ADME——當(dāng)前殺蟲(chóng)劑研發(fā)的主要關(guān)注點(diǎn)

姚光凱，趙 晨，陳鈴詩(shī)，徐漢虹編譯

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ADME——當(dāng)前殺蟲(chóng)劑研發(fā)的主要關(guān)注點(diǎn)

姚光凱1，趙 晨1，陳鈴詩(shī)2，徐漢虹1編譯

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 天然農(nóng)藥與化學(xué)生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館，廣州 510642)

關(guān)于藥物吸收、分布、代謝、排泄(Absorption/ distribution/mentabolism/excretion，簡(jiǎn)稱ADME)的研究已成為藥物化學(xué)研究中必不可少的部分，也是農(nóng)藥的研發(fā)與登記中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。當(dāng)前農(nóng)藥研發(fā)主要關(guān)注對(duì)非靶標(biāo)生物(如哺乳動(dòng)物、魚(yú)、益蟲(chóng)和作物等)的毒性以及土壤和水中的轉(zhuǎn)運(yùn)與代謝。在研究成本持續(xù)增長(zhǎng)的情況下，各農(nóng)藥公司仍然進(jìn)行了大量相關(guān)研究，并在構(gòu)效關(guān)系模型的構(gòu)建方面積累了豐厚的經(jīng)驗(yàn)。然而在醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)中，關(guān)于藥物的ADME在非靶標(biāo)生物體和環(huán)境中的種種問(wèn)題與該產(chǎn)業(yè)以人為主的研究重心之間，依然存在著矛盾。

在醫(yī)藥領(lǐng)域，一旦確認(rèn)了一個(gè)重要的市場(chǎng)需求或疾病，就需要根據(jù)病理生理學(xué)知識(shí)、已知的分子作用機(jī)制和相關(guān)化學(xué)研究來(lái)選擇有價(jià)值的治療靶標(biāo)。根據(jù)初期假設(shè)所提出的藥物進(jìn)入途徑、分子靶標(biāo)位點(diǎn)進(jìn)行研究，往往具有較大的風(fēng)險(xiǎn)。通常，關(guān)于ADME的研究會(huì)被部署于藥物開(kāi)發(fā)階段，因?yàn)槿绻挂呀?jīng)投入應(yīng)用的藥物同時(shí)滿足靶點(diǎn)和ADME的要求，需要復(fù)雜的化學(xué)改造過(guò)程。另外，制藥公司將現(xiàn)有的醫(yī)藥發(fā)現(xiàn)模型轉(zhuǎn)化成有效的人類藥物的過(guò)程中，將面臨許多困難，因?yàn)樵谂R床試驗(yàn)前，研發(fā)者不能對(duì)人體進(jìn)行測(cè)試。這就要求研發(fā)者在病理生物化學(xué)，藥物的理化性質(zhì)和ADME特性上進(jìn)行深入的了解。即便如此，將藥物最終商業(yè)化的進(jìn)程也往往非常困難及昂貴。

通常，在農(nóng)藥研發(fā)初期，農(nóng)藥公司針對(duì)化合物對(duì)有害生物的活性進(jìn)行廣泛的測(cè)試。這一手段相比醫(yī)藥研發(fā)模式具有一定優(yōu)勢(shì)，其篩選過(guò)程可以直接針對(duì)研發(fā)目標(biāo)的作用對(duì)象(有害生物)，所有的害蟲(chóng)靶標(biāo)均存在于篩選過(guò)程中，而且能夠通過(guò)初步篩選的化合物也已經(jīng)具有克服各種ADME障礙的性質(zhì)。此外，只要化合物能獲得良好的殺蟲(chóng)活性和非靶標(biāo)生物安全性，對(duì)其靶標(biāo)的確認(rèn)并不重要。但是，不同于醫(yī)藥行業(yè)，農(nóng)藥的經(jīng)濟(jì)價(jià)值在于盡可能降低生產(chǎn)成本，因而經(jīng)濟(jì)、高產(chǎn)的合成工藝十分重要。這一要求很大程度上限制了同時(shí)滿足與靶點(diǎn)的結(jié)合力和ADME要求的小分子結(jié)構(gòu)的可選范圍。此外，一個(gè)成功農(nóng)藥(特別是殺菌劑和殺蟲(chóng)劑)在多種作物上的生物利用度參數(shù)十分復(fù)雜，將實(shí)驗(yàn)室得到的成果轉(zhuǎn)化至大田環(huán)境往往非常困難。

