4-炔丙氧基苯磺酰胺作为V-ATP酶抑制剂的杀虫机制：酶学与转录组学解析

【编辑推荐】本研究针对害虫抗药性难题，通过计算机辅助药物设计(CADD)靶向斜纹夜蛾(M. separata)V-ATP酶H亚基，发现新型化合物4-propargyloxybenzenesulfonamide，其LC50值较天然杀虫剂Celangulin V提升20倍。酶学实验证实该化合物通过抑制V-ATPase活性(100 μM时抑制率达69.3%)及干扰溶酶体酸化通路发挥杀虫作用，为可持续农药研发提供新思路。

　　

随着全球人口激增和粮食安全压力加剧，害虫防治已成为保障农业生产的关键环节。然而，传统化学农药的过度使用导致害虫抗药性日益严重，同时引发生态环境破坏。斜纹夜蛾(Mythimna separata)和小菜蛾(Plutella xylostella)作为主要农业害虫，每年造成巨大经济损失。在此背景下，靶向害虫特有生理机制的新型杀虫剂研发迫在眉睫。

西北农林科技大学陕西省植物源农药研发重点实验室的研究团队将目光聚焦于液泡型H⁺-ATP酶(V-ATPase)——这种多亚基复合物通过ATP水解驱动质子跨膜转运，其H亚基对酶功能具有决定性作用。前期研究发现植物源杀虫剂Celangulin V可通过作用于V-ATPase H亚基发挥药效，但效价有限。为此，研究人员采用计算机辅助药物设计(CADD)策略，以酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)V-ATPase H亚基为模板建立斜纹夜蛾同源模型，通过虚拟筛选发现苯磺酰胺衍生物4-propargyloxybenzenesulfonamide具有潜在活性。

本研究采用多学科技术手段验证该化合物的杀虫机制。通过生物测定评估其对两种害虫的致死中浓度(LC₅₀)，采用酶动力学分析检测其对V-ATPase活性的抑制效应，运用分子对接模拟化合物与靶标蛋白的相互作用模式，并借助RNA测序(RNA-seq)解析其对害虫基因表达谱的影响。

杀虫活性验证
对斜纹夜蛾和小菜蛾三龄幼虫的毒力测试显示，4-propargyloxybenzenesulfonamide的LC₅₀分别为1.206 mg/mL和0.551 mg/mL，较Celangulin V提升约20倍。这一结果证实该合成化合物具有显著更强的杀虫效力。

酶学机制解析
体外实验表明，该化合物对斜纹夜蛾中肠V-ATPase活性呈现浓度依赖性抑制，100 μM浓度下抑制率达69.3%，显著高于同浓度Celangulin V的24.6%抑制率。分子对接揭示其与V-ATPase H亚基Asn433残基形成稳定氢键，这种特异性相互作用可能是其高效抑制的结构基础。

转录组学启示
RNA-seq分析发现，处理组幼虫的吞噬体通路相关基因显著富集，提示化合物通过破坏V-ATPase介导的溶酶体酸化过程干扰细胞代谢。这一发现从系统生物学角度阐明了其作用网络。

该研究不仅证实V-ATPase H亚基可作为高效杀虫剂的理想靶点，更通过理性药物设计获得具有化学优化潜力的先导化合物。4-propargyloxybenzenesulfonamide的强效抑制作用与明确作用机制，为开发环境友好型靶向农药提供了新范式。相关成果发表于《Pesticide Biochemistry and Physiology》，为应对农药抗性挑战提供了创新解决方案。