155569-91-8 / 甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽的抗性機(jī)理研究進(jìn)展

甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽的抗性機(jī)理研究進(jìn)展甲氨基阿維菌素苯甲酸鹽 (emamectin benzoate)，簡(jiǎn)稱甲維鹽，結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1，是1984年美國(guó)默克公司對(duì)4″-(α-1-齊墩果糖基)-α-1-齊墩果糖上的羥基進(jìn)行衍生化研究的結(jié)果。甲維鹽作為一種新型抗生素類生物源殺蟲(chóng)劑，具有廣譜、高效、低毒、低殘留等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)具有良好的殺蟲(chóng)效果，甲維鹽對(duì)一些鱗翅目昆蟲(chóng)的LC90值范圍在0.002~0.89 mg/L。與其先導(dǎo)化合物阿維菌素相比較，甲維鹽的毒性更低，對(duì)大鼠的毒性僅為阿維菌素的1/6，常規(guī)劑量下對(duì)人、畜等安全，且易降解。

在過(guò)去的幾十年里，由于新型殺蟲(chóng)劑甲維鹽具有獨(dú)特的作用方式，且對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)幼蟲(chóng)表現(xiàn)出很好的毒性，如小菜蛾、菜青蟲(chóng)等重要蔬菜害蟲(chóng)，尤其對(duì)小菜蛾、甜菜夜蛾有特效，同時(shí)對(duì)螨類害蟲(chóng)有較高活性，我國(guó)引入其來(lái)控制鱗翅目害蟲(chóng)的危害，最初應(yīng)用于甘藍(lán)、白菜和蘿卜等蔬菜上防治小菜蛾，后逐步推廣到經(jīng)濟(jì)作物，乃至大田作物。其在防治效果上對(duì)很多害蟲(chóng)顯示出其他農(nóng)藥無(wú)法比擬的活性：對(duì)小菜蛾、甜菜夜蛾、二化螟和朱砂葉螨的相對(duì)毒力分別是阿維菌素的10.54、10.50、1.50、0.69，對(duì)亞熱帶黏蟲(chóng)的毒力比滅多威、硫雙威和氰戊菊酯毒力高1720、884、268倍，對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)殺蟲(chóng)活性比阿維菌素高1500倍，如甜菜夜蛾，對(duì)灰翅夜蛾、煙草夜蛾及谷類夜蛾的胃毒毒力分別是阿維菌素的1166、43、105倍。

盡管我國(guó)鱗翅目害蟲(chóng)對(duì)阿維菌素類殺蟲(chóng)劑抗藥性的發(fā)展還沒(méi)有引起明顯的田間防治失敗，大規(guī)模的阿維菌素類殺蟲(chóng)劑抗性暴發(fā)還未出現(xiàn)，但是近年的研究和田間抗性監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，部分蔬菜害蟲(chóng)已經(jīng)對(duì)其產(chǎn)生了抗性，且抗藥性有逐步升高的趨勢(shì)。所以必須高度重視這一潛在風(fēng)險(xiǎn)，以防防治失敗造成作物大面積減產(chǎn)甚至絕收。為了延緩害蟲(chóng)對(duì)甲維鹽抗藥性的產(chǎn)生及發(fā)展，延長(zhǎng)其使用壽命，必須對(duì)其作用機(jī)制、抗性現(xiàn)狀和抗性機(jī)理進(jìn)行深入研究。

