新型埃及伊蚊驱避剂的研发：一种结合计算机模拟（In Silico）和生物测定的综合方法

蚊虫驱避剂开发：基于Aedes aegypti OBP1蛋白的计算筛选与分子动力学验证，发现ZINC71773878通过稳定蛋白-化合物复合物抑制嗅觉信号传导，其驱避效果（ED50=1210.34 μmol/100 μL）优于DEET，且经pH依赖模拟证实其在宿主定位与嗅觉释放双阶段均有效。安全性评估显示其皮肤刺激风险低于DEET，且在脂质体包埋及高温稳定性测试中表现优异。

　　
登革热、寨卡病毒、基孔肯雅热和黄热病等蚊媒疾病的防控已成为全球公共卫生的重要议题。巴西作为热带地区，其人口密集和城市环境为埃及伊蚊（*Aedes aegypti*）的繁殖提供了理想条件。尽管现有驱虫策略如幼虫杀灭剂、成虫杀虫剂和化学驱虫剂（如DEET）被广泛应用，但化学驱虫剂存在皮肤刺激、环境毒性及抗药性等问题，亟需开发更安全高效的新型驱虫剂。本文通过计算生物学与实验验证相结合的方法，筛选出候选化合物ZINC71773878，并揭示了其作用机制与pH依赖特性。

### 一、研究背景与核心问题
埃及伊蚊作为主要传播媒介，每年导致全球约3.9亿感染病例和60万死亡，其行为调控机制是防控的关键。蚊子的嗅觉系统通过OBP1蛋白识别宿主气味，而传统驱虫剂多通过刺激神经系统起效。研究团队提出，通过靶向OBP1蛋白设计新型驱虫剂，可避免直接干扰神经系统带来的副作用。

### 二、计算筛选策略与化合物优先级
#### 1. 药效团模型构建
基于冈比亚伊蚊OBP1（AgamOBP1）与埃及伊蚊OBP1（AaegOBP1）的82.1%序列一致性，采用GALAHAD算法对127个已知活性化合物进行三维对齐。通过帕累托指数筛选出3号药效团模型，其特征为：含两个疏水中心（HY）和一个氢键供体（HBD），与商业驱虫剂DEET的药效团特征高度吻合。

#### 2. 分子对接与动态模拟
利用GOLD程序进行分子对接，筛选出1271个与AaegOBP1结合的化合物。进一步通过40纳米秒的分子动力学模拟，评估复合物稳定性。结果显示：
- **ZINC71773878**的总体势能（-58.29 kcal/mol）显著优于DEET（-24.13 kcal/mol）
- 水平分散指数（0.17）和负zeta电位（-25.51 mV）表明其与脂质体制剂兼容性更佳
- 在pH=8.0（嗅觉信号传输环境）时，复合物保持稳定，RMSD值仅2.03 ?

#### 3. 安全性筛选
通过皮肤刺激预测模型（pkCSM）和眼部腐蚀性评估：
- 所有候选化合物均未显示皮肤刺激风险（均为阴性）
- ZINC71773878的呼吸毒性评分（0.77）显著低于DEET（0.82）
- 水溶性（PSA=61.17 ?2）和脂溶性（clogP=1.91）达到最佳平衡

### 三、pH依赖机制解析
#### 1. 不同pH下的结构稳定性
- **pH=8.0（嗅觉信号传递环境）**：
- ZINC71773878与色氨酸114（Trp114）、苯酚59（Phe59）形成π堆积和疏水作用
- RMSD稳定在2.03 ?，表明蛋白质构象保持完整
- **pH=4.0（唾液释放环境）**：
- His77、His90等残基去质子化状态改变
- RMSD升高至4.15 ?，复合物稳定性下降42%
- 电荷相互作用贡献占比从pH8.0的23%降至pH4.0的18%

#### 2. 能量贡献分析
- **疏水作用**：pH8.0时贡献最大（-34.13 kcal/mol），占总体稳定能的89%
- **静电作用**：pH4.0时增强（-16.54 kcal/mol），与酸性环境中的质子化残基形成盐桥
- **极性溶剂化**：pH8.0时DEET的极性溶剂化能（-42.10 kcal/mol）比ZINC71773878（22.09 kcal/mol）更负，表明ZINC71773878的疏水特性更优

### 四、实验验证与效果评估
#### 1. 驱虫活性测试
采用Klun法进行驱虫活性测试，结果显示：
- **ZINC71773878**在3000 μmol/100 μL浓度下，驱避率达90%（DEET为78%）
- **ED50**（半数抑制浓度）为1210 μmol/100 μL，显著低于DEET的ED50值
- **ED99**（99%抑制浓度）达10,382 μmol/100 μL，显示优异剂量依赖性

#### 2. 作用机制验证
- **氢键网络**：在pH8.0时，ZINC71773878与Phe123形成关键氢键（持续36.3%模拟时间）
- **π堆积作用**：与Trp114的苯环形成稳定π堆积（作用时间占比达82%）
- **动态稳定性**：40纳米秒模拟显示，ZINC71773878的复合物结构波动幅度（RMSF）仅为1.56 ?，优于DEET的1.76 ?

### 五、制剂开发与稳定性测试
#### 1. 脂质体制剂设计
- **最佳配方**：磷脂酰丝氨酸（20%）+ 磷脂酰胆碱（46.7%）+吐温80（33.3%）
- **性能参数**：
- 水平分散指数：0.17（接近理想值0）
- Zeta电位：-25.51 mV（最佳乳糜微粒稳定范围-30 mV至-50 mV）
- 皮肤保留率：60.66%（符合WHO推荐标准）

#### 2. 稳定性预测
- **加速稳定性测试**（50°C，75%湿度）：
- 90天降解率<5%
- 180天主成分保留率>85%
- **极端条件耐受性**：在pH4.0酸性环境中仍保持38%的活性成分稳定

### 六、创新性与应用前景
1. **作用机制创新**：首次阐明pH依赖性结合机制，揭示在唾液释放环境（pH4.0）中通过质子化残基维持结合稳定
2. **安全性优势**：
- 皮肤刺激风险：0（低于DEET的0.16）
- 眼部刺激性：0.02（远优于DEET的0.16）
- 呼吸毒性：0.77（符合WHO GRAS标准）
3. **生态友好性**：生物降解率（72小时）达91%，优于传统驱虫剂

### 七、技术挑战与未来方向
1. **pH调控技术**：需开发缓释制剂维持唾液pH梯度下的稳定结合
2. **多靶点优化**：考虑同时靶向AaegOBP1和AaegMIP蛋白的协同效应
3. **制剂兼容性**：需验证与常见防晒剂（如氧苯酮）的相容性

本研究为新型驱虫剂开发提供了完整技术路径，ZINC71773878在实验室条件下已展现出优于DEET的驱避效果和安全性，建议进入临床试验阶段。后续研究可结合基因编辑技术（如CRISPR敲除AaegOBP1基因）进行机制验证，并开展现场 efficacy试验。