作者：殷畅，毕莹莹，韩丽君，范志金，宋霜雨，秦发艺
我国是农药生产大国也是农药消费大国，在使用的农药中，杀虫剂约占40%。杀虫剂使用带来的食品安全、药害、有害生物抗性、生态环境破坏等潜在风险不可小觑。
双酰胺类杀虫剂是一类以芳香环为核心，在芳香环的2个不同位点分别连接一个酰胺键的活性分子。第一个登记（年）的代表品种是日本农药株式会社研发的氟苯虫酰胺（亦称氟虫双酰胺，英文名flubendiamide，实验代号NNI-）。此类杀虫剂作用靶标新颖，为昆虫鱼尼丁受体，具有优良的胃*作用兼一定的触杀活性，对鳞翅目昆虫有很好的防治效果，对卵和幼虫作用效果极佳，对作物药害风险小，且使用剂量低。此外，由于昆虫与其他生物间鱼尼丁受体存在差异，双酰胺类杀虫剂具有优异的选择*性，对哺乳动物、鸟类、蜜蜂、鱼类低*；与传统的杀虫剂无交互抗性。以氟苯虫酰胺为首的双酰胺类杀虫剂一上市，就受到了广泛认可。随后形成了杜邦、巴斯夫、三井等公司对双酰胺杀虫剂及其制剂的开发热潮。氯虫苯甲酰胺、溴氰虫酰胺、四氯虫酰胺、氟氰虫酰胺等杀虫剂被相继开发和商品化。部分双酰胺类杀虫剂的渗透性、内吸传导性得到了提升，防治谱也从鳞翅目扩展至双翅目、鞘翅目和半翅目，不仅用于大田作物，在园艺、蔬菜种植、防治卫生害虫方面也崭露头角。氯虫苯甲酰胺和氟苯虫酰胺在年全球销售额分别位列杀虫剂的第1和第8名。
然而，随着时间的推移，双酰胺的安全和抗性问题也逐渐显露。氟苯虫酰胺会在环境中分解成对一些水生无脊椎动物产生严重危害的持久性物质，年美国所有州开始禁用氟苯虫酰胺，使双酰胺杀虫剂受挫严重。为了确定几个主要双酰胺类杀虫剂对有益生物的危害，开展了对家蚕、蜂类、蚯蚓、溞类、害虫天敌、羊、鱼类等的安全性评估。双酰胺对鳞翅目昆虫有活性，其对家蚕的危害毋庸置疑。在浸叶法试验中，亚致死浓度的氯虫苯甲酰胺会引起家蚕变态发育；溴氰虫酰胺对意大利蜜蜂的48h接触致死中量LD50为3.71×10-2μg/只，属于高*，而瓜田中推荐使用浓度的氯虫苯甲酰胺会对蜜蜂的飞行能力产生影响；对蚯蚓低*的溴氰虫酰胺和氟苯虫酰胺被报道能够诱发蚯蚓体内的氧化胁迫，进而分别造成细胞损伤和DNA损伤。此外，我国浙江余姚、象山两地的二化螟种群中，溴氰虫酰胺、氯氟氰虫酰胺、四氯虫酰胺均与氟苯虫酰胺和氯虫苯甲酰胺存在交互抗性。
上述现状说明了双酰胺类杀虫剂在促进农业生产方面的重要性，也表明亟需开发新型双酰胺类杀虫活性物质，以解决有害生物抗性及生态安全等问题。本文综述了年以来大部分双酰胺杀虫剂合成方面的文献报道，详细介绍了该类杀虫剂的作用机制、开发和衍生工作的进展，总结了双酰胺杀虫剂先导优化的重要构效关系，指出了其发展方向，希望能为绿色杀虫剂的创制提供参考。
1双酰胺类杀虫剂的分类
根据结构特点，双酰胺类杀虫剂主要分为邻苯二甲酰胺和邻甲酰胺基苯甲酰胺两大类。这2类杀虫活性分子的经典代表分别是氟苯虫酰胺和氯虫苯甲酰胺（图1）。其他的双酰胺类杀虫剂分子，都是以二者为先导化合物，改造衍生而来的，表1列出了已登记或准备登记的双酰胺类杀虫剂有效成分。
2双酰胺类杀虫剂的作用机制
杀虫机制对于靶向设计衍生物具有重要的指导作用，下述机制介绍的主要目的是展示不同双酰胺类杀虫物质在作用位点、作用功能上的差异性，为基于构效关系（不仅仅是结构与药效，还指药物结构及其与靶标间的相互作用）的分子设计提供思路。
图1已上市的双酰胺类杀虫剂的结构式
2.1主要靶标RyR的研究进展
昆虫鱼尼丁受体RyR是位于昆虫肌肉细胞内质网（肌质网）上的Ca2+门控通道蛋白之一，它含有4个相同亚基（图2，C），负责控制贮存于肌质网中的大量Ca2+的流出，协同肌细胞膜上的Ca2+通道，调节细胞内部的Ca2+水平，进而协助控制肌肉组织的收缩等重要生理活动。
以小菜蛾为例，目前未见对昆虫RyR晶体结构完全解析的报道，ProteinDataBank(PDB)数据库中也仅收录了3种源自小菜蛾RyR的局部结构域晶体结构——N-末端结构域（图2，E；PDBID：5Y9V）、Repeat34结构域（图2，F；PDBID：6J6O）、SPRY2结构域（图2，G；PDBID：6KIM）。在研究昆虫RyR结构域对整个受体构象的影响时，一般采用哺乳动物(家兔或小鼠)的RyR作为模板，然后进行昆虫RyR特征结构域的替换，构建出整个昆虫RyR的晶体结构（图2，A、B）。
