Piper cyrtopodon (Miq.) C.DC (Piperaceae) 精油及其主要化合物对埃及伊蚊（Aedes aegypti）(Linnaeus, 1762) (Culicidae) 的分子机制与驱避功效研究

《Archiv der Pharmazie-Chemistry in Life Sciences》：Molecular Insights and Repellent Efficacy of the Essential Oil and Major Compounds From Piper cyrtopodon (Miq.) C.DC (Piperaceae) Against Aedes aegypti (Linnaeus, 1762) (Culicidae)

　　

登革热是一种主要由埃及伊蚊（Aedes aegypti）传播的蚊媒传染病，仍是全球重大公共卫生问题。2024年美洲地区报告超过1300万例病例，2025年已超过400万例，凸显了制定有效预防策略的紧迫性。驱避剂是减少蚊-人接触最实用的工具之一。在本研究中，Piper cyrtopodon 精油（EO）和 cadina-1(10),4-二烯表现出最高的驱避功效（EC₅₀ = 2.68 和 2.31 mg/cm²），其次是 germacrene D 和 δ-榄香烯（EC₅₀ = 3.85 和 4.54 mg/cm²）。所有处理在实验室条件下均保持高达270分钟的高驱避水平，表现出与参照化合物 DEET 在实验条件下相当的性能。与蚊虫气味结合蛋白 OBP1 和 OBP22 的分子对接表明，主要化合物具有良好的结合相互作用（OBP1 为 -6.8 至 -8.4 kcal/mol，OBP22 为 -6.8 至 -7.3 kcal/mol），涉及结合口袋内的疏水性和芳香性接触。ADMET 预测显示高亲脂性、低水溶性和有限的全身吸收。在 Vero 细胞和 PBMC 细胞中，浓度高达 25 μg/mL 处理72小时未观察到显著细胞毒性。这些发现突出了 P. cyrtopodon 精油作为具有驱避活性的天然化合物来源的潜力，特别强调其在受控实验室条件下的行为驱避作用。

该研究聚焦于开发新型天然蚊虫驱避剂的迫切需求，针对登革热等蚊媒传染病防控中合成驱避剂（如DEET）存在的皮肤刺激性、系统毒性及环境风险等局限性，探索亚马逊地区未被充分研究的药用植物 Piper cyrtopodon 的驱蚊潜力。研究人员采用整合性研究策略，结合行为学实验、分子对接模拟及体外安全性评价，系统评估了该植物精油及其主要倍半萜成分对埃及伊蚊的驱避活性与作用机制。

研究使用的关键技术方法包括：基于世界卫生组织指南的双选择嗅觉仪（dual-choice olfactometer）行为学实验，测定空间驱避率及持效时间；采用 AutoDock Vina 软件对 OBP1（PDB ID: 3N7H，源自 Anopheles gambiae）和 OBP22（PDB ID: 6OGH，源自 Aedes aegypti）进行分子对接研究，通过 RMSD 验证对接方案可靠性；运用 ADMETlab 3.0 网络平台预测化合物吸收、分布、代谢、排泄及毒性特征；采用 MTT 比色法在 Vero 细胞系（CCL-81，源自非洲绿猴肾细胞，ATCC 来源）和人外周血单个核细胞（PBMCs，来源于10名健康供体）中进行细胞毒性评价。精油及主要成分源自 P. cyrtopodon 叶片，经气相色谱-质谱联用（GC-MS）和气相色谱-氢火焰离子化检测（GC-FID）鉴定，主要成分为 germacrene D（57.46%）、cadina-1(10),4-二烯（10.57%）和 δ-榄香烯（8.0%）。蚊虫样本来自巴西国家亚马逊研究院疟疾与登革热实验室的标准化饲养种群。

空间驱避性实验结果表明，P. cyrtopodon 精油对埃及 Ricinus communis 表现出显著的浓度依赖性驱避效应，驱避率从13%上升至100%。双因素方差分析显示浓度和处理因素均有显著影响（p < 0.0001），且存在交互作用。精油的主要成分同样呈现浓度依赖性驱避活性：cadina-1(10),4-二烯驱避率范围为21%-100%，germacrene D 为9%-91%，δ-榄香烯为2%-86%。在中等浓度时，精油与 cadina-1(10),4-二烯无显著差异（p > 0.05），而 δ-榄香烯在所有浓度下均表现最低（p < 0.0001）。Probit 分析量化了各化合物的效价强度：精油 EC₅₀ = 2.68 mg/cm²、EC₉₀ = 7.55 mg/cm²，与 cadina-1(10),4-二烯（EC₅₀ = 2.31 mg/cm²、EC₉₀ = 7.11 mg/cm²) 接近，提示该化合物可能是精油活性的主要贡献者。Germacrene D 呈中等活性（EC₅₀ = 3.85 mg/cm²），δ-榄香烯效价最低（EC₅₀ = 4.54 mg/cm²）。

驱避持效性实验结果显示，在 EC₉₀ 浓度下，精油及其三种主要成分在整个观察期内均表现出强效驱避活性。前210分钟内，所有处理包括 DEET 均保持100%驱避率，无统计学差异（p > 0.05）。240分钟时，仅精油出现轻微下降至95%，其余化合物及 DEET 仍维持完全驱避。270分钟终末评估时，精油降至93.33%，germacrene D 为95%，δ-榄香烯为96.66%，DEET 为95.66%，而 cadina-1(10),4-二烯仍保持100%完全有效。重复测量双因素方差分析揭示时间和化合物因素均有显著效应（p < 0.0001），且存在高度显著的交互作用，表明驱避活性随处理时间和化合物类型而变化，差异仅在长时暴露后（≥240分钟）显现。这些结果凸显 cadina-1(10),4-二烯作为最持久成分的优异性，同时也提示精油中多种倍半萜可能存在协同增效作用。

