李夢怡, 彭 博, 李 博, 邵文華, 楊 金, 付 欣, 師光祿, 卜春亞*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206

農(nóng)用乙酰膽堿酯酶抑制劑研究進(jìn)展

李夢怡1,2, 彭 博2, 李 博1,2, 邵文華1,2, 楊 金1,2, 付 欣1,2, 師光祿1,2, 卜春亞1,2*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206

乙酰膽堿酯酶(AChE)在生物神經(jīng)傳導(dǎo)中起著至關(guān)重要的作用，其主要功能是迅速水解膽堿部位的神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿(ACh)，終止神經(jīng)沖動的傳遞。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑是最常見的AChE抑制劑，雖然對滅蟲起到很大的作用，但是同時(shí)也會對人、哺乳動物等非靶標(biāo)生物造成危害，所以需要研制出一種高效的、針對害蟲的乙酰膽堿酯酶抑制劑。綜述了有機(jī)磷和氨基甲酸酯類、部分生物堿類抑制劑，以及一些選擇性的新型乙酰膽堿酯酶抑制劑的研究進(jìn)展，以期為安全的乙酰膽堿酯酶抑制劑的研制提供參考。

乙酰膽堿酯酶；有機(jī)磷；氨基甲酸酯；生物堿類；選擇性抑制劑

乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase,AChE,EC3.1.1.7)屬于絲氨酸水解酶，其主要生理功能是快速水解蓄積在神經(jīng)元和神經(jīng)肌肉接頭處的神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿(acetycholine，ACh)，終止ACh對突觸后膜的興奮作用，確保神經(jīng)信號的正常傳遞。近幾年AChE的研究已經(jīng)涉及醫(yī)學(xué)、化學(xué)、農(nóng)藥和植物保護(hù)等方面。

乙酰膽堿酯酶是占農(nóng)藥市場較大比重的有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類殺蟲劑的主要作用靶標(biāo)。這類殺蟲劑的作用機(jī)理是與AChE活性位點(diǎn)的絲氨酸殘基形成共價(jià)鍵，使乙酰膽堿酯酶失活，導(dǎo)致ACh在膽堿能神經(jīng)末梢堆積產(chǎn)生擬膽堿作用，抑制正常的神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而使整個(gè)生理生化過程失調(diào)，并受到破壞，最終造成昆蟲的死亡。AChE抑制劑還可以用于治療阿爾茨海默癥、重癥肌無力和青光眼等疾病。人畜等的AChE活性位點(diǎn)處都存在絲氨酸殘基位點(diǎn)，所以該類殺蟲劑的施用對哺乳動物也存在一定的毒性[1]。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類這兩種抑制劑雖然在防治害蟲的過程中取得了一定的成效，但是也對哺乳動物特別是胎兒造成了一定程度的傷害。合理的抑制劑可以避免害蟲抗藥性和預(yù)防病蟲害的發(fā)生，提高殺蟲劑的環(huán)保性能，因此研制高效安全、針對害蟲靶點(diǎn)作用的乙酰膽堿酯酶抑制劑有助于提高滅蟲效率，并且將對哺乳動物等非靶標(biāo)生物的傷害降到最低。本文將簡要介紹乙酰膽堿酯酶的分子結(jié)構(gòu)和主要功能，以及常見的有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類AChE抑制劑、生物堿類AChE抑制劑以及新型AChE抑制劑等的研究進(jìn)展，以期為安全的乙酰膽堿酯酶抑制劑的研制提供參考。

1 乙酰膽堿酯酶的結(jié)構(gòu)和功能

1.1 乙酰膽堿酯酶的結(jié)構(gòu)

AChE是一種多分子型糖蛋白，不同種屬的一級結(jié)構(gòu)差異較大，不同生物組織和器官中的AChE，根據(jù)分子形狀可分為球形(對稱型)和尾型(不對稱型)兩種不同的分子形式[2]。乙酰膽堿酯酶首次被報(bào)道是1991年，Sussman等[3]繪制出電鰩(Torpedocalifornia)乙酰膽堿酯酶催化基團(tuán)的晶體結(jié)構(gòu)X射線衍射圖譜。從而確定了AChE的三維空間結(jié)構(gòu)。根據(jù)三維結(jié)構(gòu)圖發(fā)現(xiàn)了AChE中有一條通向酶活性中心深而窄的峽谷，長約2 nm，包含各種活性位點(diǎn)。AChE的活性中心主要有3個(gè)區(qū)域：酯解部位、疏水性區(qū)域和陰離子部位[4]。電鰩AChE活性位點(diǎn)示意圖見圖1[5]，活性口袋深度約為酶分子的一半，袋內(nèi)大部分被芳香族氨基酸殘基占據(jù)，這些殘基與周圍的序列都是高度保守的[6]。

