《Scientific Reports》：Mustard derived compounds as insecticides and modulators of human metabolism
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本研究针对全球农作物害虫防治难题，探索了芥子油及其主要活性成分异硫氰酸烯丙酯（AITC）的绿色防控潜力。研究人员通过体外生物测定比较了AITC与三种芥子油（黑芥、褐芥、白芥）对葫芦守瓜（Aulacophora foveicollis）和斜纹夜蛾（Spodoptera litura）的拒食及杀虫活性，并结合分子对接技术揭示了AITC与人体抗氧化酶（GST、SULT）及芥子蛋白（napin、cruciferin）与胃蛋白酶（pepsin）的相互作用机制。结果表明，AITC的拒食活性（74.63%~88.22%）显著高于芥子油，且褐芥油效果最佳；分子对接显示AITC与GST（结合能-3.3 kcal/mol）和SULT（-2.8 kcal/mol）结合稳定，提示其对人类代谢的安全性。该研究为开发基于芥子衍生物的新型生物农药及功能性食品提供了理论依据，对推动可持续农业发展具有重要意义。
在全球粮食安全面临严峻挑战的今天，虫害导致的作物损失已成为威胁农业生产的关键因素之一。据统计，昆虫害虫每年造成全球农作物减产高达20%-40%，尤其以鞘翅目的葫芦守瓜（Aulacophora foveicollis）和鳞翅目的斜纹夜蛾（Spodoptera litura）为代表的害虫，因其食性杂、繁殖快、抗药性强，常给瓜类和经济作物带来毁灭性打击。传统化学农药虽能快速控害，但残留毒性、环境污染及害虫抗性等问题使其应用受限。因此，开发高效、低毒、可降解的生物源农药迫在眉睫。
芥子（Mustard）作为一类富含硫苷（glucosinolates）的植物，其水解产物异硫氰酸烯丙酯（AITC）已被证实具有显著的昆虫拒食和杀虫活性，但AITC纯品成本高昂，且其对非靶标生物（如人类）的潜在影响尚不明确。与此同时，芥子籽粕中丰富的蛋白质（如napin和cruciferin）因含抗营养因子而难以被人体充分利用。能否将芥子中的活性成分“变废为宝”，既作为绿色农药，又为人类营养提供新来源？这一科学问题引发了研究团队的深入探索。
发表于《Scientific Reports》的这项研究，首次系统比较了AITC与三种芥子油（黑芥、褐芥、白芥）对两种重要害虫的生物活性，并通过计算生物学手段揭示了AITC在人体内的代谢互作机制。研究不仅为芥子衍生物的应用开辟了双效路径——既能控害又能促健康，更为可持续农业提供了新思路。
关键技术方法概述
研究通过索氏提取法从三种芥子种子中制备油脂，采用紫外分光光度法测定硫苷总量，滴定法和比色法分别量化籽粕和油脂中的AITC含量。昆虫生物测定在实验室控制条件下进行，以葫芦和蓖麻叶片为载体，评估不同浓度AITC（1000–3500 mg/mL）和芥子油（40–200 mg/mL）的拒食率及致死率（LC50/LT50）。分子对接使用PyRx软件分析AITC与人类GST（PDB: 4MPG）和SULT（PDB: 1J99）的相互作用，蛋白-蛋白对接通过HDOCK模拟胃蛋白酶（1QRP）与芥子蛋白（napin: 2SS1；cruciferin: 3KGL）的结合模式。
研究结果
1. 硫苷与AITC含量分析
褐芥籽粕的硫苷含量最高（92.67 μmol/g），显著高于黑芥（62.78 μmol/g）和白芥（52.35 μmol/g）。AITC在籽粕中的浓度依次为褐芥（0.88%）、黑芥（0.69%）、白芥（0.56%），油脂中AITC含量降低约35%，但趋势一致。这一结果明确了褐芥作为高活性成分来源的潜力。
2. 拒食与杀虫活性
AITC在3500 mg/mL时对葫芦守瓜和斜纹夜蛾的拒食率分别达88.22%和86.30%，显著优于三种芥子油。其中褐芥油在200 mg/mL时拒食率最高（78.92%和73.41%），白芥油效果最弱。杀虫实验中，AITC对斜纹夜蛾的LT50仅3.55小时，表明其速效性；褐芥油对两种害虫的LC50分别为602.23 mg/mL和251.99 mg/mL，进一步验证其实用性。
3. 分子对接揭示作用机制
AITC与GST的结合能以-3.3 kcal/mol通过丙氨酸（Ala233）、亮氨酸（Leu117）等残基稳定结合，与SULT（-2.8 kcal/mol）的关键作用位点为天冬氨酸（Asp164）。这表明AITC可能通过弱相互作用参与人体解毒代谢，而不抑制抗氧化酶活性。此外，胃蛋白酶与napin（对接得分-247.90）和cruciferin（-314.02）的高亲和性提示芥子蛋白可作为潜在营养源，但需解决硫苷类抗营养因子干扰。
结论与展望
本研究证实芥子衍生物兼具杀虫与代谢调节双功能：AITC作为高效杀虫成分，其作用机制与昆虫解毒酶（如GST）的抑制相关，而对人类GST/SULT的低亲和性则保障了食用安全性；芥子油虽活性低于AITC，但成本低廉、易于获取，更适于田间推广。蛋白对接结果为芥子蛋白的资源化利用提供了理论支持，未来需通过发酵或加工技术降解抗营养因子。
研究局限性在于实验室环境与田间条件的差异，以及长期使用可能引发的害虫抗性。下一步应开展田间试验，优化制剂工艺，并评估对土壤微生物及天敌昆虫的影响。总之，该工作通过“以植克虫”策略，为绿色农药开发和农产品增值提供了创新范式。