然而，即使受到環(huán)境的復(fù)雜性和農(nóng)藥成本的約束，為什么仍然要在農(nóng)藥研發(fā)階段對(duì)生物利用度及ADME進(jìn)行相關(guān)研究，而不是完全依靠生物活性篩選結(jié)果來(lái)優(yōu)化先導(dǎo)化合物呢？因?yàn)樵诨衔锝Y(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，對(duì)活性化合物作用機(jī)制的解讀同樣重要，而活性篩選僅能為此提供粗略的信息。

人們應(yīng)該意識(shí)到，ADME及生物利用度的相關(guān)問(wèn)題常常會(huì)在研發(fā)過(guò)程中導(dǎo)致高經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)及不確定性，從而限制先導(dǎo)研究的發(fā)展(生物活性優(yōu)化)，針對(duì)作用機(jī)理的研究可以幫助解決這些問(wèn)題。盡管具有殺蟲(chóng)活性的先導(dǎo)化合物在被篩選出的過(guò)程中已經(jīng)克服了ADME的若干障礙，但仍不具備商品化農(nóng)藥的活性水平、殺蟲(chóng)譜及選擇性。因而，公司在ADME特性研究上應(yīng)該投入相應(yīng)的資源和人力，并且聯(lián)合化學(xué)家、害蟲(chóng)生物學(xué)家和靶點(diǎn)生物化學(xué)家，共同確定解決問(wèn)題的辦法。這些先導(dǎo)化合物可能出現(xiàn)的問(wèn)題有：⑴對(duì)靶點(diǎn)作用強(qiáng)，但是對(duì)有害生物活性差；⑵具有高殺蟲(chóng)活性，但對(duì)非靶標(biāo)生物毒性大，無(wú)法登記；⑶對(duì)某種害蟲(chóng)具有很好的殺蟲(chóng)活性，但是對(duì)相近目或種類害蟲(chóng)活性低甚至無(wú)活性；⑷在作物中傳導(dǎo)性差，持效期較短，不足以殺死害蟲(chóng)，或不能達(dá)到商業(yè)利益最大化。

因此，農(nóng)藥研發(fā)是否成功，很大程度上取決于一個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)能否快速應(yīng)用ADME及靶點(diǎn)知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，從而經(jīng)濟(jì)高效地構(gòu)建和執(zhí)行項(xiàng)目。

本文將從毒理學(xué)角度討論3個(gè)殺蟲(chóng)劑的研發(fā)歷程。每個(gè)實(shí)例都描述了ADME如何與作用靶點(diǎn)、靶標(biāo)生物方面的研究成果相結(jié)合，為解決研發(fā)過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題提供思路與方法。這些實(shí)例中，先導(dǎo)化合物的特性均得到了最優(yōu)化，并最終成功商品化。ADME技術(shù)如能持續(xù)發(fā)展，得到合理應(yīng)用，其在未來(lái)的農(nóng)藥研發(fā)及先導(dǎo)化合物優(yōu)化中將扮演重要的角色。

1 內(nèi)吸性的改進(jìn)：從氯蟲(chóng)苯甲酰胺到溴氰蟲(chóng)酰胺

鄰甲酰胺基苯甲酰胺類殺蟲(chóng)劑氯蟲(chóng)苯甲酰胺是杜邦(DuPont)公司近年來(lái)大力推廣的產(chǎn)品，其設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于日本Nihon Nohyaku公司的產(chǎn)品氟苯蟲(chóng)酰胺。這2種化合物均主要作用于昆蟲(chóng)魚(yú)尼丁受體。這類殺蟲(chóng)劑的發(fā)現(xiàn)引致現(xiàn)代農(nóng)藥化學(xué)、靶標(biāo)認(rèn)知以及害蟲(chóng)防治的革命。