AChE的活性位點(diǎn)如圖1所示，主要有：①催化三聯(lián)體(esteratic site)：由Ser200、His440和Glu327組成，位于活性峽谷底部附近，是AChE的活性中心和抑制劑的鍵合位點(diǎn)；②外周陰離子位點(diǎn)(peripheral anionic site，PAS)：主要由一些帶負(fù)電的氨基酸組成，位于活性峽谷的邊緣處，是ACh首先與AChE結(jié)合的部位；③?；诖?acyl pocket)：由2個(gè)苯丙氨酸殘基Phe288和Phe290組成，它們的側(cè)鏈延伸向活性中心，昆蟲AChE的酰基口袋與脊椎動物的相比更大，可以水解底物的酰基部分；④氧陰離子洞(oxyanion hole)：由Gly118、Gly119、Ala201的主鏈碳原子和羰基氧之間的相互作用，以及酯鍵氧和His440咪唑基之間的相互作用組成[7]。

圖1 電鰩AChE的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖[5]Fig.1 The structure of the enzyme active site of electric ray’s acetylcholinesterase[5].

1.2 乙酰膽堿酯酶的功能

生理?xiàng)l件下，定位于突觸后膜的AChE發(fā)揮其“經(jīng)典”功能,主要是催化水解ACh，使ACh對突觸后膜的興奮作用終止。AChE的經(jīng)典功能中，AChE分三步水解ACh，第一步AChE的外周陰離子部位通過靜電引力與ACh帶正電的季銨陽離子頭結(jié)合，同時(shí)AChE酶解部位的絲氨酸羥基以共價(jià)鍵形式與ACh的羰基碳結(jié)合；第二步ACh-AChE復(fù)合物裂解，成為乙?；腁ChE和膽堿；第三步乙?；腁ChE迅速水解分離出乙酸，之后酶的活性恢復(fù)[8]。乙酰膽堿酯酶抑制劑與ACh類似，與AChE結(jié)合，使AChE活性受到抑制，從而導(dǎo)致ACh在膽堿能在神經(jīng)末梢堆積，產(chǎn)生擬膽堿作用。

現(xiàn)在普遍認(rèn)為AChE主要有3種催化機(jī)制：第一種是由芳香環(huán)引導(dǎo)機(jī)制：活性口袋內(nèi)側(cè)排列著14個(gè)疏水的芳香族氨基酸殘基，這些氨基酸位于保守的環(huán)狀區(qū)域，這個(gè)疏水區(qū)可能便于ACh進(jìn)入活性中心。第二種機(jī)制是酶外周結(jié)合區(qū)引起的抑制作用：一些體積較大或者性質(zhì)不同的配體無法進(jìn)入峽谷，但是如果在外周結(jié)合區(qū)與AChE結(jié)合，可以通過阻塞峽谷入口處的一部分來起到抑制作用。第三種機(jī)制是后門開放機(jī)制，在Trp84附近可能存在一個(gè)瞬間開放的通路，是底物或產(chǎn)物進(jìn)出峽谷的另一條通道[9]。

除了在神經(jīng)細(xì)胞中，AChE還有一些其他功能，比如生成神經(jīng)突觸、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡以及黏附等?，F(xiàn)在關(guān)于AChE的其他功能的研究報(bào)道越來越多，但是大部分功能的具體機(jī)制目前尚不清楚，但是越來越多的報(bào)道將幫助研究者了解AChE更豐富的功能。

2 AChE抑制劑

乙酰膽堿酯酶抑制劑的主要來源有化學(xué)合成和天然產(chǎn)物，而天然產(chǎn)物則是這種抑制劑的重要來源，其中植物來源的主要有生物堿類和萜類，此外還有部分來源于真菌和動物[10]。

