的酚类代谢物至少可通过3种途径产生。

一种是γ-BHC、其他BHC异构体及其衍生物如PCCHE和HCCHE的直接羟基化。

就γ-BHC 和其他BHC异构体来说，形成的偕氯代醇被分解成不稳定的五氯环己酮，经五氯环己酮互变异构体的2步脱氯化氢反应易降解为2,4,6-TCP。

第2种是通过PCCHE和HCCHE异构体的途径，经与细胞色素P450上的活性氧发生类烯反应，而不是通过其相应的环氧化物，产生PCCOL和偕-氯代醇，自发生成相应的烯酮。

烯酮的互变异构形式经一步脱氯化氢由PCCHE (和由HCCHE生成2,3,4,6-TeCP)生成2,4,5-TCP(图5和图6)。

氯苯的直接羟基化是第3种途径。

据此，图8总结了昆虫和哺乳动物中γ-BHC 的氧化代谢。

除了氧化代谢，在厌氧条件下，利用大鼠微粒体和NADPH对γ-BHC进行的体外代谢还发现了反式脱氯代谢物(346/5)-BTC(图4C和图7)。

表8 在NADPH和O2存在下，大鼠肝微粒体中BHC异构体
生成2,4,6-TCP
底物1(400×10－10 mol)2,4,6-TCP：主要酚类代谢物(×10－10 mol)α-BHC 10.6
β-BHC 4.6
γ-BHC 8.3
δ-BHC 127.5
ε-BHC 45.6
注：1孵育时间：15 min。

2.2 谷胱甘肽结合物的代谢
在谷胱甘肽存在下，已知γ-BHC与家蝇组织匀浆的不含微粒体部分发生酶促反应分解，但这个反应的具体机制还不明了。

如上所示，观察到γ-BHC-d6与不含微粒体的家蝇组织匀浆液发生反应的体外分解中有相当强的同位素效应(约6.5)。

观察到的同位素效应表明该反应的起始步骤可能是脱氯化氢。

正如Clark和Bradbury等所提出的，γ-BHC分子不可能被谷胱甘肽直接取代。

与谷胱甘肽的酶促结合将在PCCHE异构体阶段发生，因为采用(36/45)-PCCHE-d5作为底物的反应中没有观察到明显的同位素效应(约1.2，图9A)。

极弱的同位素效应表明，谷胱甘肽与(36/45)-PCCHE的非常活泼的烯丙基碳发生亲核反应。

由于所得的结合物为S-(2,4-二氯苯基)-谷胱甘肽，结合应该发生在分子的6-位，因为在3-位结合的产物不能经由随后的1,2-或1,4-脱氯化氢得到S-(2,4-二氯苯基)-谷胱甘肽(图9B)。

第2期筱禾：作用于GABA受体杀虫剂的代谢、作用机制及开发研究·23·
在谷胱甘肽存在下，α-BHC也是家蝇组织匀浆的不含微粒体部分的酶促反应的优良底物。

α-BHC 是BHC中唯一的手性异构体，也是工业级BHC的主要成分。

通过X射线晶体结构分析指定了(+) α-BHC 的绝对构型。

有研究报道了海洋生态系统中微生物和绒鸭对α-BHC外消旋体的立体选择性代谢。

用多糖立体选择性HPLC色谱柱分离了α-BHC 的每个对映体，对α-BHC对映体在家蝇中的代谢(在谷胱甘肽存在下，采用不含微粒体部分的体内和体外系统)进行了比较研究(图10A和图10B)。

α-BHC 的脱氯化氢产物(346/5)-PCCHE是α-BHC代谢降价的一种假定中间体。

该中间体也是一种手性化合物。

不同α-BHC对映体在家蝇体内的代谢率不同。

在谷胱甘肽存在下，离体的不含微粒体部分不仅对α-BHC 还能对(346/5)-PCCHE进行对映体选择性代谢。

α-BHC的(−)对映体在体内和体外的代谢速度均比(+)对映体快。

研究发现(346/5)-PCCHE的一个对映体——(−)异构体比其对应的(+)异构体的代谢更快(图10E)。

图5 由BHC生成2,4,6-TCP以及由PCCHE和HCCHE 分别生成2,4,5-TCP和2,3,4,6-TeCP可能机制
图6 由(346/5)-BTC生成四氯环己-1-烯-3-醇，(3,4,6/5)-PCCHE和(3,5,6/4)-PCCHE生成2,4,5-TCP和五氯环己-1-烯-3-醇
(PCC-3-OL)的可能机制
图7 细胞色素P450介导BHC代谢
图8 γ-BHC的氧化代谢生成2,4,6-TCP：细胞色素P450氧合
生成2,4,5-TCP和2,3,4,6-TeCP
细胞色素P450
细胞色素P450 细胞色素P450
细胞色素P450
细胞色素P450
细胞色素P450
氧合作用
→酚类
顺式脱氢顺式和或反式脱氯化氢
反式脱氯
·24·世界农药第41卷
图9 γ-BHC、其反式脱氯化氢产物(36/45)-PCCHE及其氘化对应物体外分解随时间变化情况(A)和可能的代谢途径(B)
3 GABA受体氯离子通道复合物上的木防已苦毒素受体以及γ-BHC和环戊二烯类杀虫剂的作用机制
根据毒性测试结果，确定了抗环戊二烯的所有德国小蠊品系对木防已苦毒素也有抗药性。

