靶向AgamOBP1蛋白定向发现新型驱避剂以控制蚊媒疾病传播

　　本文推荐一篇基于蛋白导向动态组合化学（pdDCC）和饱和转移差示（STD）NMR技术的研究，该工作以疟疾媒介冈比亚按蚊气味结合蛋白1（AgamOBP1）为靶点，成功设计并筛选出具有DEET（N,N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺）样驱避活性的新型次级胺类化合物（如4A），为开发高效、长效的蚊虫驱避剂提供了新策略。

　　

1 引言

蚊媒疾病（VBD）占所有传染病的17%以上，每年导致超过70万人死亡。疟疾、登革热、寨卡病毒等由按蚊、伊蚊和库蚊传播的疾病对全球公共卫生构成严重威胁。目前主要依赖杀虫剂和驱避剂进行防控，但蚊虫对拟除虫菊酯类杀虫剂的抗药性日益严重，而广泛使用的驱避剂如DEET和Icaridin（Picaridin）存在有效期短、潜在毒性和皮肤刺激性等问题，亟需开发新型驱避剂。

蚊子的嗅觉机制是理性设计新驱避剂的理想靶点。气味结合蛋白（OBPs）在昆虫感器淋巴中高表达，负责捕获挥发性气味分子并将其传递至嗅觉神经元（OSNs）中的气味受体（ORs）。尽管近年来冷冻电镜技术提升了对OR-配体相互作用的理解，但ORs仍不适合作为驱避剂设计的靶点。相反，OBPs的结构和功能更为明确，尤其是冈比亚按蚊OBP1（AgamOBP1），其在雌性蚊子触角中高表达，并在血餐后表达量显著降低，表明其在宿主寻找行为中起关键作用。

AgamOBP1属于经典OBP亚家族，由六个α螺旋和三个分子内二硫键组成。其与DEET（PDB ID: 3N7H）和Icaridin（PDB ID: 5EL2）的复合物晶体结构揭示了二者的结合位点和相互作用模式。DEET结合在一个位于蛋白单体疏水隧道入口的位点（DEET位点），而Icaridin除结合DEET位点外，还能深入隧道占据第二个位点（sIC位点）。AgamOBP1在多种疾病媒介中具有高度序列和结构相似性，使其成为发现广谱驱避剂的稳健蛋白模型。

2 结果与讨论

2.1 动态组合库的设计、制备与¹H STD NMR实验

为发现新型高效驱避剂，本研究首先采用蛋白导向动态组合化学（pdDCC）结合饱和转移差示（STD）NMR技术筛选AgamOBP1的调节剂。选择芳香胺与芳香醛形成希夫碱的可逆反应构建动态库（DCL），随后原位还原生成稳定的次级胺库。

基于结构的从头设计用于提出潜在的AgamOBP1结合剂，目标包括：模仿DEET的芳香性、与DEET位点关键氨基酸相互作用、以及桥接DEET和Icaridin sIC结合位点。通过分子对接研究，选择了两类伯胺：对甲苯胺（A系列）和4-(2-氨乙基)苯磺酰胺（B系列），以及七种芳香醛（1-7）。所有设计的胺（1A-7A和1B-7B）在DEET或sIC位点的对接得分均高于DEET或Icaridin。

然而，在DCL形成过程中遇到的溶解度问题导致¹H STD谱信噪比低，仅一个子库（L1）获得了可用结果。因此，策略转向传统药物化学方法，合成了所有14种设计的次级胺衍生物。

2.2 胺1A-7A和1B-7B的合成与¹H STD NMR研究

胺1A、2A和5A通过一锅法合成，而3A、4A、6A、7A和1B-7B通过先合成希夫碱再还原的两步序列制备。通过¹H STD NMR评估了它们与AgamOBP1的结合情况。结果表明，胺2A、3A、4A、6A、1B、2B和5B是AgamOBP1的结合剂。

2.3 胺2A、3A、4A、6A、1B、2B和5B与AgamOBP1结合的评估

通过荧光探针位移实验（使用N-苯基-1-萘胺，1-NPN）进一步验证了结合。胺2A、3A、4A和6A表现出最高的竞争性位移（>25%），优于参照驱避剂Icaridin（20.14%）和DEET（20.54%）。而胺1B、2B和5B的活性较低（位移在17.87%至24.77%之间）。

2.4 挥发性预测

驱避剂需具备足够的挥发性。计算了化合物的蒸气压（VP），2A、3A、4A和6A的VP值介于Icaridin（8.26×10^?6 mmHg）和DEET（3.31×10^?3 mmHg）之间，符合驱避剂的挥发性要求。而1B、2B和5B的VP值（10^?8至10^?9 mmHg量级）低于显著挥发性阈值（7.5×10^?7 mmHg），因此未进行后续行为学测试。

2.5 驱避活性评估

对具有高位移值和满意VP预测值的胺2A、3A、4A和6A进行了针对白纹伊蚊的臂笼驱避试验（0.2和0.4 μL cm^?2两个剂量）。所有测试化合物均显示出显著的驱避活性。特别是化合物4A（4-甲基-N-(吡啶-4-基甲基)苯胺）在高剂量（0.4 μL cm^?2）下表现为DEET样驱避剂，在低剂量下为中等驱避剂。化合物6A在低剂量下为中等驱避剂，在高剂量下为强驱避剂，其次是2A。3A的驱避活性最弱，高剂量下保护率为53%。

3 结论

本研究首次应用pdDCC结合STD光谱学，以AgamOBP1为蛋白模板，成功发现了新型驱避剂先导化合物。尽管初始的DCC方法因溶解度问题仅部分成功，但通过合成设计的胺类并应用¹H STD NMR和荧光竞争分析，鉴定出多个AgamOBP1结合剂。其中，吡啶衍生物4A表现出最佳的驱避效能，是一个有前景的用于进一步优化的支架分子，为开发针对媒介传播疾病的高效靶向驱避剂奠定了基础。

4 实验部分

实验细节包括分子对接、¹H STD NMR光谱学、DCL制备、AgamOBP1蛋白的表达与纯化、荧光竞争分析、蚊虫饲养、驱避活性生物测定、统计分析和所有化合物的合成与表征。