《BioMed Research International》：Scaffold-Hunting From Pyriproxyfen: A Biochemoinformatic Route to Novel Insecticidal Leads
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媒介传播疾病仍然是全球重大的健康关切，尤其在热带和亚热带地区，社会经济条件往往有利于媒介的增殖。吡丙醚（pyriproxyfen）是一种保幼激素类似物（juvenile hormone analog），被用作针对埃及伊蚊（Aedes aegypti）的杀幼虫剂
媒介传播疾病仍然是全球重大的健康关切，尤其在热带和亚热带地区，社会经济条件往往有利于媒介的增殖。吡丙醚（pyriproxyfen）是一种保幼激素类似物（juvenile hormone analog），被用作针对埃及伊蚊（Aedes aegypti）的杀幼虫剂，以其快速作用、低毒性和良好的环境特性而闻名。由于这些特性，研究人员选择吡丙醚作为参考骨架，通过基于配体的虚拟筛选（ligand-based virtual screening）探索结构和静电上相似的化合物。研究使用了ChemBridge DIVERSet-CL数据库（约100,000个化合物），应用ROCS进行形状相似性比较，EON进行静电势比较。基于与参考化合物相比更优的药代动力学和毒理学性质，共鉴定出35个排名最高的分子。随后，研究人员进行了分子对接分析，以评估与所选生物靶标——乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）及来自不同生物的保幼激素结合蛋白（juvenile hormone-binding proteins）——的结合亲和力和相互作用模式。两个化合物LMQC3和LMQC23对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）AChE（?11.4和?10.6 kcal/mol）、冈比亚按蚊（Anopheles gambiae）AChE（?10.19和?10.21 kcal/mol）以及人AChE（?9.91和?9.95 kcal/mol）表现出强结合亲和力。此外，它们对埃及伊蚊（A. aegypti）保幼激素蛋白表现出高亲和力（?11.83和?11.94 kcal/mol），超过了参考配体。这两个分子均与催化残基建立了关键相互作用，支持其潜在的双重抑制活性。这些发现表明，LMQC3和LMQC23是具有多靶点潜力的有前景的候选杀虫剂，显示出良好的预测靶标结合谱以及令人鼓舞的计算机模拟药代动力学和毒性特征。它们的开发可能有助于下一代蚊虫控制策略，并有助于减缓虫媒病毒相关疾病的传播。
以吡丙醚为先导骨架发掘新型杀虫候选化合物是当前媒介传染病防控研究的重要方向。节肢动物，尤其是蚊科（Culicidae）中的多种昆虫，可传播由病毒、细菌和原生动物引起的严重疾病，对全球公共卫生系统造成重大负担。埃及伊蚊作为登革热、黄热病、寨卡和基孔肯雅热等多种疾病的主要传播媒介，其防控尤为关键。然而，传统合成化学杀虫剂的过度依赖已导致媒介种群抗药性的发展，疾病发病率随之上升。因此，开发对靶标昆虫具有高选择性、同时对宿主和生态系统安全的下一代杀虫剂已成为迫切需要。
在此背景下，研究人员开展了一项整合多种计算机辅助药物设计方法的生物化学信息学研究，旨在从已知安全有效的杀幼虫剂吡丙醚（pyriproxyfen）出发，系统筛选结构新颖且具有潜在多靶点活性的杀虫先导化合物。吡丙醚是一种保幼激素（juvenile hormone，JH）类似物，由住友化学株式会社于20世纪90年代开发，已被世界卫生组织认可用于饮用水中的低浓度蚊虫控制。其通过干扰昆虫激素平衡而发挥快速杀幼虫作用，且具有低哺乳动物毒性和良好环境持久性。然而，现有杀虫剂研发策略常常局限于单一靶标或单一评价终点，缺乏从多维度整合化合物结构相似性、药代动力学性质、毒理学风险和多重生物靶标结合能力的系统性工作流程。