在明確了氯蟲(chóng)苯甲酰胺對(duì)咀嚼式口器害蟲(chóng)的防效之后，從20世紀(jì)90年代末到21世紀(jì)初，美國(guó)杜邦公司進(jìn)行了對(duì)刺吸式口器害蟲(chóng)具有防效的鄰甲酰胺基苯甲酰胺系列衍生物的研發(fā)。研發(fā)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，如果要提高該類化合物在作物體內(nèi)的內(nèi)吸性，除了通過(guò)降低化合物值，還要同時(shí)開(kāi)展改造后的化合物在作物體內(nèi)的滲透與內(nèi)吸性試驗(yàn)。于是，合成化學(xué)家擁有了化合物對(duì)刺吸式口器害蟲(chóng)的活性、通過(guò)HPLC-MS和生物測(cè)定得到的化合物在植物體內(nèi)經(jīng)由木質(zhì)部和韌皮部的轉(zhuǎn)運(yùn)情況、物理性質(zhì)等大數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)化合物要平衡多個(gè)優(yōu)化因素。在淘汰了若干具有優(yōu)異內(nèi)吸性但活性較差的化合物之后，該團(tuán)隊(duì)最終通過(guò)將氯蟲(chóng)苯甲酰胺結(jié)構(gòu)中苯環(huán)上的氯原子替換成氰基(圖1)，成功獲得了活性優(yōu)異的化合物溴氰蟲(chóng)酰胺。該化合物在植物體內(nèi)的木質(zhì)部輸導(dǎo)性及葉面滲透性明顯增強(qiáng)，對(duì)蚜蟲(chóng)、葉蟬與稻飛虱、粉虱、鞘翅目害蟲(chóng)和雙翅目害蟲(chóng)的生物活性顯著提高，同時(shí)也保持了該類化合物對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)優(yōu)異的殺蟲(chóng)活性。溴氰蟲(chóng)酰胺在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)情況及研究方法已有深入的報(bào)道。該研究同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，溴氰蟲(chóng)酰胺是一種強(qiáng)力的魚(yú)尼丁受體激活劑，其效果與氯蟲(chóng)苯甲酰胺相當(dāng)。

本例通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)改造就顯著提升了化合物在作物中內(nèi)吸性與葉面滲透性，對(duì)刺吸式口器害蟲(chóng)的毒性增加。因此，ADME相關(guān)研究結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，在溴氰蟲(chóng)酰胺的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮了很大的作用。

圖1 鄰甲酰胺基苯甲酰胺類殺蟲(chóng)劑結(jié)構(gòu)式

2 二氫吡唑類化合物茚蟲(chóng)威的高效低毒化設(shè)計(jì)

20世紀(jì)70至80年代，荷蘭Philips-Duphar公司首次報(bào)道一類含二氫吡唑類結(jié)構(gòu)殺蟲(chóng)劑，隨后Rohm-Haas公司也發(fā)表了相關(guān)化合物研究文章及專利。這類結(jié)構(gòu)中的一些化合物體現(xiàn)出了優(yōu)異的殺蟲(chóng)活性。Vincent Salgado博士在研究中認(rèn)為這些化合物是類似于局部麻醉劑的鈉離子門(mén)控通道阻斷劑，這一觀點(diǎn)隨后被通過(guò)神經(jīng)細(xì)胞的22Na+吸收和電壓鉗試驗(yàn)所證實(shí)。20世紀(jì)80至90年代，又有幾類基于酰胺骨架結(jié)構(gòu)的二氫吡唑類殺蟲(chóng)劑被發(fā)現(xiàn)并獲得專利。然而，此類殺蟲(chóng)劑的工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展十分緩慢，原因不是由于化合物本身的殺蟲(chóng)活性不高，而是因?yàn)樗鼈兛沙掷m(xù)存在于哺乳動(dòng)物體內(nèi)，并伴有緩慢、積累性的神經(jīng)毒性，且在環(huán)境中降解緩慢。杜邦作物保護(hù)公司意識(shí)到這一問(wèn)題后，針對(duì)問(wèn)題的解決方案以及殺蟲(chóng)活性的進(jìn)一步提升，對(duì)該類化合物展開(kāi)了進(jìn)一步的研究。