2.1 有機(jī)磷和氨基甲酸酯類

乙酰膽堿酯酶是有機(jī)磷和氨基甲酸酯類的作用靶點(diǎn)，這兩類是最常用的乙酰膽堿酯酶抑制劑。有機(jī)磷除了能和AChE活性位點(diǎn)結(jié)合使其失活以外，還可能對線粒體呼吸鏈中與呼吸以及能量代謝有關(guān)的酶產(chǎn)生影響，并且與乙酰膽堿酯酶結(jié)合的因素綜合起來阻斷神經(jīng)遞質(zhì)的正常傳遞[11,12]。這兩類抑制劑確實(shí)起到了顯著的殺蟲作用效果，但是同時(shí)也帶來了農(nóng)藥殘留的問題，繼而引發(fā)一些新的問題如傷害到人、哺乳動物等非靶標(biāo)性生物，而且一些害蟲已對這兩類殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性，如馬來西亞蚊蟲乙酰膽堿酯酶發(fā)生位點(diǎn)突變對氨基甲酸酯類產(chǎn)生了抗藥性[13]。于是，相關(guān)研究人員便研制出越來越多的農(nóng)藥殘留檢測方法，如基于重組乙酰膽堿酯酶的農(nóng)藥檢測方法，相比傳統(tǒng)的農(nóng)藥檢測方法速度快、穩(wěn)定性強(qiáng)、靈敏度高[14]；還有研究人員構(gòu)建出一種化學(xué)發(fā)光生物傳感器檢測農(nóng)作物和食品中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類的殘留量[15]。

2.2 生物堿類

2.2.1 石杉堿甲(huperzine A) 石杉堿甲(huperzine，Hup A)是一種倍半萜生物堿，源于蕨類植物蛇足石杉，于1980年首次從石杉科植物中被分離出來，是高效、高選擇性、可逆的AChE抑制劑，也是我國開發(fā)的最成功和最有前途治療AD的藥物。也是一種很強(qiáng)的乙酰膽堿酯酶抑制劑并且可用來治療重度抑郁癥。研究發(fā)現(xiàn)，在重度抑郁癥輔助治療過程中，石杉堿甲A有助于快速緩解經(jīng)常伴隨重度抑郁癥的認(rèn)知癥狀[16]。石杉堿甲與AChE活性部位水解較慢，使AChE活性受到抑制，產(chǎn)生擬膽堿作用，對乙酰膽堿酯酶具有競爭性抑制和非競爭性抑制的混合抑制作用[17]。

圖2 石杉堿甲與AChE活性位點(diǎn)的相互作用[18]Fig.2 The interaction of huperzine A and the enzyme active site of acetylcholinesterase[18].(彩圖見封三圖版)

2.2.2 毒扁豆堿(physostigmine) 毒扁豆堿是1864年從毒扁豆的種子中首次分離獲得的，是最先發(fā)現(xiàn)的抗膽堿酯酶藥物，源于屬于毒扁豆子種子的生物堿類，這種抑制劑的特點(diǎn)是非選擇性且可逆，其結(jié)構(gòu)式見圖3。

毒扁豆堿的主要作用是抑制G1和G4 AChE的形成[19]，易于吸收和透過血腦屏障，因?yàn)槎拘源?、半衰期較短，所以不能成為臨床應(yīng)用藥[20]。毒扁豆堿通過其氨甲酰部分以及胺基部分與AChE的酯解部分結(jié)合達(dá)到抑制AChE活性的作用[20,21]。

圖3 毒扁豆堿結(jié)構(gòu)式Fig.3 The structural formula of eserine.

