综述：神经肽通路作为操纵昆虫行为和通讯的下一代靶点

《Entomologia Experimentalis et Applicata》：Neuropeptide Pathways as Next-Generation Targets for Manipulating Insect Behaviour and Communication

　　

昆虫表现出广泛复杂的行为，尽管它们的神经系统相对简单，神经肽已成为连接神经处理与生理状态和行为的关键信号分子。本综述整合了当前对昆虫神经肽系统的理解，聚焦于它们在调节行为和通讯中的作用，包括摄食、繁殖、学习、应激反应和费洛蒙介导的相互作用。研究人员概述了神经肽能信号传导的进化起源，并强调了基因组学、转录组学和肽组学的最新进展如何扩展了对模型昆虫和害虫昆虫神经肽多样性的认识。本综述不仅仅提供描述性清单，而是考察了主要神经肽家族及其G蛋白偶联受体（GPCR）如何影响行为决策和内部状态依赖的反应。研究人员还讨论了靶向神经肽通路以改变昆虫行为的新兴策略，例如RNA干扰（RNAi）、肽模拟物化合物和小分子受体调节剂，评估了它们作为传统杀虫剂的选择性且环境友好的替代品的潜力。同时，研究人员指出了目前的局限性，包括功能冗余、田间条件下的可变反应、递送和稳定性的挑战以及可能的非靶标效应。通过整合分子、神经生物学和生态学视角，本综述强调神经肽信号通路作为精确操纵昆虫行为和通讯的有前景的工具。持续的跨学科研究对于将这些概念转化为综合害虫管理系统中的实用、可持续的应用至关重要。

1 引言

昆虫拥有高度进化的中枢神经系统（CNS），能够学习、概括规则、理解抽象概念、区分数量、识别同类面孔，并表现出类似情绪的反应。这些行为（复杂认知或简单运动）由神经肽调控，神经肽是一类由神经元和/或神经分泌细胞分泌的小型信号蛋白，作为神经递质、激素、神经调节剂和生长因子发挥作用。它们以无活性的前体形式合成，经前蛋白转化酶（如furin）切割，再由羧肽酶E或D去除残基，并通过肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶（PAM）进行C-末端酰胺化。成熟神经肽储存在分泌颗粒中，从高尔基体转运至细胞膜释放，通过靶细胞膜上的G蛋白偶联受体（GPCR）激活细胞内信号级联反应（如蛋白激酶通路或Ca²⁺、cAMP第二信使），产生多样且持久的生理效应。神经肽在多细胞生物中是最多样且分布最广的信号分子，调控生长、蜕皮、消化、水平衡以及摄食、繁殖、学习和社会行为。昆虫神经肽种类丰富，有些与脊椎动物类型高度相似（如神经肽F、速激肽、硫激肽），有些则为节肢动物特有（如原肠肽、蜕皮激素EH）。神经肽的进化根源可追溯到6亿多年前，早于复杂神经系统，存在于刺胞动物、栉水母动物和扁盘动物中。扁盘动物虽缺乏神经元，但能协调细胞运动，表明基于神经肽的通讯在神经元进化前就已存在。海绵基因组中发现了假定的神经肽基因及加工酶，领鞭毛虫基因组中也含有神经肽信号成分和GPCR基因的同源物，提示早期神经系统很可能以神经肽能为主，而非胺能。