分子对接研究结果表明，RMSD 值 ≤ 2.0 ? 验证了对接方案的可靠性：OBP1-DEET 复合物 RMSD 为 0.29 ?，OBP22-亚油酸复合物为 1.23 ?。对于 OBP1，共晶配体 DEET 显示强亲和力（-7.6 kcal/mol；Ki = 2.69 μM），而 cadina-1(10),4-二烯呈现更有利的预测亲和力（-8.4 kcal/mol；Ki = 0.69 μM），形成烷基、π-烷基和 π-sigma 相互作用；germacrene D（-7.4 kcal/mol）和 δ-榄香烯（-6.8 kcal/mol）亲和力相对较低。对于 OBP22，天然配体亚油酸亲和力为 -7.7 kcal/mol，天然化合物中 cadina-1(10),4-二烯（-7.3 kcal/mol）、germacrene D（-7.2 kcal/mol）和 δ-榄香烯（-6.8 kcal/mol）呈现相似的疏水和 π 型接触模式，DEET 显示 -7.9 kcal/mol 的亲和力。总体而言，cadina-1(10),4-二烯对两种 OBP 均显示最优结合特性，可能与其行为学实验中观察到的最强驱避活性相关。

ADMET 性质预测结果表明，各成分呈现典型亲脂性倍半萜特征：logP 值 4.53-4.96，logS -4.46 至 -5.01，均显著高于 DEET（logP 2.13；logS -1.44）。Caco-2 和 MDCK 渗透性模型预测所有化合物被动扩散能力有限。血浆蛋白结合率天然化合物（94.40%-98.40%）高于 DEET（78.90%）。血脑屏障穿透性方面，germacrene D 最低，cadina-1(10),4-二烯和 DEET 较高。毒性预测显示所有天然化合物均具高度眼刺激性（0.9-1.0）；germacrene D 呈中等致突变性（0.5-0.7）和致癌性（0.3-0.5），而 cadina-1(10),4-二烯和 δ-榄香烯致突变性低（0.1-0.3）但致癌性中等（0.5-0.7）；皮肤致敏性 germacrene D（0.9-1.0）和 δ-榄香烯（0.7-0.9）较高，DEET 中等（0.5-0.7），cadina-1(10),4-二烯较低（0.3-0.5）；所有化合物血液毒性均低（0.1-0.3）。

细胞毒性实验结果显示，最低浓度（3 μg/mL）时所有处理均维持100%细胞活力，无细胞毒性。100 μg/mL 高浓度下，精油和 cadina-1(10),4-二烯导致 Vero 细胞活力显著下降（19.0%-17.6% 及 19.7%-14.3%）。相反，germacrene D 和 δ-榄香烯毒性低，最高浓度下 Vero 细胞活力分别维持 90.7%-86.7% 和 89.0%-86.0%。人 PBMCs 验证实验显示一致趋势：100 μg/mL 时精油（66.3%）和 cadina-1(10),4-二烯（51.7%）显著降低细胞活力，而 germacrene D（92.7%）和 δ-榄香烯（91%）保持高于90%的活力。DMSO 阳性对照显示低活力（<10%），证实检测方法的灵敏可靠性。

讨论部分，研究人员指出精油的驱避功效可能源于挥发性倍半萜的协同作用，通过不同结构和理化特性共同调控蚊虫嗅觉感知：germacrene D 的适度挥发性利于扩散和受体相互作用；cadina-1(10),4-二烯的共轭双键结构形成持久嗅觉屏障；δ-榄香烯的高亲脂性增强表面附着和缓释效果。这种"挥发性-亲脂性"平衡机制部分模拟了 DEET 干扰气味分子与 OBP 结合的作用模式，但天然来源降低了毒性和环境风险。与其他植物源精油比较，P. cyrtopodon 精油在效价和持效性方面表现更优。分子对接结果提示 sesquiterpenes 可能通过占据 OBP1 和 OBP22 的疏水口袋，阻碍人体挥发性分子的识别及嗅觉信号转导，但尚需实验验证。ADMET 预测的高亲脂性、低水溶性和有限氢键能力有利于皮肤附着、控制挥发及减少系统吸收，低中枢神经系统渗透性进一步支持其外用安全性。细胞毒性数据表明，实际使用浓度下各成分均保持高细胞活力，germacrene D 和 δ-榄香烯尤其显示出优异生物相容性，与同属其他 Piper 物种报道一致。

研究结论指出，P. cyrtopodon 精油及其主要成分在实验室条件下对埃及伊蚊具有显著驱避活性。化学表征、行为学实验和计算机模拟分析的整合为潜在作用机制提供了初步见解。这些发现凸显了亚马逊植物作为具有驱避活性生物活性化合物来源的相关性，但仍需进一步研究以验证野外条件下的效果，并支持适用于人体皮肤的制剂开发。该论文发表在《Archiv der Pharmazie-Chemistry in Life Sciences》。