2.2.3 加蘭他敏(galanthamine) 加蘭他敏是一種生物堿，來源于石蒜科雪花蓮屬，是具有選擇性和競爭性的乙酰膽堿酯酶抑制劑，它能夠通過控制膽堿酯酶的量來調(diào)節(jié)類膽堿酯的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)式如圖4所示。加蘭他敏能刺激煙堿受體，提高膽堿功能和記憶，其療效與他克林相似，稍弱于毒扁豆堿，有效時(shí)間長。加蘭他敏除了應(yīng)用于精神疾病和神經(jīng)疾病方面，還可應(yīng)用于眼病的治療甚至免疫方面[22]。

加蘭他敏與AChE結(jié)合方式和石杉堿甲類似，結(jié)合在AChE結(jié)構(gòu)向內(nèi)凹陷的又深又窄的口袋處[23]。有研究報(bào)道，加蘭他敏主要作用于人AChE和Tc-AChE的催化位點(diǎn)[24,25]；加蘭他敏的-OH與AChE的Glu199之間形成氫鍵；環(huán)己烯與AChE的Trp84形成P-P鍵[26]；對加蘭他敏的N-末端烷基化的修飾有利于其接近AChE催化位點(diǎn)的底部[27]。

圖4 加蘭他敏結(jié)構(gòu)式Fig.4 The structural formula of galantamine.

2.2.4 斯替寧堿乙(stenine B)和斯替寧堿(stenine) 斯替寧堿乙和斯替寧堿分別是一種從百部根部提取出的一類生物堿，二者是非對應(yīng)異構(gòu)體，且都具有較強(qiáng)的抗AChE活性，IC50分別為2.1 μmol/L和19.8 μmol/L。

對斯替寧堿乙進(jìn)行分子對接研究，如圖5(彩圖見封三圖版)所示，它與AChE內(nèi)部的Trp 84有相互作用，同時(shí)斯替寧堿乙的內(nèi)酯環(huán)上的氧和Tyr130的羥基形成了一條氫鍵。該化合物與AChE的結(jié)合與石杉堿甲類似，它是AChE可逆的競爭性抑制劑[9]。

圖5 斯替寧堿乙與AChE的分子模擬復(fù)合體Fig.5 Molecular structure simulate complex of stenine B and acetylcholinesterase.(彩圖見封三圖版)

2.2.5 夾竹桃科總生物堿 在夾竹桃科(Apocynaceae)狗牙花屬(Ervatamia)海南狗牙花(Ervatamiahainanensis)的莖中分離出了8種生物堿，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)狗牙花堿和老刺木精對AChE的抑制活性較強(qiáng)[28]。狗牙花(Ervatamiadivaricata)的根莖提取物中分離出了4種雙吲哚生物堿，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)19,20-二氫山馬茶明堿和19,20-二氫海南狗牙花堿對AChE的抑制活性較強(qiáng)，分別是加蘭他敏的2倍和8倍[29]。夾竹桃科長春花屬(Catharanthus)長春花(Catharanthusroseus)的根部提取物蛇根堿對AChE具有很強(qiáng)的體外抑制活性，其活性是毒扁豆堿的10多倍[30]。

2.2.6 芐基異喹啉類生物堿 在蒺藜科(Zygophyllaceae)駱駝蓬屬(Peganum)駱駝蒿(Peganumnigellastrum)種子的甲醇提取物中分離出了8種生物堿，它們都對AChE具有較強(qiáng)的抑制活性，駱駝蓬堿、二氫駱駝蓬堿、駱駝蓬醇和哈爾滿的活性與加蘭他敏相當(dāng)[31]。在蕓香科(Rutaceae)類藥蕓香屬植物中分離出的喹啉酮型生物堿對AChE有較強(qiáng)的抑制活性[32]。以上幾種對AChE有較強(qiáng)抑制作用的生物堿的結(jié)構(gòu)、與AChE結(jié)合方式和作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步的研究。

2.2.7 甾體類和三萜類生物堿 甾體類生物堿是生物堿中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的一類。黃楊科柳葉野扇花(Sarcococcasaligna)中分離出18個(gè)甾體類生物堿[33]，其中6種對AChE有較強(qiáng)的抑制性，與毒扁豆堿相當(dāng)。而在從柳葉野扇花(Sarcococcasaligna)中分離到的7個(gè)甾體類生物堿中，僅有化合物2,3-dehydrosarsalignone、16-dehydrosarcorine和salignarine-C對AChE的活性有顯著的抑制力，與加蘭他敏的抑制活性的能力相當(dāng)，但其他分離出的化合物抑制能力較弱，但這7種化合物對丁酰膽堿酯酶BChE有較強(qiáng)的抑制能力。