2 昆虫神经肽组学的最新进展

神经肽由3–40个氨基酸残基组成，第一个在昆虫中发现的神经肽是原肠肽（1975年从美洲大蠊中分离），随后在该物种中鉴定了corazonin和短神经肽F（sNPF）。其他家族（如抑咽侧体素、速激肽相关肽、FMRFamide相关肽）通过生化纯化、测序、分子克隆和质谱（MS）分析得以表征。每个神经肽由前体基因编码，含N-末端信号肽，在内质网中去除信号肽后，前体蛋白进入分泌颗粒，被转化酶在KR、KK、RK或RR等二元残基处切割，产生一个或多个成熟神经肽，并可能经历C-末端酰胺化等翻译后修饰。神经肽作为神经递质、神经调节剂、激素或旁分泌生长因子，调控生长、发育、代谢、繁殖以及摄食、觅食、学习、应激反应、睡眠、交配和社会行为等行为。由于这些关键作用，干扰神经肽信号（特别是通过其受体）已成为害虫防治的潜在策略。例如，sNPF显著影响摄食和觅食行为，在果蝇中snpf突变体表现出食物摄入和体型改变，在美洲大蠊中饥饿升高sNPF免疫反应细胞数量和sNPF水平，注射sNPF诱导饱食蟑螂的移动、摄食和觅食行为。神经肽的表达、定位和功能在昆虫间差异很大，同一神经肽可在不同组织中发挥多种生理作用，这种差异源于选择性剪接和组织特异性翻译后修饰，以及发育阶段和性别特异性表达模式。

3 昆虫神经肽：多样性与功能

3.1 昆虫神经肽的分类
昆虫拥有丰富的神经肽库，可根据结构基序、前体序列或生理功能大致分组。最深入研究的包括抑咽侧体素（ASTs）、促咽侧体素（ATs）、速激肽（TKs）、FMRFamide样肽（FLPs）和CAPA肽。每个家族通过特定的GPCR介导通路，对激素分泌、代谢、肌肉活动和水平衡产生特异性调节作用。

3.2 抑咽侧体素（ASTs）
抑咽侧体素是最早发现且功能最多样的昆虫神经肽家族之一，最初被鉴定为抑制咽侧体合成保幼激素（JH）的因子，在协调变态和繁殖中起关键作用。AST-A、AST-B和AST-C三个亚家族已得到表征，分别通过不同的受体亚型发挥作用。AST-A肽通常含有保守的C-末端YXFGL酰胺基序，通过特异性GPCR抑制JH生物合成并调节肌肉收缩。AST-C肽以二硫键为特征，调节中肠运动性和肌抑制活性。同一抑咽侧体素可在不同组织中发挥多种作用。

3.3 促咽侧体素（ATs）
促咽侧体素在功能上与抑咽侧体素拮抗，刺激咽侧体合成JH，促进繁殖成熟和卵黄发生。第一个促咽侧体素受体在家蚕中被克隆和功能表征，对AT肽具有高亲和力。ATs作为肌源性因子，影响内脏肌肉（肠和输卵管）收缩，并与心脏调节、气管扩张和昼夜节律调控相关。在果蝇中，促咽侧体素信号调节飞行活动，可能连接光周期行为控制。进化上，ATs与脊椎动物甘丙肽相关，反映共同的祖先信号机制。

3.4 速激肽（TKs）
速激肽是一个古老的神经肽家族，在昆虫中发挥多效性效应，包括肠道运动、运动、感觉调节和攻击行为。果蝇速激肽受体（DTKR）是第一个被克隆和功能表征的昆虫神经肽受体，两种速激肽受体Takr86C和Takr99D已鉴定，均特异性响应TK配体。速激肽调节内脏肌肉收缩，并作为神经调节剂影响嗅觉处理和运动。

3.5 FMRFamide样肽（FLPs）
FMRFamide样肽是昆虫中最广泛的神经肽之一，以C-末端RFamide基序为特征。果蝇的FMRFamide受体（FR）已被鉴定并去孤儿化。FLPs调节肌张力、心率和繁殖活动。在果蝇和烟草天蛾中，FMRFamide肽作为肌抑制剂，减少肠道和输卵管收缩，还通过作用于GABA能通路调节神经传递。其受体属于A类GPCR，在多种物种中高度保守。