1990年，Keith Wing博士加入了美國(guó)杜邦作物保護(hù)公司，組織了一支集合多名優(yōu)秀化學(xué)家和生物學(xué)家的團(tuán)隊(duì)，首次開(kāi)展了對(duì)鈉離子通道阻斷殺蟲(chóng)劑(sodium channel blocker insecticide，簡(jiǎn)稱SCBI)候選化合物在哺乳動(dòng)物體外與體內(nèi)代謝情況的測(cè)定。關(guān)于SCBI的化學(xué)研究始于二氫吡唑結(jié)構(gòu)衍生物，之后擴(kuò)展到氧化吲唑類、吲唑類、縮氨基脲、吡唑啉類、噠嗪類、三嗪類和噁二嗪類結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)針對(duì)該類化合物對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)的生物活性、哺乳動(dòng)物代謝和環(huán)境殘留的情況，對(duì)化合物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。為確保項(xiàng)目平穩(wěn)進(jìn)行，團(tuán)隊(duì)中的合成化學(xué)家、生物化學(xué)家和生物學(xué)家時(shí)刻保持密切交流，從而能對(duì)整個(gè)系列的化合物均進(jìn)行深入了解。最終，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種活性優(yōu)異、在哺乳動(dòng)物體外及體內(nèi)具有良好代謝能力、環(huán)境易降解的噁二嗪類候選化合物，命名為茚蟲(chóng)威(圖2)。該化合物在昆蟲(chóng)體內(nèi)經(jīng)-去甲氧基羰基代謝酶代謝，降解成具有殺蟲(chóng)活性的昆蟲(chóng)鈉離子通道阻斷劑DCJW(DPX-JW062的-去甲氧基羰基代謝物；當(dāng)前體農(nóng)藥是含有對(duì)應(yīng)異構(gòu)體的DPX-MP062時(shí)，其活性代謝物是DCMP)。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)，茚蟲(chóng)威通?？杀唤到猓憩F(xiàn)出與其他大多SCBI類化合物不同的安全特性。近年來(lái)，日本Nihon Noyaku、德國(guó)巴斯夫(BASF)和美國(guó)輝瑞動(dòng)物安全部開(kāi)發(fā)了另一個(gè)SCBI類殺蟲(chóng)劑氰氟蟲(chóng)腙。

杜邦公司成功開(kāi)發(fā)SCBI類殺蟲(chóng)劑的歷程給了人們重要的啟示。首先，通過(guò)團(tuán)隊(duì)合作交流，結(jié)合多方試驗(yàn)結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)并優(yōu)化先導(dǎo)化合物，確定農(nóng)藥在環(huán)境中的代謝途徑，能夠解決長(zhǎng)期困擾農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的若干問(wèn)題。第二，組織團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行定期交流，便于整個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)殺蟲(chóng)活性、環(huán)境降解及代謝穩(wěn)定性等信息達(dá)成深入的了解，以及組員對(duì)新思路或新化合物進(jìn)行迅速的嘗試。第三，在茚蟲(chóng)威這個(gè)項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)同時(shí)針對(duì)噁二嗪核心骨架(通過(guò)對(duì)SCBI系列化合物進(jìn)行大量篩選而確定的)及側(cè)鏈取代基進(jìn)行修飾，為研發(fā)工作提供了大量在哺乳動(dòng)物體內(nèi)可降解性、殺蟲(chóng)活性方面各不相同的化合物。代謝性質(zhì)優(yōu)越的SCBI類殺蟲(chóng)劑開(kāi)發(fā)成功，得益于整個(gè)團(tuán)隊(duì)對(duì)以上幾點(diǎn)的良好實(shí)施，這也需要團(tuán)隊(duì)耐心和有條理的工作，對(duì)先導(dǎo)研究結(jié)果進(jìn)行深入的理解。