1.甲維鹽抗性發(fā)展研究概況

目前，甲維鹽/阿維菌素常用于防治蔬菜害蟲(chóng)，如小菜蛾、甜菜夜蛾、斜紋夜蛾等，由于其防治效果良好，在十字花科蔬菜害蟲(chóng)防治上得到廣泛應(yīng)用且有效控制了鱗翅目害蟲(chóng)種群的發(fā)生規(guī)模，延緩了其對(duì)傳統(tǒng)殺蟲(chóng)劑的抗性演化速度。但是，鱗翅目害蟲(chóng)對(duì)甲維鹽等十六元大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲(chóng)劑抗性的適應(yīng)性進(jìn)化問(wèn)題使該類殺蟲(chóng)劑對(duì)鱗翅目害蟲(chóng)的可持續(xù)控制作用面臨重大挑戰(zhàn)，已有抗藥性相關(guān)報(bào)道證實(shí)小菜蛾對(duì)該類殺蟲(chóng)劑的抗性發(fā)展日趨嚴(yán)重。尹勇對(duì)部分地區(qū)甜菜夜蛾田間種群進(jìn)行了抗藥性監(jiān)測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)某些地區(qū)的甜菜夜蛾種群已對(duì)甲維鹽產(chǎn)生低等到中等水平抗性。司升云等報(bào)道了宜昌地區(qū)甜菜夜蛾田間種群對(duì)甲維鹽的抗性已達(dá)中等抗性水平。Che等也報(bào)道了部分甜菜夜蛾田間種群對(duì)甲維鹽具有高水平抗性(上海及云南等地)。

2.甲維鹽的抗性機(jī)理研究概況

現(xiàn)有研究認(rèn)為，節(jié)肢動(dòng)物和線蟲(chóng)對(duì)大環(huán)內(nèi)酯類藥劑，如阿維菌素，甲維鹽的抗藥性，大多數(shù)情況下與多個(gè)遺傳因素有關(guān)。主要機(jī)制包括：代謝抗性，包括解毒代謝酶中的細(xì)胞色素P450單氧酶 (P450)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(GST)和酯酶(EST)；減少殺蟲(chóng)劑的角質(zhì)層滲透；靶標(biāo)位點(diǎn)不敏感，如門(mén)控氯通道的構(gòu)象變化；細(xì)胞膜上三磷酸腺苷結(jié)節(jié)盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (簡(jiǎn)稱ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，ATP-bindingcassette transporter，ABC-transporter)在phase III的解毒過(guò)程中，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以主動(dòng)將細(xì)胞內(nèi)的有毒物質(zhì)泵出細(xì)胞，有助于昆蟲(chóng)抵抗異生物質(zhì)。

2.1 解毒代謝酶抗性

研究人員認(rèn)為甲維鹽的作用機(jī)制與其類似物阿維菌素相似或相同，也可由多功能氧化酶活性的變化引起。郭煒通過(guò)增效劑試驗(yàn)證實(shí)了稻縱卷葉螟解毒代謝酶對(duì)甲維鹽的解毒代謝作用，說(shuō)明解毒代謝酶活性的變化可能導(dǎo)致稻縱卷葉螟對(duì)甲維鹽抗性的形成。有報(bào)道通過(guò)增效劑試驗(yàn)證明小菜蛾對(duì)阿維菌素抗性與多功能氧化酶相關(guān)，同樣的結(jié)果也在馬鈴薯甲蟲(chóng)中有所發(fā)現(xiàn)。還有研究發(fā)現(xiàn)，三大解毒代謝酶的活性變化是西花薊馬對(duì)甲維鹽產(chǎn)生抗藥性的主要原因。

2.2 靶標(biāo)抗性

趙衛(wèi)東等報(bào)道，乙酰膽堿酯酶活性變化是導(dǎo)致二斑葉螨對(duì)阿維菌素產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一，同樣的結(jié)果在西花薊馬甲維鹽抗性種群中也得到了驗(yàn)證。但是，乙酰膽堿酯酶活性的改變作為昆蟲(chóng)對(duì)阿維菌素類殺蟲(chóng)劑抗藥性機(jī)理的報(bào)道較少。