3.6 CAPA肽
CAPA基因家族产生包括围心囊激肽和焦激肽在内的肽，调节水平衡和利尿。果蝇的CAPA受体（CG14575）是首批通过反向药理学去孤儿化的GPCR之一。CAPA肽激活cGMP依赖性通路，增加马氏管分泌，还影响繁殖行为、角质层形成和应激耐受。CAPA肽与脊椎动物神经肽Y和促肾上腺皮质激素释放因子具有序列相似性。

3.7 硫激肽
硫激肽（SK）是一种保守的昆虫神经肽，在多种昆虫中鉴定，调控摄食、消化酶分泌、伤害感受、学习记忆、发育和繁殖。果蝇的硫激肽基因DSK是脊椎动物胆囊收缩素（CCK）的无脊椎动物同源物。DSK信号通过DSK受体调节配偶选择、摄食行为和寿命，独立于胰岛素信号。在橘小实蝇中，硫激肽通过硫激肽受体1（SkR1）调节饥饿下觅食与繁殖的行为权衡，增强对食物相关气味的反应性，同时抑制对交配线索的吸引力。硫激肽信号检测循环果糖水平，通过调节胰岛素样肽信号抑制摄食。

4 神经肽对昆虫通讯的调控

神经肽控制昆虫的多种生理和行为过程，包括关键的通讯功能，如费洛蒙合成以及感觉和运动通路的调节。

4.1 神经肽在繁殖行为中的作用
果蝇的求偶行为涉及追逐、回避、舞蹈、拒绝和交配，交配后雌蝇变得不接纳，开始产卵。这一行为转变主要由雄性精液中的性肽（SP）控制，SP缺陷的雄性交配后雌蝇寿命和繁殖成功率更高。SP受体（也称MIP受体）广泛分布于中枢神经系统（CNS），但在双性神经元中的表达足以触发交配后行为变化。将果蝇SP注射到棉铃虫中可抑制费洛蒙合成和鸣叫行为。在蛾类中，费洛蒙生物合成激活神经肽（PBAN）在刺激费洛蒙产生中起关键作用，沉默PBAN降低雌蝇对雄性的吸引力。交配后雄蝇将抗催情费洛蒙沉积在雌蝇上，通过舌下神经节（SOG）中释放速激肽的神经元介导抑制。其他神经肽如natalisin和神经肽F（NPF）也参与交配行为，NPF在交配后表达增加，性剥夺后降低，被拒绝的雄性更偏好酒精，而NPF水平降低增强酒精寻求行为。

5 神经肽与学习和记忆

昆虫能够通过经验学习并保留信息。与学习和记忆相关的神经肽基因amnesiac（amn）突变导致嗅觉条件反射和电击反应测试中记忆表现异常，仅恢复两个背内侧配对神经元的amn表达即可挽救突变表型。正常果蝇学习时整合时机和风险，而amn突变体仅依赖时机线索，忽略危险。amn基因还影响味觉辨别，使果蝇区分蔗糖浓度。幼虫阶段，amn突变体气味回避长期记忆受损，记忆持续时间缩短近一半。厌恶性记忆和奖赏性记忆持久性不同，均依赖功能性amn基因。此外，amn是冷诱导麻醉敏感记忆（ASM）形成所必需的，也在非联想学习中起关键作用，例如雌蝇在寄生蜂存在时选择在含乙醇基质中产卵，这一适应性偏好持续数天，而amn突变体无法保留此记忆。

6 参与应激和成瘾的神经肽

神经肽F（NPF）在应激反应和成瘾中发挥重要作用。饥饿时，NPF水平降低导致幼虫在低温下停止摄食，而NPF过表达使饱食幼虫摄入有害或营养差的食物。NPF受体（Npfr1）在特定的疼痛感觉神经元中表达，敲低Npfr1消除幼虫对苦味物质的厌恶，过表达抑制糖诱导的TRP通道活性，表明NPF信号具有抗伤害作用。成年果蝇中破坏NPF/NPFR1神经元增加对乙醇镇静的抵抗力。amn突变体对乙醇初始敏感性更高，对热痛刺激反应降低，表明AMN对热伤害感受至关重要。corazonin（CRZ）水平降低降低对乙醇镇静的敏感性，可能与酒精脱氢酶（ADH）调节有关，CRZ被认为是脊椎动物促性腺激素释放激素（GnRH）的昆虫等效物，许多CRZ神经元具有DH31和DH44受体，这两种利尿神经肽是哺乳动物应激相关激素降钙素和促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）的昆虫类似物。