2.2.8 雙白術(shù)內(nèi)酯 Xie等[34]從烘干的白術(shù)的根莖乙酸乙酯提取物中用多步色析法分離出雙白術(shù)內(nèi)酯，并且已通過核磁H譜和C譜確認(rèn)了其結(jié)構(gòu)。雙白術(shù)內(nèi)酯對AChE的半抑制濃度是6.545 8 μg/mL，而作為對照的石杉堿甲的IC50是0.019 2 μg/mL。分子對接軟件是用來通過常用的分子對接方法來尋找雙白術(shù)內(nèi)酯與AChE蛋白之間的分子作用位點(diǎn)，而在一個(gè)以劑量為變量的實(shí)驗(yàn)中，雙白術(shù)內(nèi)酯對小鼠的胚胎纖維細(xì)胞的AChE的表達(dá)具有下調(diào)作用。該結(jié)果證實(shí)了雙白術(shù)內(nèi)酯對AChE抑制作用的分子機(jī)制不僅需要與AChE結(jié)合，而且需要通過抑制GSK3β的活性來抑制AChE的表達(dá)。

2.2.9 其他 Fadaeinasab等[35]從80余種中國藥用植物中提取出甲醇、二氯甲烷以及一些含水的粗提物，并且運(yùn)用了Ellman比色法測定了其體外抑制AChE活性的能力。小檗類植物黃連和黃柏的3種提取物包含了大量異喹啉，對AChE有較強(qiáng)的抑制能力。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黃連的甲醇水提取物的抑制AChE活性能力是加蘭他敏的100倍。黃連素、黃連堿和巴馬亭這幾種生物堿共同作用可增加AChE的抑制效果。由此可以看出，傳統(tǒng)的中國藥用植物可通過它們生產(chǎn)的幾種不同的次生代謝產(chǎn)物共同作用來增加AChE的抑制效果。而楊忠鐸等[36]2011年從采集到的22種甘肅文縣和舟曲的植物中的總生物堿中篩選具有乙酰膽堿酯酶抑制功能的提取物，其中彎柱唐松草(ThalictrumuncinulatumFranch)、刺柄南星(ArisaemaaspeiatumN. E. Brown) 等8種植物的乙酰膽堿酯酶抑制性較強(qiáng)。

2.3 珊瑚菌提取物對乙酰膽堿酯酶的抑制作用

海洋微生物的生活環(huán)境較為特殊(高鹽、高壓、低氧、低溫等)，所以這些微生物能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)特殊、活性特異的次級代謝產(chǎn)物。其中，已有報(bào)道珊瑚產(chǎn)生的珊瑚菌具有抗菌、抗氧化、酶抑制以及抗腫瘤作用。2015年，班海峽等[37]從徐聞珊瑚保護(hù)區(qū)的珊瑚中分離出43種珊瑚菌，并研究其對乙酰膽堿酯酶的活性抑制作用。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被測的珊瑚礁真菌發(fā)酵液乙酸乙酯萃取物的濃度為1 mg/mL時(shí)，有23株菌表現(xiàn)為酶抑制活性，其中8株活性抑制力較強(qiáng)，表明珊瑚海洋真菌提取物有潛在的抗乙酰膽堿酯酶的能力。

2.4 綠僵菌對東亞飛蝗乙酰膽堿酯酶活性的抑制作用

綠僵菌(Metarhiziumanisopliae) 是具有廣泛殺蟲譜的一類生防真菌。綠僵菌主要通過兩種途徑侵染昆蟲：一種是通過體壁侵染，另一種則是在昆蟲取食的過程中綠僵菌通過消化道侵染。研究表明，綠僵菌IPPM202在侵染東亞飛蝗后，乙酰膽堿酯酶活性有顯著的變化，即先上升后下降(不明顯)然后又上升，只是后期無法上升到開始的水平[38]。根據(jù)結(jié)果判斷，綠僵菌侵染東亞飛蝗后，刺激腸內(nèi)生理生化反應(yīng)，乙酰膽堿酯酶水平提高，阻斷蟲體神經(jīng)傳導(dǎo)。隨著綠僵菌在蟲體內(nèi)分泌物增多，乙酰膽堿酯酶的活性下降，從而一定程度上抑制了AChE的活性，達(dá)到滅蟲作用。

