新型单羰基姜黄素类似物通过抑制细胞色素P450增强对烟粉虱的杀虫协同作用

《Journal of Pest Science》：A novel monocarbonyl curcumin analog synergizes pesticide efficiency via cytochrome P450 inhibition in the whitefly Bemisia tabaci

　　本刊推荐：为解决烟粉虱(Bemisia tabaci)对新烟碱类杀虫剂产生细胞色素P450介导的耐药性问题，研究团队通过体外酶抑制筛选和分子对接技术，发现单羰基姜黄素衍生物DM96可高效抑制BtCYP6CM1酶活性(IC50=2.41±0.24μM)，与吡虫啉联用使杀虫效果提升3-4倍，为开发绿色农药增效剂提供新策略。

　　

在全球农业生产中，烟粉虱(Bemisia tabaci)堪称最令人头疼的害虫之一。这种体型微小的昆虫通过直接取食植物汁液和传播植物病毒，每年造成数百亿美元的经济损失。更棘手的是，烟粉虱已对大多数常用杀虫剂产生了显著抗性，尤其是对新烟碱类杀虫剂的抗性问题日益突出。这背后的关键机制之一，是烟粉虱体内一种名为BtCYP6CM1的细胞色素P450酶过度表达，能够高效代谢分解杀虫剂，使其失去活性。

面对这一挑战，希腊雅典农业大学的研究团队独辟蹊径，将目光投向了天然产物。他们发现，食用香料姜黄中的主要活性成分——姜黄素(curcumin)，能有效抑制BtCYP6CM1的活性。但天然姜黄素存在稳定性差、生物利用度低等局限。为此，研究团队合成了13种姜黄素衍生物，希望找到抑制效果更优的候选化合物。

经过系统筛选，代号DM96的单羰基姜黄素衍生物脱颖而出。实验显示，DM96抑制BtCYP6CM1的半抑制浓度(IC₅₀)达到2.41±0.24μM，效果优于天然姜黄素(IC₅₀=6.82±0.54μM)。更令人振奋的是，当DM96与吡虫啉(imidacloprid)联合使用时，对高抗性烟粉虱种群的杀虫效果提升了3-4倍，几乎完全逆转了害虫的抗药性。这项创新性研究成果发表在《Journal of Pest Science》上，为开发新一代绿色农药增效剂提供了重要思路。

研究采用的关键技术方法包括：通过大肠杆菌异源表达系统获得功能性BtCYP6CM1酶；以7-乙氧基香豆素为底物进行酶活性测定和抑制剂筛选；利用AlphaFold2预测蛋白质结构并进行分子对接分析；采用国际杀虫剂抗性行动委员会(IRAC)推荐的叶碟浸渍法和跗节接触法进行生物测定。实验使用的烟粉虱种群采集自克里特岛温室甜瓜作物，具有已知的新烟碱类高抗性特征。

异源表达BtCYP6CM1及新型抑制剂的鉴定

研究人员成功在E. coli BL21(DE3) STAR细胞中表达了重组BtCYP6CM1蛋白。一氧化碳差示光谱检测显示，膜制备物在450nm处出现特征索雷特峰，表明蛋白正确折叠且具有催化活性。该表达系统为后续抑制剂筛选奠定了基础。

天然化合物和姜黄素衍生物的抑制效果评估

初步筛选发现，在50μM浓度下，姜黄素、槲皮素和鞣花酸能完全抑制BtCYP6CM1活性。其中姜黄素表现最为突出，在5μM浓度下仍保持46.86±2.44%的抑制率。剂量反应实验确定姜黄素的IC₅₀值为6.82±0.54μM。

在13种合成姜黄素衍生物中，DM96在5μM浓度下表现出71.02±0.15%的最高抑制率，显著优于姜黄素。进一步的剂量反应曲线显示DM96的IC₅₀值为2.41±0.24μM，抑制效力约为姜黄素的3倍。研究表明，DM96可能通过可逆竞争性抑制机制发挥作用，而非作为酶底物被代谢。

分子建模与对接分析

通过AlphaFold2生成的BtCYP6CM1结构模型质量极高(ERRAT评分98.94)。分子对接结果显示，所有测试化合物与酶活性位点均有良好互补性。姜黄素获得最高对接分数(41.4 ChemScore单位)，与实验数据一致。

对DM96的深入分析发现，其分子一端芳环靠近血红素，与Phe99、Ser357和Thr472等残基产生极性相互作用；另一端芳环则与Ser95和Thr100形成氢键。与姜黄素相比，DM96的单羰基结构减少了分子灵活性，可能有助于更稳定地结合于酶活性位点。

吡虫啉与DM96单独或联合使用的生物测定

生物测定结果显示，实验使用的烟粉虱种群对吡虫啉具有极高抗性，即使在600ppm浓度下，死亡率也仅为31.3%。DM96单独处理时，无论是叶碟浸渍法还是跗节接触法，仅引起中等死亡率(19%-32.5%)。

然而，当0.3%(w/v)的DM96与600ppm吡虫啉联合使用时，产生了显著的协同效应。直接暴露和预暴露处理组的死亡率均达到100%，协同比(SR)分别为2.1和2.0，表明杀虫效果提升了3-4倍。

本研究系统阐明了姜黄素及其衍生物作为BtCYP6CM1抑制剂的作用机制，并证实DM96与吡虫啉联用可有效逆转烟粉虱的新烟碱类抗性。与传统增效剂胡椒基丁醚(PBO)相比，DM96具有天然来源、安全性高、合成简便等优势。该研究为开发高效、低毒的农药增效剂提供了新思路，对减少化学农药使用、延缓抗性产生具有重要意义，符合可持续农业发展需求。