7 研究神经肽功能的工具

理解神经肽功能需要整合分子、神经生理学和行为学工具。在分子层面，转录组和蛋白质组分析鉴定神经肽基因和受体，如通过中枢神经系统转录组学在二十八星瓢虫中鉴定58个神经肽前体和31个受体基因。功能操作工具如RNA干扰（RNAi）和CRISPR-Cas9基因组编辑用于体内验证，例如在草地贪夜蛾中敲除PBAN基因破坏交配行为，橘小实蝇中敲除短神经肽F受体（sNPFR）基因延迟觅食活性并改变嗅觉受体基因表达。神经生理学工具如钙成像、电生理记录和光遗传学将肽信号与神经功能连接，例如果蝇中光遗传激活特定神经元群剖析先天行为。行为分析提供最终验证，如PBAN缺陷的草地贪夜蛾突变体在嗅觉仪测试中配偶吸引力受损，sNPFR突变体橘小实蝇觅食效率降低。

8 神经肽作为行为干扰的靶点

神经肽信号通路提供了多个精确的行为干扰点。设计肽模拟物拮抗剂，如基于抑咽侧体素类似物（H17）修饰的化合物Q6，对二点叶蝉显示杀虫活性；豌豆蚜中sNPF肽模拟物（I-3）在死亡率测试中优于天然sNPF和标准杀虫剂。RNA介导的基因沉默，如dsRNA靶向CCHamide-1或其受体抑制豌豆蚜摄食行为。将拮抗剂或dsRNA转化为田间生物农药需克服稳定性、递送和穿透障碍。神经肽基干预措施应嵌入综合害虫管理（IPM）框架，例如抑制费洛蒙或JH产生的拮抗剂可增强费洛蒙诱捕效果。在埃及伊蚊中，神经肽Y样受体7（NPYLR7）小分子激动剂减少宿主寻求和吸血行为，表明化学调节神经肽受体可抑制媒介行为。

9 生态与害虫管理意义

神经肽基干预措施具有选择性、减少生态破坏和对有益生物兼容性的优势。神经肽信号通路在昆虫类群中保守，但种间细微差异允许选择性靶向。肽模拟物拮抗剂和RNAi沉默已在蚜虫和飞虱中表现出强行为干扰，且对非靶标物种无显著影响。神经肽基剂型迅速降解为氨基酸，减少环境持久性。亚致死剂量可降低摄食、交配或聚集，限制害虫种群增长，同时兼容生物防治和传粉者保护。然而，生态风险仍存在，包括对有益昆虫的潜在非靶标效应，以及持续暴露可能选择受体突变或dsRNA降解机制。需采取综合抗性管理策略，包括轮换神经肽类别、结合生物防治和文化实践。生态毒理学评估需考虑对土壤节肢动物、水生昆虫和脊椎动物的慢性及累积效应。监管框架（如《卡塔赫纳生物安全议定书》）要求评估环境持久性、基因流和生物多样性影响。RNAi基产品需额外评估水平基因转移风险、环境降解动力学和非靶标节肢动物效应。应采用分层生态风险评估，从实验室急性毒性测试到田间半野外和野外调查，并重视公众沟通和监管批准。