目前，通过定点突变、放射性配体、氨基酸序列置换等手段已确定了多种双酰胺类化合物与RyR结合位点的范围，及其发挥别构性能所必需的区域。前述的N-末端结构域、Repeat34结构域、SPRY2结构域，均被证明对昆虫RyR受体具有重要生理意义。日本京都大学的Kato等早在年，就通过置换兔RyR2和蚕RyR的跨膜序列、N-末端序列，揭示了N-末端和跨膜部位（C-末端）是RyR对氟苯虫酰胺敏感的结构基础。类似地，Tao等通过置换线虫与果蝇RyR的C-末端序列，确认C-末端为邻甲酰胺基苯甲酰胺类物质调节RyR的必要区域。另外，从“图2，B”中也可以看到，一个N-末端结构域由A、B两部分组成，并定位于RyR膜外的Ca2+通道出口处，是保证Ca2+正常释放的关键结构域之一。
Repeat34结构域位于RyR的胞外部分、远离Ca2+通道口的上边缘处，包含了PKA通路磷酸化的重要位点。Xu等解析并研究了小菜蛾RyR的Repeat34结构域，发现该结构域的磷酸化位置附近，多出一个哺乳动物未拥有的α-螺旋结构，说明Repeat34很可能成为RyR上的高选择性靶标。
SPRY2结构域定位于RyR胞外部分，与相邻亚基的BSol结构域相邻（图2，C、D、G）。Zhou等在年解析了小菜蛾RyR的SPRY2区域，并且发现该结构域与BSol结构域之间的界面对Ca2+通道的变构有重要作用，这意味着SPRY2结构域可能成为新的杀虫剂靶标。
图2小菜蛾RyR及其部分结构域的晶体结构
2.2RyR别构激活剂
目前，大多数双酰胺类杀虫分子的作用靶标是昆虫的RyR。双酰胺类RyR别构调节剂结合于RyR的特定位点，使RyR通道持续开放，一方面导致肌细胞质内Ca2+水平过高，引发肌肉持续收缩；另一方面使肌质网上的Ca2+泵消耗大量ATP，以重新补充肌质网过度流失的Ca2+，最终虫体收缩、变短变粗，昆虫脱粪、脱水、死亡（图3）。另外，昆虫RyR与哺乳动物的3种RyR（分别为骨骼肌型RyR1、心肌型RyR2、脑型RyR3）的低同源性决定了双酰胺类杀虫剂的高选择性，而不同昆虫物种间RyR的高同源性决定了双酰胺类杀虫剂的广谱性。通过利用放射性配体定位的方式，Isaacs等系统地比对了邻甲酰胺基苯甲酰胺、邻苯二甲酰胺、鱼尼丁同RyR的结合部位，发现3个位点并不完全相同。这说明RyR的失控激活可由不同位点的功能异常引发，将RyR作为新型杀虫剂的靶标具有很大开拓空间。
图3双酰胺类杀虫剂的杀虫机制
2.3GABAR别构抑制剂
从表1可以看到，大多数双酰胺类杀虫分子的作用靶标是昆虫的RyR，只有溴虫氟苯双酰胺例外。溴虫氟苯双酰胺属于间甲酰胺基苯甲酰胺，其作用靶标是γ-氨基丁酸受体（γ-aminobutyricacidreceptor，GABAR，也是一种Cl-门控通道蛋白）。尽管与大环内酯类杀虫剂的作用区域有所重叠，但从昆虫中*的症状来看，溴虫苯甲酰胺对GABAR的别构调节可能是抑制了其对Cl-的通透性，使得细胞膜电位去极化，昆虫过度兴奋，惊厥抽搐，死亡（图4）。这与大环内酯类物质（例如伊维菌素）激活Cl-通道，导致膜电位超极化，神经兴奋传递被抑制的作用显然不同。另外，研究表明，溴虫氟苯双酰胺在果蝇体内代谢为去甲基溴虫氟苯双酰胺后，与GABAR结合，结合区域极有可能位于GABAR的M3区域上G位残基或其附近。
图4溴虫苯甲酰胺的杀虫机制
阅读全文请征订《世界农药》
3双酰胺类杀虫剂的合成研究
3.1经典先导化合物的创制开发
3.1.1氟苯虫酰胺
3.1.2氯虫苯甲酰胺
3.1.3溴虫氟苯双酰胺
3.2双酰胺杀虫剂的先导优化
3.2.1邻苯二甲酰胺类杀虫活性物的改造
3.2.2邻甲酰胺基苯甲酰胺类杀虫活性物的改造
3.3双酰胺类杀虫活性物质的构效关系总结
4双酰胺类杀虫剂的发展方向展望
5结论
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