大多數(shù)研究仍認(rèn)為該類藥劑是作用于半胱氨酸換配體門(mén)控離子通道家族基因，通過(guò)破壞寄生蟲(chóng)神經(jīng)肌肉系統(tǒng)達(dá)到殺蟲(chóng)目的。在最初的研究中，并不知道寄生蟲(chóng)存在谷氨酸門(mén)控氯離子通道(GluCls)，大環(huán)內(nèi)酯類殺蟲(chóng)劑的作用靶標(biāo)被認(rèn)為是GABA受體。大約10年后，在秀麗隱桿線蟲(chóng)中克隆出2個(gè)GluCl亞基，并在非洲爪蟾蜍卵母細(xì)胞中成功表達(dá)。這2個(gè)亞基能夠形成對(duì)谷氨酸、鵝膏蕈氨酸鹽、伊維菌素和其他阿維菌素類敏感的雜聚肽通道。Etter等認(rèn)為α亞基可以為谷氨酸提供1個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，但是不能打開(kāi)離子通道。GluClα1基因在咽肌細(xì)胞pm4、pm5 和 一 些 神 經(jīng) 中 表 達(dá) ，GluClβ 在 pm4 中 表 達(dá)。Vassilatis等發(fā)現(xiàn)伊維菌素和谷氨酸均能降低谷氨酸受體的敏感性，點(diǎn)突變可導(dǎo)致結(jié)合能力下降。

在非洲爪蟾蜍卵母細(xì)胞中表達(dá)捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)的GluCl亞基，該亞基被伊維菌素和莫昔克丁緩慢的不可逆轉(zhuǎn)的激活。盡管GluCl作為靶標(biāo)位點(diǎn)似乎被更廣泛的接受，然而，人們普遍認(rèn)為，阿維菌素類藥劑對(duì)GABA和GluCl都起作用。Arena等的研究發(fā)現(xiàn)：阿維菌素和米爾貝霉素可以與線蟲(chóng)GluCl結(jié)合并激活，表明GluCl是阿維菌素和米爾貝霉素在線蟲(chóng)的主要靶標(biāo)位點(diǎn)。伊維菌素對(duì)捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)GluCl具有高親和力，進(jìn)一步證明這種受體是伊維菌素在線蟲(chóng)的靶標(biāo)位點(diǎn)。其他阿維菌素類藥劑與伊維菌素在GluCl上的結(jié)合位點(diǎn)相同，但是其親和力相對(duì)較低?？辔抖?、氟蟲(chóng)腈和谷氨酸與GluCl通道上的其他位點(diǎn)結(jié)合。伊維菌素可不可逆轉(zhuǎn)地激活秀麗隱桿線蟲(chóng)GluClα和GluClβ通道以及果蠅GluCl通道，但是伊維菌素?zé)o法與捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)和秀麗隱桿線蟲(chóng)的GluClβ亞基相結(jié)合，表明線蟲(chóng)GluClα亞基對(duì)藥物具有選擇性。使用抗-HcGluClα/β和抗-GABA抗體，HcGluClα和β亞基定位在捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)GABA運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，進(jìn)一步證明這2個(gè)亞基構(gòu)成受體的形式。用特定的抗體定位捻轉(zhuǎn)血矛線蟲(chóng)GluCl3α，發(fā)現(xiàn)其定位在線蟲(chóng)的主要化學(xué)感覺(jué)器官-頭感器。上述研究結(jié)果均可證明GluCl及GABA是大環(huán)內(nèi)酯類藥劑的主要作用靶標(biāo)。

2.3 ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白誘導(dǎo)抗性產(chǎn)生

ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白作為超家族跨膜蛋白，從原核生物到人類均保守存在，基于序列的相似性，這些蛋白被分為8個(gè)亞家族，用A~H表示。這類跨膜蛋白不僅可以轉(zhuǎn)運(yùn)多種底物，還有其他作用，如細(xì)胞信號(hào)和核糖體的組裝和翻譯?，F(xiàn)有研究認(rèn)為ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以將毒性物質(zhì)經(jīng)過(guò)初級(jí)和次級(jí)代謝(PhaseⅠ和Ⅱ)形成的極性產(chǎn)物或螯合物強(qiáng)制性排出胞外(Phase Ⅲ)，有時(shí)候ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白還能直接將有毒物質(zhì)排出胞外 (Phase 0)，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白這種排出作用可減少胞內(nèi)藥物的積累，實(shí)現(xiàn)解毒，導(dǎo)致耐藥性產(chǎn)生。據(jù)報(bào)道，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與27種分屬不同種類的殺蟲(chóng)或殺螨劑的抗性有關(guān)，主要是ABCB、ABCC和ABCG 3個(gè)亞家族的基因，既有基因突變?cè)斐膳c底物親和力下降，也有增加表達(dá)量引起對(duì)藥物或其代謝產(chǎn)物的排出作用增強(qiáng)。

