新型双手性N-氰基亚磺酰亚胺邻氨基苯甲酰胺衍生物的杀虫活性评价与鱼尼丁受体靶向作用机制研究

《Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry》：Pesticidal evaluation of novel dual-chiral N-cyano sulfiliminyl anthranilic diamides derivatives

本文系统评估了一系列新型双手性N-氰基亚磺酰亚胺邻氨基苯甲酰胺衍生物对黏虫（M. separata）和小菜蛾（P. xylostella）的杀虫活性。多个化合物在0.1 mg·L-1浓度下展现出与氯虫苯甲酰胺（CHL）相当甚至更优的抑制效果，尤其化合物6g和7h对小菜蛾活性显著优于CHL。分子对接表明，这些衍生物通过氢键及π-π堆积作用与鱼尼丁受体（RyR）的伪电压感受域（pVSD）紧密结合，为开发具有新颖作用模式的手性杀虫剂提供了结构基础。

　　

引言：随着害虫抗药性上升和环境问题日益凸显，开发具有新颖作用机制且环境友好的杀虫剂成为农业化学研究的关键。传统有机磷杀虫剂因抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）而对人类和动物产生毒性，因此，靶向昆虫鱼尼丁受体（RyR）的邻氨基苯甲酰胺类化合物（如氯虫苯甲酰胺（CHL））因其高选择性而受到广泛关注。RyR作为细胞内钙离子（Ca²⁺）释放通道，在兴奋-收缩耦合中至关重要，是杀虫剂创新的高度保守靶点。然而，针对双手性邻氨基苯甲酰胺衍生物的结构活性关系（SAR）研究尚不充分，尤其手性碳（Cα）与硫构型之间的立体电子效应对RyR激活的调控机制仍未明确。

实验方法：本研究设计并合成了一系列新型双手性N-氰基亚磺酰亚胺取代的邻氨基苯甲酰胺衍生物。合成路线以关键中间体硫醚为基础，通过手性池控制法引入手性碳原子，进而诱导形成不同构型的新手性硫中心。所有目标化合物的结构均通过核磁共振氢谱（¹H NMR）、高分辨质谱（HRMS）及旋光测定进行表征。生物活性测试针对黏虫（东方黏虫）和小菜蛾（小菜蛾）的三龄幼虫进行，采用叶片浸渍法，于25±1°C、50-70%相对湿度及14小时光照:10小时黑暗的条件下培养，死亡率通过Abbott公式校正。此外，通过同源建模构建了草地贪夜蛾RyR（SfRyR）的伪电压感受域（pVSD）模型，并以CHL共晶结构（PDB ID: 6M2W）为模板，利用薛定谔Glide模块进行分子对接，分析结合模式、氢键及π-π堆积相互作用。

结果与讨论：

合成与结构表征：成功合成了26个目标化合物，包括6a–k、7a–k、10a–b和11a–b系列。通过单晶X射线衍射确定了其绝对构型主要为（Sc, Rs），该立体化学可能增强了分子的结晶性。这些双手性亚磺酰亚胺衍生物均含有两个手性中心，分别位于碳原子和硫原子上。

对黏虫（M. separata）的杀虫活性：大多数目标化合物在5 mg·L^-1浓度下对黏虫表现出100%的杀虫活性。值得注意的是，化合物6a、6b、6f和6g在0.1 mg·L^-1的极低浓度下仍分别展现出20%、30%、40%和20%的死亡率，其活性与商品化标准品CHL相当。构效关系分析显示，对于6a和6b等化合物，其生物活性趋势为（Sc, Rs） > （Sc, Ss） ≥ （Rc, Rs） ≈ （Rc, Ss），表明Sc构型的活性普遍高于Rc构型，且硫手性（Rs构型）对生物活性影响更为显著。卤素取代基的影响方面，氯（Cl）的活性通常高于溴（Br），这与先前SAR研究结论一致。此外，含有N-吡啶基吡唑部分的化合物活性优于含有N-取代硝基苯基吡唑的化合物，其中-OCH₂CF₃取代基表现出最高的生物活性。对化合物6g、6i、6j、7e及CHL的致死中浓度（LC₅₀）测定显示，7e和CHL的LC₅₀值分别为0.2790和0.0724 mg·L^-1。

对小菜蛾（P. xylostella）的杀虫活性：在针对小菜蛾的测试中，化合物6d–h和7d–h同样表现出良好至优异的杀虫活性。特别值得注意的是，化合物6g和7h在低至10^-5mg·L^-1的浓度下仍分别达到30%和20%的死亡率，其活性超过了CHL（该浓度下死亡率为0%）。其中，化合物7h对小菜蛾的杀虫活性最佳，而化合物6g对黏虫的活性与CHL相当，对小菜蛾则优于CHL。这些结果表明，双手性亚磺酰亚胺邻氨基苯甲酰胺骨架能同时增强对黏虫和小菜蛾的杀虫效力。

分子对接研究：分子对接结果显示，化合物6g和7h与SfRyR的pVSD结合口袋的结合亲和力均优于CHL，其对接得分分别为-4.263和-4.589 kcal/mol，而CHL为-3.149 kcal/mol。在结合模式上，6g通过氢键与Lys4742和Asp4887相互作用，并与Tyr4738形成π-π堆积；7h则与Val4890和Tyr4738相互作用。相比之下，CHL仅与Tyr4863和Asp4887形成氢键，且缺乏π-π堆积稳定作用。这些额外的相互作用网络可能解释了6g和7h具有更强生物活性的原因。此外，6g和7h具有更大的分子体积和溶剂可及表面积（SASA），这有助于其与结合口袋形成更好的形状互补性和范德华接触。对接涉及的残基（如Tyr4738、Lys4742、Asp4887、Val4890）位于通道构象耦合的关键区域，邻近已知的抗性突变热点（如I4734M和G4891E），暗示这些衍生物可能通过更广泛的相互作用网络，潜在地降低对单一残基变异的依赖性，但这一假设仍需通过抗性突变模型和田间抗性品系进行实验验证。

结论：本研究成功合成并评估了一系列靶向RyR的新型双手性N-氰基亚磺酰亚胺邻氨基苯甲酰胺衍生物的杀虫活性。在制备的26个化合物中，绝大多数对黏虫表现出显著的生物活性，其中6a–b和6f–g在0.1 mg·L^-1浓度下具有与CHL相当的完全抑制效果。尤为突出的是，化合物6g和7h对小菜蛾的杀虫效力优于CHL。分子对接结果表明，6g和7h能与SfRyR的pVSD区域形成更强的结合，这为其卓越的活性提供了结构解释。因此，化合物6g和7h被视为具有潜力的新型双酰胺类杀虫剂先导化合物，为针对RyR靶点、具有新颖作用模式的手性杀虫剂的合理设计奠定了结构基础。