这种交互抗性仅对木防已苦毒素具有特异性，对荷包牡丹碱、β-银环蛇毒素、滴滴涕和有机磷类等其他神经兴奋剂无影响。

利用电生理学技术研究发现，木防已苦毒素作用于突触前区刺激兴奋性递质的释放。

木防已苦毒素引起的神经电生理症状与γ-BHC及狄氏剂非常相似。

[3H]α-二氢木防已苦毒素(dihydropicrotoxinin)结合试验确定了美洲大蠊中枢神经系统(CNS)中的神经细胞膜和大鼠脑内含有一种与木防已苦毒素具有高度亲和性的结构，其可被视为木防已苦毒素的受体。

采用蔗糖密度离心法，确定了转速为100 000 g 时，在1.0~1.2 M蔗糖中间相沉积的组分具有最高特异性结合位点(表9)。

该受体对光化狄氏剂(photodieldrin)、氧化氯丹、异狄氏剂、七氯环氧化物、γ-氯丹、狄氏剂、艾氏剂、七氯、异艾氏剂、毒杀芬和TBPS (叔丁基双环硫化磷酸酯)等几种环戊二烯类杀虫剂均敏感。

在4种BHC异构体中，γ-异构体对该受体的亲和性最高(表10)。

抗狄氏剂的德国小蠊对与木防已苦毒素受体有结合亲和性的药物具有交互抗性。

研究发现抗性蜚蠊的神经系统对二氢木防已苦毒素的敏感性较低(表11)。

此外，还发现抗性蜚蠊的神经组分对[3H] α-二氢木防已苦毒素具有明显较低的结合力(图11)。

对这种现象可解释为这些蜚蠊通过改变木防已苦毒素的受体进化出对环戊二烯的抗性。

后来，在果蝇、家蝇、德国小蠊和其他昆虫的抗性品系的GABA受体亚基中发现了一个单独的A (丙氨酸) 2´S (丝氨酸)或A 2´G (谷氨酸)突变，导致对狄氏剂出现抗性。

米贝尔霉素(图14)和阿维菌素在10－7 M时可于4 min内刺激美洲大蠊腿部肌肉对Cl－1的吸收(表12，图12)。

这种刺激效应可被木防己苦毒素(10－4 M)所拮抗。

由此可知，米贝尔霉素和阿维菌素的作用机制是开启细胞膜上的氯离子通道。

它们的作用机制并非通过GABA(或木防己苦毒素)受体来介导，而是直接开启中枢神经系统和神经肌肉系统中的氯离子通道。

表9 [3H]α-二氢木防已苦毒素结合
美洲大蠊头部的亚细胞定位
蔗糖密度梯度分数/M 1
结合dpm//mg/蛋白2
总数特异性
0.8 13 777±104 720±186
0.8~1.0 15 862±359 720±102
1.0~1.2 16 688±104 1 783±66
1.2~1.5 12 344±45 605±10
1.5~1.8 10 072±630 553±417
1.8 11 970±1 061 —3
注：1 组分0.8 (M)，细胞膜；0.08~1.0，大块细胞膜和小块神经末梢粒子；1.0~1.2，脱除神经末梢(突触小泡)和一些线粒体；1.2~1.5，神经末梢粒子(电子密度较大)和线粒体；1.5~1.8，细胞片段和一些线粒体；1.8，nonnural组织。

2 [3H] α-二氢木防已苦毒素结合(sp act,
30 Ci/mmol)，11.1×10−9 M；数据以2个或3个试验的平均值±标准
误表示，每个试验包括3次测定。

3未测试。

4 杀虫杀螨剂米贝尔霉素的开发
早在1967年发现的米贝尔霉素，作为农药于1990年首次进入日本市场。

日本学者A.Aoki从放线菌吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus ssp. aureolacrimosus)的发酵液中筛选分离出含有由2个六元环组成的一个螺旋环系统的十六元大环内酯。

大多数米贝尔霉素对各种多食性螨和植物寄生线虫具有显著的活性。

被开发用于植物保护的农药弥拜菌素(milbemectin)是米贝尔霉素A3和A4(简称M. A3、M. A4)的混合物，商品名为Milbeknok®、Koromite®和Matsuguard®。

