昆虫β-N-乙酰己糖胺酶OfHex1抑制剂的设计与活性研究

The problems of target organisms’ resistance and non-target organisms’ toxicity exist in the traditional chemical pesticide, while the development of green pesticides targeted the related enzymes of chitin metabolism is expected to solve it. Based on the homology and differences of β-N-acetylhexosaminidase sourced of human and insects, our team and Professor Yang’s Group of DUT establish a stable cooperation relationship to develop the small molecule of insects’ β-N-acetylhexosaminidase（ofHex1）with perfect activity. The inhibitors are screened from the non-sugar structures inhibiting to the known human’s β-N-acetylhexosaminidase （HsHex）with the asian corn borer’s ofHex1 as a tool and are with typical phenyl diaminopyrimidine structure (ppda). In this research, PPDA compounds are used as tool probes using the method of crystal complexes to elucidate molecular-protein binding mode and the mechanism of molecular-protein action. On the basis of this, the methods of modern drug design and organic synthesis are utilized to prepare a series of compounds. And then highly specific and targeting insects’ ofHex1 inhibitors are obtained from the analysis of structure-activity relationship. This project may serve as a reference for future development of novel green pesticide.

传统化学农药存在靶标生物抗性、非靶标生物毒性等问题，而以昆虫特异性的几丁质代谢相关酶类（例如昆虫β-N-乙酰己糖胺酶）为靶点开发绿色农药是解决这一问题的有效途径。基于人来源与昆虫来源的β-N-乙酰己糖胺酶同源性与差异性，本课题组与大连理工大学的杨青教授合作，以亚洲玉米螟虫β-N-乙酰己糖胺酶ofHex1作为工具酶，从已知的具有人类β-N-乙酰己糖胺酶HsHex抑制活性的非糖基类结构中筛选出具有较高活性的昆虫ofHex1酶小分子抑制剂，该类分子具有典型的苯基取代二氨基嘧啶类结构（ppda）。本研究以ppda化合物为工具探针，采用培养晶体复合物等方法，阐明结合模式与分子作用机理。在理解结合模式的基础上，采用现代药物设计与合成方法学，构建化合物库，分析构效关系，获得高特异性的靶向昆虫ofHex1酶的抑制剂，为新型绿色农药创制提供新思路。

绿色农药是针对传统的化学农药靶标生物抗性、非靶标生物毒性等问题应运而生，昆虫特异性的几丁质代谢相关酶类（例如昆虫β-N-乙酰己糖胺酶）为靶点研究绿色农药是开发新的绿色农药的有效途径之一。本项目基于人来源与昆虫来源的β-N-乙酰己糖胺酶同源性与差异性，以工具分子PPDA为母体结构，通过现代药物化学手段设计合成了40多个新的小分子化合物用于杀虫剂的研究，对其构效关系进行了阐述并进行了详细的生物活性测试。实验数据表明，该类母核的小分子化合物对己糖胺酶OfHex1均表现出一定的抑制活性，并且相较于人源己糖胺酶具有选择性抑制活性;对其抑制常数Ki测定，结果显示部分结构抑制活性达到100nm级别甚至更低（nm级别）;昆虫生物活体数据表明化合物Ppda01对小菜蛾、棉蚜具有显著杀虫效果，化合物Ppda03对小菜蛾、棉铃虫具有显著杀虫效果，Ppda47对棉铃虫和西花蓟马具有显著杀虫效果，化合物H-188对小菜蛾、棉蚜、棉铃虫和西花蓟马均具有显著杀虫效果，表现出好的应用价值，具有很好的进一步开发潜力。综上所述，本项目得到四个具有潜力的杀虫剂候选药物，并且验证了利用不同来源酶的同源性和差异性，运用现代药物设计与合成方法学，构建化合物库，分析构效关系，获得高特异性的靶向绿色农药创制思路的可行性，该方法可运用于其他酶抑制剂的筛选，具有一定的普适性。