3 二芳酰肼類昆蟲(chóng)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的發(fā)現(xiàn)：蛻皮激素激動(dòng)劑的ADME特性是決定其殺蟲(chóng)活性的關(guān)鍵因素

Rohm-Haas公司的二芳酰肼類蛻皮激素(dibenzoylhydrazine ecdysone，簡(jiǎn)稱DBH)受體激動(dòng)劑研發(fā)歷程非常獨(dú)特，為后來(lái)農(nóng)藥研發(fā)與應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。Keith Wing博士和Glenn Carlson 博士曾經(jīng)與哈佛大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室的Carroll Williams 教授(昆蟲(chóng)生理學(xué)之父)以及他團(tuán)隊(duì)中昆蟲(chóng)發(fā)育/分子生物學(xué)家Louis Safranek博士、Peter和Lucy Cherbas開(kāi)展過(guò)密切合作。在此期間，Keith Wing博士認(rèn)為昆蟲(chóng)蛻皮激素的生理途徑是一種潛在的殺蟲(chóng)劑靶標(biāo)，并于20世紀(jì)80年代早期開(kāi)展了相應(yīng)的研究。

與此同時(shí)，Adam Hsu博士在合成一類含單苯甲酰結(jié)構(gòu)的化合物過(guò)程中，通過(guò)對(duì)一種含二芳酰肼結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物進(jìn)一步純化以及生物活性測(cè)試，意外地成功合成出第一個(gè)蛻皮激素類活性化合物。二芳酰肼類化合物是一種與眾不同的昆蟲(chóng)生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑(insect growth regulator，簡(jiǎn)稱IGR)，可以導(dǎo)致鱗翅目幼蟲(chóng)口器畸形。一些猜測(cè)認(rèn)為該類化合物作用方式與雙?；孱怚GR(如滅幼脲)一樣，但Keith Wing博士在將酰肼類化合物作用于4齡至5齡的煙草天蛾()幼蟲(chóng)后，意外發(fā)現(xiàn)其能迅速導(dǎo)致幼蟲(chóng)異常蛻皮，且生效時(shí)間明顯早于雙?；孱惢衔铩Ｔ谂cWilliams教授團(tuán)隊(duì)的合作下，Keith Wing博士于1984年至1987年期間，在Rohm-Haas公司實(shí)驗(yàn)室針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了一系列后續(xù)試驗(yàn)，并有一些新的發(fā)現(xiàn)。

圖2 Phillips-DuPhar公司吡唑啉和杜邦公司噁二嗪類殺蟲(chóng)劑結(jié)構(gòu)式

首先，在果蠅Kc細(xì)胞系中，叔丁基DBH RH 5849作為3H-尖葉土杉甾酮A與蛻皮激素受體結(jié)合的直接競(jìng)爭(zhēng)者，與蛻皮激素的生理反應(yīng)相同。在抗DBH細(xì)胞系與蛻皮激素抗性細(xì)胞系對(duì)兩類化合物都存在交互抗性。在代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制并不是影響因素的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論從哪方面來(lái)看，RH 5849的作用與昆蟲(chóng)蛻皮激素20-羥基蛻皮酮相同，但其活性只有后者的1/100。