隨著研究的深入，有證據(jù)表明ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以吸收、結(jié)合和消除宿主和寄生蟲(chóng)中的大環(huán)內(nèi)酯類藥劑，其中包括P-glycoproteins (P-gps，ABCB1)。1976年首次在倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)P-glycoproteins，其由MDR/ABCB1編碼。其在保護(hù)組織免受有毒異物和內(nèi)源性代謝物傷害中起著至關(guān)重要的作用，也影響許多重要藥物的吸收和分布。P-gp的底物廣泛且具有特異性，阿維菌素類藥劑，如甲維鹽、伊維菌素均是其底物。P-gp被證實(shí)參與了許多寄生蟲(chóng)和昆蟲(chóng)對(duì)阿維菌素類殺蟲(chóng)劑的抗藥性形成。此外，P-gp的過(guò)量表達(dá)已導(dǎo)致多種昆蟲(chóng)產(chǎn)生抗藥性種群，如二斑葉螨、鮭魚(yú)海虱、煙草蚜蟲(chóng)。

使用ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白抑制劑維拉帕米處理鮭魚(yú)海虱和昆蟲(chóng)，均證實(shí)ABCB HTs/P-gp可通過(guò)協(xié)同作用抑制大環(huán)內(nèi)酯類的毒性。用大環(huán)內(nèi)酯類藥劑處理人類體虱、海虱成蟲(chóng)和小菜蛾均可誘導(dǎo)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)上調(diào)，其中甲維鹽/阿維菌素處理海虱成蟲(chóng)/小菜蛾導(dǎo)致其ABCB FT/P-gp表達(dá)量上調(diào)。Okechukwu通過(guò)ATPase活力測(cè)定以及競(jìng)爭(zhēng)性抑制試驗(yàn)證明了甲維鹽與ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白相互作用，大多數(shù)的大環(huán)內(nèi)酯類藥物可刺激ABCB FT/P-gp介導(dǎo)的Rhodamine 123流出，通過(guò)劑量-時(shí)間方式誘導(dǎo)ABCB FTs/P-gp表達(dá)，直接激活鈣離子通道，間接的激活氯離子通道提高胞內(nèi)鈣水平。使用RNAi敲減在人類體虱中上調(diào)表達(dá)的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因驗(yàn)證其功能，發(fā)現(xiàn)這些基因在對(duì)伊維菌素的代謝及抗藥性產(chǎn)生中起到了至關(guān)重要的作用。這些發(fā)現(xiàn)均表明，阿維菌素/甲維鹽是P-gp的底物，能誘導(dǎo)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)增加，P-gp mRNA表達(dá)量的增加可能導(dǎo)致阿維菌素類藥劑的有效性降低。

結(jié) 語(yǔ)

綜上，昆蟲(chóng)對(duì)甲維鹽的抗藥性機(jī)理是復(fù)雜的，不同昆蟲(chóng)種群的抗藥性機(jī)理也不盡相同，因此研究昆蟲(chóng)對(duì)甲維鹽的抗性機(jī)理可為科學(xué)合理地使用該類殺蟲(chóng)劑，延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命提供重要的科學(xué)依據(jù)。甲維鹽可與其他多種不同作用機(jī)理的殺蟲(chóng)劑進(jìn)行混用或輪換使用，以延緩昆蟲(chóng)對(duì)其抗藥性的產(chǎn)生及發(fā)展。在部分阿維菌素類藥劑抗性水平較高地區(qū)應(yīng)立即停用或暫緩使用該類藥劑，等到該地區(qū)對(duì)阿維菌素類藥劑抗性水平下降再重新策劃使用方案，以防田間害蟲(chóng)抗性基因頻率增加，喪失該類藥劑對(duì)害蟲(chóng)的可控力。