Coleus aromaticus 植物化合物的杀幼虫功效及生态毒理学特征对 Aedes albopictus 的体外 (In vitro) 和计算机模拟 (In silico) 评估

《The Journal of Basic and Applied Zoology》：Larvicidal efficacy and ecotoxicological profile of Coleus aromaticus phytocompounds against Aedes albopictus: In vitro and in silico Assessment

　　

背景蚊子是危及生命的疾病的主要传播媒介，包括登革热、基孔肯雅热、黄热病、寨卡、疟疾、西尼罗热和日本脑炎，对全球公共卫生构成重大挑战。合成杀虫剂耐药性的广泛出现及其不利的环境影响，加剧了对可持续和生态友好型替代品的需求。在此背景下，植物来源的植物化合物（phytocompounds）作为潜在的杀幼虫剂受到了关注。结果Coleus aromaticus 的甲醇叶片提取物对白纹伊蚊（Aedes albopictus）的不同龄期表现出潜在的杀幼虫活性。半致死浓度（LC₅₀）值确定为 81.73 ppm（二龄幼虫）、94.77 ppm（三龄幼虫）、107.33 ppm（四龄幼虫）和 136.06 ppm（蛹），表明龄期依赖性敏感性。针对白纹伊蚊唇部相互作用唾液蛋白 2（LIPS-2；PDB ID: 7TDR）的分子对接分析揭示了植物成分（包括芦丁（rutin，-5.536 kcal/mol）、芹菜素（apigenin，-5.413 kcal/mol）、香芹酚（carvacrol，-5.203 kcal/mol）和槲皮素（quercetin，-5.131 kcal/mol））的显著结合亲和力。此外，使用 ProTox-3.0 进行的计算机模拟生态毒理学评估预测所评估的化合物具有低毒性特征，支持其环境安全性。结论研究结果表明，C. aromaticus 具有强大的杀幼虫活性，其生物活性植物化合物与靶蛋白表现出显著的分子相互作用，且预测的生态毒性较低。这些结果凸显了其作为可持续蚊虫媒介控制策略开发中有前途的、生态友好型替代品的潜力。图形摘要此图像的替代文本可能由 AI 生成。背景蚊子是危及生命的疾病的主要传播媒介，包括登革热、基孔肯雅热、黄热病、寨卡、疟疾、西尼罗热和日本脑炎，对全球公共卫生构成重大挑战。合成杀虫剂耐药性的广泛出现及其不利的环境影响，加剧了对可持续和生态友好型替代品的需求。在此背景下，植物来源的植物化合物（phytocompounds）作为潜在的杀幼虫剂受到了关注。结果Coleus aromaticus 的甲醇叶片提取物对白纹伊蚊（Aedes albopictus）的不同龄期表现出潜在的杀幼虫活性。半致死浓度（LC₅₀）值确定为 81.73 ppm（二龄幼虫）、94.77 ppm（三龄幼虫）、107.33 ppm（四龄幼虫）和 136.06 ppm（蛹），表明龄期依赖性敏感性。针对白纹伊蚊唇部相互作用唾液蛋白 2（LIPS-2；PDB ID: 7TDR）的分子对接分析揭示了植物成分（包括芦丁（rutin，-5.536 kcal/mol）、芹菜素（apigenin，-5.413 kcal/mol）、香芹酚（carvacrol，-5.203 kcal/mol）和槲皮素（quercetin，-5.131 kcal/mol））的显著结合亲和力。此外，使用 ProTox-3.0 进行的计算机模拟生态毒理学评估预测所评估的化合物具有低毒性特征，支持其环境安全性。结论研究结果表明，C. aromaticus 具有强大的杀幼虫活性，其生物活性植物化合物与靶蛋白表现出显著的分子相互作用，且预测的生态毒性较低。这些结果凸显了其作为可持续蚊虫媒介控制策略开发中有前途的、生态友好型替代品的潜力。图形摘要此图像的替代文本可能由 AI 生成。

论文解读文章

**研究背景与问题**

蚊媒传染病（如登革热、基孔肯雅热、黄热病、寨卡、疟疾、西尼罗热和日本脑炎）对全球公共卫生构成严重威胁。白纹伊蚊（Aedes albopictus）作为一种高度入侵和医学上重要的媒介物种，因其卓越的生态适应性和在多种人工容器（如轮胎、花盆、废弃塑料容器）中繁殖的能力，已从南亚扩散至全球热带、亚热带和温带地区。传统上，有机磷类（如双硫磷、马拉硫磷）、氨基甲酸酯类和拟除虫菊酯类（如氯菊酯、溴氰菊酯）等合成化学杀虫剂被广泛用于媒介控制，但长期和不加区分的使用导致了杀虫剂抗性、环境污染和非靶标毒性等不利影响。因此，迫切需要开发可持续、生态友好且可生物降解的替代方案。植物源杀虫剂（botanical larvicides）因其富含生物活性次级代谢产物（如生物碱、萜类、黄酮类、皂苷和酚类化合物），具有杀虫、驱避和生长调节活性，成为潜在的绿色替代品。本研究选取了芳香药用植物Coleus aromaticus（唇形科），该植物在阿育吠陀和悉达医学中常用于治疗咳嗽、哮喘、皮肤感染、消化疾病和炎症，其含有的单萜（如香芹酚、百里香酚、丁香酚）、黄酮类、酚酸等成分已被报道具有抗菌、抗氧化、抗炎和杀虫特性。研究人员旨在评估C. aromaticus叶片提取物对白纹伊蚊的杀幼虫活性，并通过分子对接分析其主要植物成分与蚊虫靶蛋白的分子相互作用，以验证其作为可持续、生态友好型生物控制剂的潜力。该论文发表在《The Journal of Basic and Applied Zoology》。

