高杀虫活性的小菜蛾PP5c抑制剂的分子设计、合成及筛选研究

As an important pest of cruciferous crops, Plutella xylostella is hard to control due to its severe pesticide resistance. Our team found that cantharidin acted on a novel target, protein phosphatase 5 of Plutella xylostella (PxPP5c), to kill P. xylostella. Because the wild resource of cantharidin is very limited and the artificial synthesis condition is extremely harsh, developing novel PxPP5c inhibitors is of significance to the effective control of P. xylostella instead of cantharidin. .Based on the pharmacophore derived from PxPP5c-cantharidin complex, the project obtained PxPP5c inhibitors with novel skeletons by using multi-filtering methods composed of pharmacophore-based virtual screening, binding free energy workflow, molecular skeleton clustering analysis and PxPP5c inhibition assay. Then, through bioassays, PxPP5c inhibitors possessing higher insecticidal activity against P. xylostella are kept as lead compounds. Finally, according to the structure-activity analysis of lead compounds, novel PxPP5c inhibitors with higher insecticidal activity are designed and developed. The project aims to construct the discovery, design and optimization process of PxPP5c inhibitors, providing avenues and references for the effective control and resistance management of P. xylostella.

作为十字花科作物的重要害虫，小菜蛾抗药性发展迅速，极难防治。本团队研究发现，斑蝥素作用于小菜蛾蛋白磷酸酶5（PxPP5c），靶标新颖，但斑蝥素野生资源非常有限，而人工化学合成条件极为苛刻，两种途径都非常昂贵。因此，研发靶向PxPP5c的新型抑制剂对小菜蛾的治理具有重要意义。.本项目构建了基于PxPP5c与斑蝥素相互作用的药效团，并综合运用药效团筛选、结合自由能工作流、小分子骨架聚类分析以及对PxPP5c活性抑制作用检测等多重过滤技术，获得具备新颖分子骨架的PxPP5c抑制剂；再通过测定新型PxPP5c抑制剂对小菜蛾的毒力，保留杀虫活性不低于斑蝥素的部分作为先导化合物；最后基于3D-QSAR技术，分析先导化合物的构效关系，设计并筛选出对小菜蛾杀虫活性更优的PxPP5c抑制剂，为小菜蛾的防治和抗性治理提供新的途径。

小菜蛾是十字花科作物的重要害虫，其抗药性发展迅速，田间极难防治。我们发现斑蝥素作用靶标小菜蛾蛋白磷酸酶5（PxPP5c），但斑蝥素野生资源非常有限，无论人工饲养芫菁还是化学合成斑蝥素条件都极为苛刻，无法产业化应用，因而转向研发靶向PxPP5c的新型抑制剂。.本项目基于PxPP5c与斑蝥素复合物三维分子结构，构建出基于PxPP5c与斑蝥素相互作用的药效团，运用分子动力学、药效团模建、分子对接等药物设计技术以及对PxPP5c活性抑制作用检测等多重过滤技术，通过设计合成，已获得了对PxPP5c有较好活性的小分子抑制剂，并构建出了发现PxPP5c抑制剂的思路与方法。通过测定PxPP5c小分子抑制剂对小菜蛾的杀虫活性，已获得对小菜蛾具有杀虫活性的先导化合物。.构建了基于PxPP5c结构进行高通量虚拟药物筛选的药效团模型、可对PxPP5c活性口袋结构进行高通量虚拟药物筛选的小分子化合物库，建立了从大肠杆菌细胞制备用于酶活性测定的重组PxPP5c蛋白的方法、鉴定抑制剂的筛选方法、测定PxPP5c抑制剂对小菜蛾生物活性的方法，筛选出了基于斑蝥素骨架的衍生物和非斑蝥素骨架结构较为新颖的候选化合物。将高通量虚拟药物筛选成功应用于高杀虫活性的小菜蛾PP5c抑制剂的研发，解决新型农药研发中周期长、成本高及难以发现新颖化学结构先导化合物的问题。已构建出的高杀虫活性的小菜蛾PP5c抑制剂研发流程，可为其它靶标新型杀虫剂的研发提供全新的思路和方法。.