2.5 4-吡啶基噻唑-2-胺衍生物

除了植物中提取，或者自然界的菌類作抑制劑以外，還有一些人工合成的化合物具有抑制乙酰膽堿酯酶活性的作用。2016年，曹婷婷等[39]合成了4-吡啶基噻唑-2-胺的一些衍生物，共10個(gè)化合物。其中有7個(gè)化合物具有一定的體外AChE的抑制作用。從本實(shí)驗(yàn)看出，化合物的抑制能力取決于其官能團(tuán)，當(dāng)待測化合物所連的二級胺為四氫吡咯和哌啶時(shí)，乙酰膽堿酯酶活性抑制能力較強(qiáng)。

3 新型乙酰膽堿酯酶抑制劑

自從高效的化學(xué)合成農(nóng)藥問世以來，其在防治農(nóng)、林、衛(wèi)等有害生物中大量而長期使用，不僅造成農(nóng)藥殘留、農(nóng)藥抗性、再復(fù)活問題，還引起了環(huán)境污染、生態(tài)系統(tǒng)被破壞、食品安全等一系列問題。鑒于此，尋找和開發(fā)高效、低毒、低殘留、快速降解的新型農(nóng)藥已成為當(dāng)前最重要的研究課題之一[40]。對有益生物毒性小、低殘留，且易降解、具有廣譜殺蟲活性的新型農(nóng)藥是今后的發(fā)展趨勢。

近年來美國環(huán)境保護(hù)協(xié)會提出一些有機(jī)磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑，會進(jìn)入胎兒和兒童的大腦，影響發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)，因此研制出害蟲特有的保守AChE活性位點(diǎn)靶標(biāo)的新的殺蟲劑迫在眉睫。2009年P(guān)ang等[41]報(bào)道了含甲烷硫代磺酸的小分子在6.0μmol/L時(shí)可以抑制麥二叉蚜AChE的活性，并且沒有檢測到對人AChE的抑制作用，通過研究發(fā)現(xiàn)該分子作用于AChE活性位點(diǎn)處的半胱氨酸殘基處，能夠不可逆的抑制95%的非洲瘧蚊AChE活性，80%的埃及伊蚊和尖音庫蚊的AChE活性，對人AChE有較好的選擇性。在2007年P(guān)ang[42]報(bào)道了麥二叉蚜和英國麥長管蚜AChE活性位點(diǎn)處的半胱氨酸殘基是哺乳動物AChE所沒有的，因此該氨基酸殘基可以作為新的安全的特異性殺蟲劑靶點(diǎn)。2010年Gregory等[43]報(bào)道了含甲烷硫代磺酸的小分子對蟑螂、面象蟲、彩色瓢蟲、臭蟲和黃蜂的AChE有抑制作用，對哺乳動物、鳥類和魚類的毒性較低。2016年Dorothea等[44]報(bào)道了苯氧乙酰胺類化合物對蚊蟲的乙酰膽堿酯酶活性的抑制能力是人類哺乳動物乙酰膽堿酯酶抑制能力的100倍，結(jié)構(gòu)選擇性抑制可歸因于酶的3D結(jié)構(gòu)，選擇性的不同是由兩個(gè)影響整個(gè)酶活性結(jié)構(gòu)的環(huán)的不同決定的[44]。卜春亞課題組[45～47]克隆了朱砂葉螨AChE基因，構(gòu)建了螨AChE結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了一些潛在的螨特有的殺螨劑作用靶點(diǎn)，并進(jìn)行了選擇性殺螨化合物的篩選，獲得了幾個(gè)有較好特性的殺螨化合物。

昆蟲和哺乳動物的AChE的催化特性和抑制動力學(xué)可能存在很多的區(qū)別，甚至一種昆蟲的兩個(gè)AChE也可能存在明顯的差別，這些差別為研制出更多的選擇性殺蟲劑提供了可能性。