有研究表明，该剂可有效预防松树枯萎线虫病的侵染。

14C标记的M.A3和M.A4由具14C标记前体的吸
2,4-二氯苯基谷胱甘肽
第2期 筱禾：作用于GABA 受体杀虫剂的代谢、作用机制及开发研究 ·25·
水链霉菌发酵制备。

为了选择一种合适的生物合成前体，对来自[1-13C]丙酸钠和[1-13C]乙酸钠的13C 的掺入米贝尔霉素分子进行了比较研究。

米贝尔霉素分子中[1-13C]丙酸钠13C 的掺入量大于[1-13C]乙酸钠。

米贝尔霉素A 3和A 4是从含有[1-13C]丙酸钠的
发酵液中分离所得，分别由5个和6个丙酸单位组成。

以[1-14C]丙酸钠作为14C 标记前体生物合成制备了14C 标记米贝尔霉素A 3和A 4。

用乙酸乙酯提取发酵液中的14C 标记米贝尔霉素A 3和A 4，并经若干色谱纯化程序进行分离。

图10 α-BHC 对映体的体内和体外代谢及(346/5)-PCCHE 对映体的体外代谢
采用这些14C 标记M.A 3和M.A 4以及在其分子5-位3H 合成标记的M.A 3和M.A 4，对米贝尔霉素A 3和A 4的代谢进行了研究。

雌、雄大鼠口服3H-M.A 3或3H-M.A 4，给药后7 d 内3H 几乎完全排出于尿液和粪便中。

在脂肪和肝脏中残留的3H 浓度相对较高，而组织中的3H 在给药7 d 后迅速下降至极低水平。

3
H-M.A 3处理大鼠组织中的3H 和母体化合物浓度均低于M.A 4处理，这表明M.A 3的代谢速度比M.A 4快。

羟基化是米贝尔霉素主要的代谢途径，生成了各种单羟基、双羟基和三羟基代谢产物。

主要代谢产物为13-羟基-M.A 3和13-羟基-M.A 4。

一些代谢产物被葡糖醛酸化(glucuronidated)。

大部分代谢产物主要通过胆汁排出，少量通过尿液排出。

雄性的尿液排出量大于雌性，特别是低剂量时。

在最初的24 h 内排出速度较快，随后变慢，低剂量时的排出速度比高剂量时更快。

这一结果似乎在血液浓度中得以反映。

研究发现，M.A 3和M.A 4在大鼠体内的代谢无本质差异。

5 γ-BHC 及其相关化合物构效关系研究
在BHC 异构体中，γ-BHC (Ⅰ)对家蝇的杀虫活性最高，其次为α-BHC (Ⅲ) (25.6 μg/蝇)。

尚不明了为什么所有BHC 异构体中只有γ-BHC (Ⅰ)具有杀虫活性。

20世纪70年代早期合成了一系列γ-BHC 类似物，这些化合物中的一些氯原子被氢和氯以外的卤素、烷氧基等取代。

在这些类似物中，γ-BHC (Ⅰ)对蚊子、家蝇和德国小蠊的杀虫活性最高。

最近，Keiji Tanaka 等关注了环己烷环上具有4~8个氯原子(Cl)的多氯γ-BHC 类似物(图15)，研究了它们的杀虫活性和作为GABA 拮抗剂的活性，以阐明γ-BHC (Ⅰ)活性的分子需求和氯原子对γ-BHC (Ⅰ)活性的作用(表13)。

就活性的分子需求而言，特别是环己烷环上氯原子的结构和空间需求，研究表明，6-位(或3-位)氯原子替换为轴向(axial)构像的3个邻位氯原子和赤道(equatorial)构像的3个是具有GABA 拮抗活性的必要条件。

在环己烷环上1-位1个氯原子从
A ：α-BHC 在家蝇体内的代谢
C ：α-BHC 的光学异构体
(－)-α-BHC (+)-α-BHC
(－)-α-BHC (+)-α-BHC
(－)-(346/5)-PCCHE (+)-(346/5)-PCCHE
B ：α-BH
C 在家蝇体外的代谢
D ：α-BHC 的脱氯化氢产物
(－) α-BHC (+) α-BHC
α-BHC (346/5)-PCCHE
E ：(346/5)-PCCHE 在家蝇体外的代谢
(25 ℃) h
α-BHC ：1 μg/蝇，每试验20只，n=3α-BHC ：8×10－
8 mol/mL (pm-fr.)
谷胱甘肽：5×10－
6 mol/mL (pm-fr.)，n=3
(346/5)-PCCHE ：8×10－
8 mol/mL (pm-fr.)
谷胱甘肽：5×10－
6mol/mL (pm-fr.)，n=3
min。