10 神经肽在综合害虫管理中的协同作用

神经肽基干预措施（靶向肽类似物、激动剂或拮抗剂）通过破坏发育、消化和行为提供高特异性。与生物防治和费洛蒙结合时，可增强IPM，降低抗性风险，最大化生态友好多层抑制。例如，焦激肽/PBAN家族直接控制性费洛蒙生物合成，通过神经肽类似物或RNAi干扰PBAN信号导致化学绝育或通讯丧失，与周围交配干扰结合实现双重交配破坏。当神经肽基生物农药（通过RNAi或肽模拟物递送）影响害虫摄食、发育或飞行能力时，产生自下而上压力，使害虫更易受天敌自上而下捕食。神经肽系统具有物种特异性，保护有益昆虫和生物防治剂种群。

11 神经肽制剂的定量功效与非靶标安全性

激肽类似物对桃蚜显示强蚜虫活性，但对草蛉等天敌安全，因后者缺乏激肽信号通路。喷雾诱导基因沉默（SIGS）在亚洲玉米螟中通过喷洒或浸泡卵导致73%–100%死亡率。

11.1 sNPF调节与RNAi在蚜虫防治中的应用
短神经肽F（sNPF）及其受体调控摄食、嗅觉和代谢，是害虫种群控制的有前景靶点。在豌豆蚜中，RNAi沉默sNPF基因导致在12小时内约62%的转录本下调，电穿透图（EPG）分析显示韧皮部汁液摄取延迟，若虫数量从每只成虫71只降至38只。sNPF靶向的成功在于严重破坏关键摄食行为和繁殖力，而不依赖急性毒性。类似成功案例包括已获批的喷雾dsRNA产品Ledprona（用于科罗拉多马铃薯甲虫）和SmartStax PRO玉米（靶向西方玉米根虫）。但快速进化抗性（实验室根虫种群在11代内出现）需谨慎实施靶标轮换和综合管理策略。

12 知识空白与未来展望

昆虫神经肽研究进展迅速，但功能洞察滞后于分子发现。大量神经肽和受体已鉴定，但许多系统的实际配体、信号机制和行为角色仍不清楚，尤其是在经济重要害虫中。神经肽作用强烈依赖背景，随生命阶段、性别、生理状态、昼夜节律和环境因素变化。大多数研究在可控实验室条件下进行，可能无法反映自然田间复杂性。此外，昆虫行为由互连神经肽网络调控，功能冗余和补偿信号可削弱单靶点干扰效果。需采用系统生物学方法整合多组学数据、神经回路和行为分析。从应用角度，神经肽模拟物稳定性差、递送困难，RNAi在不同昆虫类群中摄取和持久性差异大。未来应改进递送平台和特异性，采用比较和进化视角利用害虫特异性脆弱性，将神经肽基干预措施整合到IPM中，强调行为干扰而非致死。

13 结论

昆虫神经肽构成连接神经活动、内分泌控制和行为的中枢调节框架。这些信号分子使昆虫持续整合内部生理状态与外部线索，塑造摄食、交配、学习、应激反应和化学通讯等复杂行为。基因组学、转录组学和肽组学资源快速增长，扩展了神经肽多样性和进化知识，揭示了保守通路和物种特异性适应。功能研究表明，操纵神经肽信号可修改关键行为，如宿主寻求、觅食效率、费洛蒙产生和繁殖活动，而不完全依赖致死性。这种行为干扰模式有望替代传统杀虫剂，具有更高选择性和更低环境影响。RNAi基因沉默、肽模拟物拮抗剂和小分子受体调节剂已在多个昆虫系统中验证概念。然而，将这些进展转化为实际应用需克服功能冗余、递送效率、稳定性和生态安全性挑战。加深对神经肽网络的理解，结合改进的制剂和靶向策略至关重要。将神经肽基干预措施嵌入IPM项目，使行为干扰补充生物和文化控制，是现实且可持续的路径。持续的跨学科努力（桥接分子神经生物学、行为学和应用昆虫学）最终决定神经肽通路作为昆虫行为操纵精确靶点的成功。