4 展望

防治害蟲一直是農(nóng)業(yè)上的一個(gè)重點(diǎn)問題。有機(jī)磷類、氨基甲酸酯類是最常用的兩類乙酰膽堿酯酶抑制劑，并且在防治害蟲上確實(shí)有一定的成效，但同時(shí)也存在副作用。這些抑制劑既能起到滅蟲作用，同時(shí)也會給人類及哺乳動物帶來不同程度的危害。另外，隨著同樣的殺蟲劑使用時(shí)間的增長，害蟲也容易產(chǎn)生抗藥性，使得抑制劑失效，所以除了這兩類常用的抑制劑以外，人們不斷在尋找其他種類的抑制劑。

從植物中分離到的生物堿類殺蟲劑對害蟲有較好的防治作用，是一類高效安全的生物農(nóng)藥。注重可持續(xù)發(fā)展地現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中，研制并開發(fā)生物堿類殺蟲劑，尤其是對人畜無害的選擇性殺蟲劑尤為迫切。深入研究生物堿類化合物的殺蟲機(jī)制和作用的靶位點(diǎn)，可以指導(dǎo)合成具有新的選擇性靶位點(diǎn)的殺蟲劑。一些生物堿類化合物在昆蟲體內(nèi)作用于乙酰膽堿酯酶，影響昆蟲的神經(jīng)系統(tǒng)，從而毒殺昆蟲。因此了解一些生物堿類化合物對昆蟲乙酰膽堿酯酶作用的靶位點(diǎn)，篩選出對人畜無害的選擇性乙酰膽堿酯酶抑制劑，而這種選擇性抑制劑將會在殺蟲劑方面有良好的應(yīng)用前景。富含生物堿的植物種類繁多，資源豐富，易于人工栽培和研究，在當(dāng)今貫徹執(zhí)行“有害生物綜合治理”中，有望研發(fā)出新型生物堿類害蟲控制劑。

除了生物堿類乙酰膽堿酯酶抑制劑，急需尋找高效安全的，針對害蟲特有靶點(diǎn)的抑制劑。前文提到傳統(tǒng)的抑制劑在消滅害蟲的同時(shí)也常會對哺乳動物及人類造成危害，因此需要研究出能抑制害蟲乙酰膽堿酯酶活性，而對其他生物乙酰膽堿酯酶影響較小的抑制劑。近些年來，研究發(fā)現(xiàn)一些抑制劑對一些害蟲乙酰膽堿酯酶活性的抑制程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對其他生物的乙酰膽堿酯酶活性。這種新型的乙酰膽堿酯酶抑制劑除了對害蟲針對性強(qiáng)，同時(shí)也需要低毒、低殘留以及降解性強(qiáng)，是現(xiàn)在急需的一種較為理想的農(nóng)用乙酰膽堿酯酶抑制劑。

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Advances on Agricultural Anticholinesterase Inhibitors

LI Mengyi1,2, PENG Bo2, LI Bo1,2, SHAO Wenhua1,2, YANG Jin1,2, FU Xin1,2, SHI Guanglu1,2, BU Chunya1,2*

1.CollegeofBiologicalScienceandEngineering,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China;2.KeyLaboratoryofUrbanAgriculture(NorthChina),MinistryofAgriculture,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China

Acetylcholinesterase (AChE) is a key enzyme in the biological nerve conduction, and its main function is to terminate the transmission of nerve impulses by hydrolysis of the neurotransmitter acetylcholine (ACh) in cholinergic synapses. Organophosphate and carbamate insecticides are the most common acetylcholinesterase inhibitors, although they played a key role in pest control, they might be harmful to other non-target creatures such as human, mammal, etc. Thus it would be critical to develop efficient acetylcholinesterase inhibitors, which only interact with target creatures like pests. This paper reviewed the advances in acetylcholinesterase inhibitors such as organophosphate and carbamate, alkaloids inhibitors, and some novel acetylcholinesterase inhibitors, which would provide reference for development of safe acetylcholinesterase inhibitors.

acetylcholinesterase; organophosphate; carbamate; alkaloids; selective inhibitors

2016-11-16; 接受日期：2017-01-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31670648)；教育部科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)研究項(xiàng)目(212001)；北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(6162004)資助。

李夢怡，碩士研究生，研究方向?yàn)樯锕こ?。E-mail:mengyili1203@aliyun.com。*通信作者：卜春亞，副教授，博士，主要從事昆蟲分子生物學(xué)研究。E-mail:buchunya@163.com

10.3969/j.issn.2095-2341.2017.02.08