第二，正常煙草天蛾()幼蟲(chóng)和腹部被結(jié)扎的幼蟲(chóng)用RH 5849處理，均能引起過(guò)早蛻皮，且其活性比20-羥基蛻皮酮高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，特別是在經(jīng)口飼喂的情況下(DBH類化合物經(jīng)皮吸收活性稍弱)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，煙草天蛾幼蟲(chóng)經(jīng)口飼喂14C-RH 5849后，化合物在血液中的濃度在7 h時(shí)達(dá)到最高，甚至45 h后仍能保持毒理學(xué)殘留的顯著水平。與此相對(duì)應(yīng)的是，在正常幼蟲(chóng)中，20-羥基蛻皮酮濃度在幼蟲(chóng)發(fā)育中期時(shí)達(dá)到最大，之后在幼蟲(chóng)正常蛻皮之前被代謝酶降解至不可檢測(cè)水平。由此推斷，RH 5849在昆蟲(chóng)體內(nèi)的殘留水平能夠?qū)е掠紫x(chóng)早熟蛻皮，從而在發(fā)育完備前強(qiáng)迫蛻皮，且在形成新表皮之后仍無(wú)法蛻皮完全。另外，由于殘留的RH 5849對(duì)中樞神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響，正常的神經(jīng)激素(如促前胸腺激素和促蛻皮激素)級(jí)聯(lián)反應(yīng)信號(hào)必然會(huì)受到擾亂。此外，蛻皮激素放射免疫分析表明，RH 5849處理能強(qiáng)烈抑制內(nèi)源20-羥基蛻皮酮的峰值。這不僅排除了RH 5849系列化合物的作用機(jī)制是誘導(dǎo)蛻皮激素分泌，而且證明了該類化合物對(duì)幼蟲(chóng)大腦和前胸腺中樞神經(jīng)內(nèi)分泌反射區(qū)具有強(qiáng)烈的抑制作用。

研究結(jié)果還顯示，DBH系列衍生物與果蠅Kc細(xì)胞系受體間的親合力與衍生物刺激煙草天蛾幼蟲(chóng)過(guò)早蛻皮的能力密切相關(guān)，而且這些DBH衍生物在鱗翅目幼蟲(chóng)體內(nèi)具有相似的ADME性質(zhì)。因此，該類化合物對(duì)印度谷螟和黃瓜甲蟲(chóng)細(xì)胞系的相關(guān)試驗(yàn)得以開(kāi)展，以期能擴(kuò)寬該類化合物的殺蟲(chóng)譜。作者在Rohm-Haas公司完成了所有的細(xì)胞系和受體準(zhǔn)備以及昆蟲(chóng)活性篩選的工作，由此驗(yàn)證化合物的構(gòu)效關(guān)系。此項(xiàng)研究中，這支由合成化學(xué)家、生物化學(xué)家與生物學(xué)家所組成的團(tuán)隊(duì)共同設(shè)計(jì)并成功商業(yè)化了三個(gè)具有較高受體親和力和殺蟲(chóng)活性的化合物：蟲(chóng)酰肼和甲氧蟲(chóng)酰肼(主要防治鱗翅目害蟲(chóng))、氯蟲(chóng)酰肼(主要防治鞘翅目害蟲(chóng))(圖3)。由于成功研發(fā)了蟲(chóng)酰肼等對(duì)非靶標(biāo)生物安全、對(duì)環(huán)境友好的殺蟲(chóng)劑，Rohm-Haas公司于1998年獲得了美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)。隨后，另外兩個(gè)具有相同作用機(jī)制的化合物被日本曹達(dá)/三井公司以及江蘇省農(nóng)藥研究所成功商品化。

圖3 蛻皮激素激動(dòng)劑代表性化合物結(jié)構(gòu)式

此外，對(duì)DBH類化合物作用機(jī)制的揭示，明顯提升了以下2個(gè)領(lǐng)域的研究力度：⑴農(nóng)藥公司對(duì)可作用于蛻皮激素受體的其他化合物的相關(guān)研究；⑵對(duì)DBH和天然蛻皮激素在受體上的結(jié)合位點(diǎn)，以及與其他種類昆蟲(chóng)蛻皮激素受體相關(guān)的分子生物學(xué)基礎(chǔ)研究。

果蠅蛻皮激素受體(EcR)于1991年首次被成功克隆。隨后，試驗(yàn)證明了蛻皮激素受體首先需要和超氣門(mén)蛋白(ultraspiracle，USP)形成二聚體，進(jìn)而與蛻皮激素激動(dòng)劑結(jié)合形成復(fù)合體，轉(zhuǎn)錄激活下游蛻皮激素響應(yīng)元件。在接下來(lái)的幾年里，許多其他目的昆蟲(chóng)蛻皮激素受體和超氣門(mén)蛋白被克隆和表達(dá)。由于蛻皮激素受體和超氣門(mén)蛋白結(jié)合的特性，極大引起了人們對(duì)此類靶點(diǎn)相關(guān)研究的熱度，分子生物學(xué)家和生物化學(xué)家據(jù)此構(gòu)建多種無(wú)細(xì)胞和細(xì)胞系高通量篩選平臺(tái)。

