天然产物虚拟筛选及潜在杀虫剂体外活性评价

《Computational Biology and Chemistry》：Virtual screening and in vitro activity of potential insecticidal agents from natural products

　　

对COCONUT数据库（含407615个天然产物）进行虚拟筛选，鉴定出新型乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制剂。两种挥发性且低成本的化合物表现出显著的体外活性。其中一种新型化合物为混合型抑制剂，其抑制常数（Ki）为88.1±3.1 μM。所选先导化合物价格低廉（8 USD/g）。蛋白质-配体相互作用指纹（PLIF）分析揭示了其与黑腹果蝇AChE变构口袋的关键相互作用。

研究背景方面，传统合成农药存在对非靶标生物选择性低、环境毒性大、沿食物链生物累积及在生态系统中持久残留等问题，在发展中国家小农因成本限制仍依赖高毒淘汰化学品。有机磷与氨基甲酸酯类杀虫剂作用于AChE催化位点，该位点跨物种高度保守，导致人及传粉昆虫交叉中毒。黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）AChE与人AChE因单氨基酸差异（Asp482替换为Tyr449）形成独特变构空腔，为设计高昆虫选择性可逆抑制剂提供契机。挥发性天然产物（VNPs）结构复杂、可作信息素、田间易施用且残留低，但大规模虚拟筛选中同时兼顾低成本与挥发性的研究稀缺。为此，研究人员以DmAChE（PDB ID: 6XYY）变构口袋为靶点，以他克林（tacrine）为参照，从COCONUT库开展虚拟筛选并体外验证。

主要关键技术方法上，研究人员从COCONUT数据库（2022年6月）取407615个天然产物，按分子量≤350 Da初筛挥发性天然产物（VNPs），以RDKit与DeepChem标准化；以AutoDock Vina 1.2.5对接DmAChE变构口袋（网格10×10×10 ?，中心32.91, 67.71, 9.63，exhaustiveness=16），用ProLIF 2.0.0算蛋白质-配体相互作用指纹（PLIF），与参照复合物9-N-苯甲基氨基他克林PLIF做余弦相似度，阈值75%入选；经MolPort目录按SMILES精确匹配且单价<8 USD/g过滤可及性与成本；体外以电鳗（Electrophorus electricus）AChE（EeAChE，Type VI-S）与黑腹果蝇蛹粗提DmAChE为酶源，Ellman比色法（ATCI底物、DTNB显色、412 nm）测抑制率，GraphPad Prism非线性回归求IC₅₀与动力学常数，Lineweaver-Burk法判抑制机制。

研究结果部分，3. Results and discussion中首先说明COCONUT约30%分子过分子量滤获得VNPs；比对6XYY与人AChE（4EY7）确认DmAChE变构口袋开放（Tyr449取代Asp482破坏氢键封闭）。对接后按PLIF余弦相似>75%选中9927个候选，平均Vina分?7.49 kcal/mol；经MolPort商业可及性过滤得517个可购，均价645 USD/g，再按<8 USD/g获最终先导。体外初筛250 μM浓度下两株酶源显示两化合物（编号4与8）显著抑制，选其测IC₅₀；化合物8对EeAChE与DmAChE均表现抑制，动力学拟合为混合型抑制剂，K_i=88.1±3.1 μM；PLIF回溯显示其占据DmAChE变构口袋并与特定残基形成关键相互作用，与他克林相互作用模式相似但结合于昆虫特异空腔。讨论部分指出，研究将虚拟筛选、PLIF相似度过滤与商业成本门槛耦合，从四十余万天然产物中压缩至个位数美元级挥发性先导，回避了传统共价不可逆抑制剂对人AChE的交叉毒性；单氨基酸空腔策略使先导具昆虫选择性潜力；挥发性特征配合控释制剂可缓解速逸问题。结论为：研究人员通过虚拟筛选COCONUT库识别出结合黑腹果蝇AChE变构口袋的低成本挥发性天然产物衍生物，其中化合物8为混合型可逆抑制剂（K_i=88.1±3.1 μM），两先导体外显著抑制AChE且单价≤8 USD/g，PLIF证实与作用位点关键残基相互作用，该研究为开发高选择性、低残留、可负担的替代杀虫剂提供了计算-实验闭环证据。论文发表于《Computational Biology and Chemistry》。