**主要关键技术方法**

研究人员从印度泰米尔纳德邦坦贾武尔区Karambayam村采集C. aromaticus健康叶片，经分类学家P. Durairaj博士鉴定。使用索氏提取器以甲醇为溶剂制备叶片提取物。幼虫来源：从印度泰米尔纳德邦马杜赖的媒介控制研究中心（VCRC）获得白纹伊蚊卵，幼虫在实验室条件下（27±2°C，相对湿度75-85%）以酵母粉和狗粮（1:1）饲养。采用WHO指南（略有修改）进行杀幼虫和杀蛹生物测定，使用不同浓度提取物（50-300 ppm）处理二、三、四龄幼虫和蛹，24小时后记录死亡率，并用Abbott公式校正。使用Probit分析（SPSS 21版）计算LC₅₀和LC₉₀。基于文献报道的C. aromaticus植物化学成分，选取17种化合物（如芦丁、芹菜素、槲皮素、香芹酚等）作为配体，从PubChem数据库获取结构，用Schr?dinger套件的LigPrep模块和OPLS-2005力场制备。靶蛋白为白纹伊蚊唇部相互作用唾液蛋白2（LIPS-2，PDB ID: 7TDR），从RCSB蛋白质数据库获取，用Protein Preparation Wizard处理。使用Schr?dinger套件进行分子对接，并用Prank Web服务器识别结合位点。生态毒性评估使用在线工具ProTox-3.0，基于SMILES表示预测化合物的毒性概率。

**研究结果**

**Larvicidal and pupicidal activity（杀幼虫和杀蛹活性）**
通过体外生物测定发现，C. aromaticus甲醇叶片提取物对白纹伊蚊各龄期幼虫和蛹表现出剂量依赖性杀灭活性。24小时暴露后，对照无死亡。LC₅₀值分别为二龄幼虫81.73 ppm、三龄幼虫94.77 ppm、四龄幼虫107.33 ppm、蛹136.06 ppm；LC₉₀值分别为198.23、213.42、254.21和352.96 ppm，表明提取物对不同发育阶段均有显著活性，且幼虫及蛹的敏感性随龄期增加而降低。

**Molecular docking analysis（分子对接分析）**
通过计算机模拟分子对接，研究评价了17种C. aromaticus植物成分与LIPS-2蛋白的相互作用。对接得分显示：芦丁（rutin）得分最高（-5.536 kcal/mol），与LYS224、GLU182、GLU267、LYS264、ASP220和ALA178形成6个氢键；芹菜素（apigenin）得分为-5.413 kcal/mol，与GLU182和LYS217形成氢键，并有疏水相互作用；香芹酚（carvacrol）得分为-5.203 kcal/mol，与GLU182形成氢键；槲皮素（quercetin）得分为-5.131 kcal/mol，与GLU182、GLU267和LYS224形成氢键。其他化合物如金圣草黄素（chrysoeriol，-4.954 kcal/mol）、百里香酚（thymol，-4.675 kcal/mol）、异野黄苓素（cirsimaritin，-4.658 kcal/mol）、百里醌（thymoquinone，-4.612 kcal/mol）等也表现出中等结合亲和力。这些结果表明植物成分能与靶蛋白稳定结合，可能干扰其功能。

**Eco toxicity profile（生态毒性特征）**
使用ProTox-3.0评估所选植物化合物的预测生态毒性。结果（图3、表5）显示，所有植物化合物的毒性概率值≤0.50，表明相对较低的预测毒性；而合成杀虫剂（马拉硫磷、对硫磷、噻虫胺、硫丹、残杀威）的概率值>0.50，提示更高的潜在环境风险。然而，这些为计算预测，需通过非靶标生物实验验证。

**讨论与结论**

讨论部分指出，体外生物测定与分子对接结果一致，表明C. aromaticus的植物成分可能通过多重互补机制（如酶抑制、膜破坏、干扰代谢和内分泌过程）发挥杀幼虫活性。芦丁、芹菜素、香芹酚和槲皮素的高结合亲和力支持其主导作用。研究同时强调了溶剂极性对提取活性成分的重要性，以及整合计算与实验方法筛选生物活性分子的优势。但研究存在局限性：实验室条件可能不反映田间场景；未进行植物化学分离和定量分析；生态毒理学仅为计算机预测，缺乏非靶标生物验证。未来需分离活性化合物、通过生化实验验证靶点、进行田间试验以及开发制剂。结论部分翻译如下：

**结论（Conclusion）** 本研究揭示了C. aromaticus对白纹伊蚊具有潜在的杀幼虫活性，这一点由体外杀幼虫生物测定所证实，并得到计算机模拟分子对接分析的支持。植物提取物产生了浓度依赖的幼虫死亡率，表明其作为传统化学杀幼虫剂天然替代品的潜力。分子对接进一步揭示了所选植物化合物与蚊虫发育和解毒途径相关靶蛋白之间的有利相互作用，提示了观察到的杀幼虫活性可能的作用机制。此外，计算环境安全预测表明，所选植物化合物不太可能造成显著的生态风险。未来的研究应集中于活性植物化合物的分离与表征、通过生化测定验证分子靶点、以及在田间条件下评估功效。非靶标生物的毒理学研究和制剂开发对于促进其在媒介控制项目中的实际应用也至关重要。总体而言，这些发现凸显了C. aromaticus作为植物源杀幼虫剂来源在综合媒介管理中的潜力。然而，在大规模应用之前，还需要涉及植物化学表征、制剂优化、田间验证和毒理学评价的进一步研究。