最后，在研究中也發(fā)現(xiàn)了其他能與EcR/USP復(fù)合體結(jié)合并選擇性轉(zhuǎn)錄的化合物類型。關(guān)于此類研究領(lǐng)域，目前已有文獻(xiàn)進(jìn)行全面的綜述。雖然尋找高效的DBH化學(xué)替代品非常困難，對(duì)控制農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)、無(wú)脊椎動(dòng)物傳病媒介的持續(xù)需求將維持本領(lǐng)域研究的不斷進(jìn)行。由于此類化合物的作用靶標(biāo)僅存在于無(wú)脊椎動(dòng)物中，因而從機(jī)理上保證了對(duì)哺乳動(dòng)物的安全性。

另外一個(gè)由蛻皮激素激動(dòng)劑/DBH相關(guān)研究帶來(lái)的好處是，基于此類基因模式調(diào)控系統(tǒng)，可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出具有特異性的配體/基因開(kāi)關(guān)組合，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定多肽或蛋白的過(guò)表達(dá)，最終用于人類健康方面的研究。這一設(shè)想最初是在Rohm-Hass公司進(jìn)行DBH殺蟲(chóng)劑研究時(shí)提出的，也因此導(dǎo)致子公司Rheogene的建立。在這種情況下，藥物ADME的概念也被應(yīng)用于一系列作為基因開(kāi)關(guān)的配體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)技術(shù)最終轉(zhuǎn)讓給匹茲堡大學(xué)藥學(xué)院，并被合成生物學(xué)公司Intrexon收購(gòu)。當(dāng)前，Intrexon公司正在與Ziopharm Oncology公司、Merck Serono公司與M.D. Anderson 癌癥中心合作，共同應(yīng)用基因開(kāi)關(guān)技術(shù)，選擇性地激發(fā)白介素-12的表達(dá)，用于對(duì)黑素瘤、乳腺癌和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的控制。該研究不僅獲得了良好的預(yù)期效果，還計(jì)劃將成果推廣于其他疾病的防治。研究人員開(kāi)創(chuàng)了這項(xiàng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的初期發(fā)展，也希望它對(duì)人類健康能有潛在的使用價(jià)值。因而，這項(xiàng)技術(shù)能在治療人類重大疾病方面占據(jù)一席之地，讓研究者倍感欣慰。

整個(gè)發(fā)現(xiàn)歷程具有一定意外性，歸功于研究成員細(xì)致的觀察、對(duì)偶發(fā)時(shí)機(jī)的把握以及良好的相互協(xié)作。研究始于一個(gè)活性低但意義重大的天然甾醇蛻皮激素類似物，其獨(dú)特的ADME特性使其能長(zhǎng)時(shí)間存在于昆蟲(chóng)體內(nèi)，破壞多種依賴于蛻皮激素的機(jī)能。通過(guò)對(duì)先導(dǎo)化合物進(jìn)一步優(yōu)化，所得到的衍生物在昆蟲(chóng)尤其是鱗翅目昆蟲(chóng)體內(nèi)，與蛻皮激素受體的結(jié)合能力得到了顯著的提升。在此基礎(chǔ)上，許多研究者得以針對(duì)雙翅目、同翅目、鞘翅目昆蟲(chóng)中以及其他類型的蛻皮激素受體尋找具有結(jié)合能力強(qiáng)的化合物。整個(gè)研發(fā)歷程很好地示例了，針對(duì)作用靶標(biāo)的研究是如何結(jié)合對(duì)關(guān)鍵ADME性質(zhì)的理解、對(duì)昆蟲(chóng)生理學(xué)和害蟲(chóng)生物學(xué)的認(rèn)知，共同指導(dǎo)合成化學(xué)走向全新的領(lǐng)域，協(xié)助先導(dǎo)化合物的優(yōu)化，找到最理想的化合物。最后，Keith Wing博士認(rèn)為，可能還有其他相對(duì)長(zhǎng)效的激素激動(dòng)劑或者神經(jīng)遞質(zhì)(如優(yōu)于新煙堿類殺蟲(chóng)劑)類似物有待被發(fā)現(xiàn)，并且成為活性優(yōu)異的殺蟲(chóng)劑先導(dǎo)化合物。