研究人员以吡丙醚的生物活性构象为参考模板，基于配体与结构的整合计算策略开展虚拟筛选。研究首先利用ROCS软件基于高斯体积重叠算法对ChemBridge DIVERSet-CL数据库（约100,000个化合物）进行形状相似性筛查，选取前2000个化合物；继而使用EON软件计算静电相似性（electrostatic Tanimoto指数），通过ET_combo指标整合形状与静电信息，筛得前100个候选物。随后，利用QikProp软件评估药代动力学性质，以“stars”参数和Lipinski五规则及Jorgensen三规则为筛选依据，保留35个化合物；再经DEREK平台进行毒理学预警分析，排除存在肝毒性、肾毒性、致敏性或致癌性警示信号的分子，最终15个化合物进入后续评价。通过PASS在线服务器预测生物活性，以Multilevel Neighboring of Atoms（MNA）描述符识别具有杀虫和抗胆碱酯酶活性的候选分子。ProTox工具用于预测大鼠经口急性毒性LD50值及其毒性分级。最终，LMQC3和LMQC23因综合表现优异而被推进至分子对接阶段。分子对接使用DockThor软件，以黑腹果蝇AChE（PDB ID: 6XYU）、冈比亚按蚊AChE（PDB ID: 6ARY）、人AChE（PDB ID: 4M0E）和埃及伊蚊保幼激素结合蛋白（PDB ID: 5V13）为靶标，以共晶配体I40、BT7、1YL和JHIII及吡丙醚为参照，通过红对接RMSD值验证了对接流程的可靠性（分别为0.29、0.37、1.81和1.33 ?）。
研究结果部分的关键发现可归纳如下。在ROCS与EON虚拟筛选中，研究人员从ChemBridge DIVERSet-CL库中基于形状和静电相似性鉴定出前100个候选分子，经药代动力学和毒理学筛选后获得15个无毒性警报的化合物。PASS生物活性预测显示，其中8个分子具有与乙酰胆碱相关的作用预测，LMQC271的神经肌肉阻断活性概率（Pa=0.573）最为突出。经口毒性预测将所有测试化合物划分为不同毒性等级：LMQC23为V级（LD50=2400 mg/kg），毒性最低；LMQC271为III级（LD50=200 mg/kg），风险最高；其余多为IV级。基于低口服毒性优先原则，LMQC3和LMQC23被选择进行后续研究。AChE活性位点比较分析揭示三种物种间存在保守的催化三联体结构（D. melanogaster：Ser238/Glu367/His480；A. gambiae：Ser360/Glu359/His600；人：Ser203/Glu334/His447），但残基编号和序列组成存在差异，且6ARY结构代表一种G280S抗药性突变体。分子对接结果显示，LMQC3和LMQC23对果蝇AChE的结合自由能分别为?11.4和?10.6 kcal/mol，优于对照I40（?10.8 kcal/mol）和吡丙醚（?11.1 kcal/mol）；对按蚊AChE分别为?10.19和?10.21 kcal/mol，显著优于BT7（?7.3 kcal/mol）和吡丙醚（?9.84 kcal/mol）；对人AChE分别为?9.91和?9.95 kcal/mol，高于1YL（?8.8 kcal/mol），略低于吡丙醚（?10.23 kcal/mol）；对埃及伊蚊JH蛋白分别为?11.83和?11.94 kcal/mol，显著优于JHIII（?8.7 kcal/mol），与吡丙醚（?11.98 kcal/mol）相当。相互作用分析表明，两个化合物与各靶标活性位点的关键芳香族残基（如Trp81、Tyr334、Tyr120、Tyr129、Trp53等）建立了氢键、疏水作用和π-π堆积等多种非共价相互作用，约47个氨基酸残基参与了配体-靶标结合，其中酪氨酸（Tyr）出现频率最高。合成可及性评价中，SwissADME平台给出的SA评分LMQC3为3.38、LMQC23为3.17，AMBIT-SA评分分别为63.10和70.46，均处于易于合成的范围内。亲脂性和水溶性预测显示两个化合物均高度亲脂（共识LogPo/w分别为2.04和2.78），水溶性较低（共识LogS分别为?4.01和?4.68），体内实验时需借助有机共溶剂助溶。理论合成路线设计表明，LMQC3可通过羧酸-胺缩合一步合成，LMQC23则需经由苯并噁唑形成和酰胺偶联两步反应，合成方案均基于成熟的有机反应。
在讨论部分，研究人员指出，本工作整合了基于配体和基于受体的多重计算策略，相较于以往仅聚焦单一靶标或单一方法的研究，提供了更全面的候选物优先级排序方案。LMQC3和LMQC23在AChE和JH受体两个靶标上均表现出优异的预测结合能力，支持其潜在的双重抑制活性，这与杀虫剂设计中多靶点策略的理念相符。同时，由于冈比亚按蚊6ARY结构代表抗药性突变体，两个化合物在该靶标上的良好结合提示其可能克服某些抗药性机制。研究结论指出，鉴于昆虫对传统杀虫剂抗药性的不断加剧，开发对媒介物种更具选择性且对人和环境影响更小的新型化合物极为迫切。分子对接成功鉴定了能够竞争性结合AChE和JH受体活性位点的候选化合物。LMQC3和LMQC23在全部计算机模拟流程中始终保持优异表现，其结合模式与已确立的参考标准（I40、1YL、BT7、JHIII和吡丙醚）高度相似，结合自由能优于或等同于对照组。这两个分子代表了有前景的杀虫候选物，研究团队正致力于开发特定制剂以开展后续体内验证研究。