4 結(jié) 論

殺蟲(chóng)劑的滲透/分布/代謝/分泌(ADME)性能是當(dāng)前許多研究的主題。本文結(jié)合了幾種前體農(nóng)藥的研發(fā)過(guò)程，為農(nóng)藥研發(fā)機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)重要的工作基礎(chǔ)，也為正在面臨ADME難題的公司指明了選擇方向。

本文中的實(shí)例顯示，深入表征先導(dǎo)研究中的ADME特性和靶點(diǎn)，采用協(xié)作方式解決問(wèn)題，是在農(nóng)藥及藥物研發(fā)中取得進(jìn)展的關(guān)鍵。只有聯(lián)合具有不同背景的團(tuán)隊(duì)成員，共同設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案并分享數(shù)據(jù)及想法，才能將先導(dǎo)研究成功轉(zhuǎn)化為研發(fā)進(jìn)展、農(nóng)藥登記，甚至能在化合物商業(yè)化后繼續(xù)給予支持。

最后，一支農(nóng)藥研發(fā)團(tuán)隊(duì)需要全面的多學(xué)科背景與技術(shù)支持，才能在優(yōu)化先導(dǎo)化合物過(guò)程中具有創(chuàng)造性、發(fā)散性的思維，提高解決問(wèn)題的能力，并在最大限度上提升投資收益和減少不必要的開(kāi)銷。只有在這樣的團(tuán)隊(duì)里，才能使化學(xué)家在探索密切相關(guān)的衍生物或者其他相關(guān)藥效基團(tuán)、創(chuàng)建多樣化的結(jié)構(gòu)活性模型的過(guò)程中，確保研究對(duì)象符合不同生物水平的要求。盡管當(dāng)前各個(gè)行業(yè)均關(guān)注研發(fā)成本，但正由于追求這種具有高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)、審慎且高效的工作方式，本文所介紹的團(tuán)隊(duì)與技術(shù)能夠在獲得收益的同時(shí)，對(duì)農(nóng)藥科學(xué)的內(nèi)涵得到更深入的理解。這對(duì)于21世紀(jì)現(xiàn)代農(nóng)藥發(fā)展有著極為重要的意義，因?yàn)樵谶@一階段的新產(chǎn)品，通常要求在具有內(nèi)吸性的同時(shí)，可適用于多種應(yīng)用方式，并能接受多種成分的混配。因此，結(jié)合對(duì)農(nóng)藥應(yīng)具備的理化性質(zhì)的關(guān)注以及對(duì)植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過(guò)程的認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)代農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)的新農(nóng)藥具有持續(xù)性的指導(dǎo)意義。在過(guò)去的10年里，一系列具有優(yōu)異的輸導(dǎo)性和高活性的農(nóng)藥得到登記，表明了這些策略已經(jīng)在一些農(nóng)藥公司中得以實(shí)施。

希望本文能促進(jìn)農(nóng)藥研發(fā)中創(chuàng)造性思維的發(fā)展，并為此類研究探索提供一些長(zhǎng)遠(yuǎn)的思路。

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.04.02

TQ450

A

1009-6485(2017)04-00011-05

姚光凱(1987—)，男，博士研究生，研究方向：導(dǎo)向農(nóng)藥合成。

徐漢虹(1961—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：植物源農(nóng)藥，導(dǎo)向農(nóng)藥及其作用機(jī)制。

2017-07-30。