课件：神经毒剂的作用机理.ppt

第五节 神经毒剂,神经毒剂，均是阻断神经传导，而不是直接杀死神经细胞。,1. 轴突毒剂 （1）滴滴涕的作用机理 （2）菊酯类杀虫药剂的作用机理 2. 前突触毒剂 3. 胆碱酯酶抑制剂 4. 乙酰胆碱受体毒剂 （1）烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 （2）沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理 5. GABA受体毒剂 （1）多氯环烷烃类 （2）Avermectin类 （3）苯并咪唑类及其类似物 6. 章鱼胺受体毒剂,第五节 神经毒剂,一、轴突毒剂,药剂对轴突传导的抑制主要是通过改变膜的离子通透性，从而影响正常膜的电位差，使电冲动的发生与传导失常。而离子通透性的改变主要与离子通道有关。 离子通道：细胞膜上有通道蛋白形成的跨膜充水小孔，称为离子通道（ion channel），离子通道使钠、钾、钙等离子顺电化学梯度扩散，通过双分子层。,根据通道开关的调控机制又称门控机制的不同，离子通道可分为： (1) 配体门控离子通道或称受体控制性通道 Ach受体、GABA受体等； (2) 电压门控离子通道或称电压依赖性通道 开、关一方面由膜电位决定，另一方面与电位变化的时间有关(时间依赖性)，钠通道、钾通道等； (3) 环核苷酸门控(CNG)通道 这类通道在视觉和嗅觉方面的信号传导中相当重要 (4) 机械力敏感的离子通道 当细胞受各种各样的机械力刺激时开启的离子通道,离子通道,一、轴突毒剂,1. 钠离子通道的结构与功能,5种：1种,电鳗；3种，大鼠脑神经，分别是I、型；1种，大鼠骨骼肌中。 这5种在化学上各有其特点，但都包含一个由1 800-2O00个氨基酸组成分子量约为240-280千道尔顿的糖蛋白亚单位。 大鼠脑神经中的I、型钠离子通道都是由a亚单位(260千道尔顿)、1亚单位(36千道尔顿)和2亚单位(33千道尔顿)组成的复合体。电鳗中钠通道仅有一个a亚单位构成。,1. 钠离子通道的机构与功能,亚基是钠通道的功能性亚单元，它由4个高度相似的同源结构域(D1 -D4)围成一个中心孔道，每一结构域有6个螺旋跨膜片段(S1-S6)。每个结构域中S4片段的氨基酸序列高度保守，是通道的电压感受器。该片段含有重复的结构特征：每隔2个疏水残基即有一个带正电的Arg或Lys残基。该段氨基酸残基的点突变或化学修饰会影响通道的激活功能。,结构域（Domain）：蛋白质中一个有着特定功能的独立单元。多个结构域共同构成蛋白质的功能。,联结S5和S6片段的发夹样折叠SS1和SS2(亦称P区)被嵌入膜内，构成孔道衬里，与通道的离子选择性有关。它的氨基酸残基点突变会降低通道的离子选择性以及诸如TTX类阻断剂对通道的选择性。钠通道结构域III和IV的细胞内连接环充当通道失活化门控襻，它可电压依赖性地进入钠通道的孔道内口，进而堵塞孔道，致使通道失活。,1. 钠离子通道的机构与功能,1和2亚单元则对亚单元在膜上的定位以及稳定性起着重要的辅助作用，并参与调节亚单元的电压敏感性和失活过程。,1. 钠离子通道的机构与功能,Na+通道是一个结合在神经轴突膜上的大型糖基化蛋白质，存在关闭、开启和失活三种空间构型，其构型之间的转变受神经膜电位变化的控制，也受到药物的影响。钠通道功能包括选择性滤孔（ selectivity filter）（位于细胞外膜，允许适当大小和适当电荷的离子通过，钠离子最容易通过）、闸门（gate）（位于内膜，是通道的内侧口）、和电压感受器（sensor）,（位于内外膜之间，对膜电位的变化很敏感，控制闸门的开闭），通道内侧有控制激活的m闸门和控制失活的h闸门。去极化时，m闸门打开，使钠离子通过，持续去极化则h闸门关闭，极化时m闸门重新关闭，h闸门重新打开，钠通道才会对去极化再次做反应。,h,m,在电压门控钠通道上至少存在9个不同的神经毒素靶结合受体位点。按其在钠通道的作用方式和受体位点的结构，它们可被分为三大类： 阻滞钠电导的毒素； 作用于跨膜区域内并影响电压依赖性的毒素； 通过作用于胞外影响钠通道电压依赖性的毒素。,1. 钠离子通道的机构与功能,*别够偶联是指一个受体位点被相应的神经毒素占据后诱导其他神经毒素在指定受体位点上的结合。正调节（+）指促进毒素在其他指定受体位点的结合/或刺激Na+内流；（-）指削弱毒素在指定受体位点的结合。,2. 滴滴涕的作用机理,一、轴突毒剂,该药剂中毒的鱼尸花蝇出现的症状为：兴奋性提高，身体及运动平衡被破坏，当运动量达到最大后，体躯强烈痉挛、颤栗，最后试虫麻痹，缓慢地死亡。解剖虫尸发现，昆虫组织非常干燥，几乎完全丧失了血淋巴。DDT中毒后，一些昆虫还具有足自断现象，且断裂下的足仍长时间收缩。几丁虫还能咬掉中毒的跗足，而保护自己免于失死亡。,DDT受体学说 酪胺 钠离子通道学说 DDT主要是作用于昆虫神经膜上的钠离子通道。,2. 滴滴涕的作用机理,DDT的作用是使钠离子通道打开，延迟h门的关闭，钠不断内流，从而使得负后电位加强，当负后电位超过了钠阈值，就会引起电位的又一次上升，引起动作电位的重复后放。动作电位重复后放使神经持续兴奋，昆虫就表现出急速爬动等兴奋症状。在重复后放之后就是不规则的后放，有时产生一连串动作电位，有时停止，这时乃是进入痉挛及麻痹阶段，到重复后放变弱时乃进入完全麻痹，而传导的停止既是死亡的来临。,2. 滴滴涕的作用机理,Ca2+-ATP酶： 滴滴涕主要抑制外Ca2+-ATP酶。外Ca2+-ATP酶的作用是调节膜外Ca2+的浓度，在浓度高时，酶不起作用，在浓度低时，它的作用是使膜外的钙的浓度增加。因此抑制此酶，膜外钙的浓度就降低而不能恢复。膜外部Ca2+的浓度与轴突膜的兴奋性有关。外部Ca2+减少时，膜的限阈降低，因而易受刺激（即不稳定化）。实际上，这是由于Ca2+的减少造成了膜外面正电荷的降低，这样膜内对膜外的相对电位差也减小了，因此外部缺少Ca2+的轴突膜更容易去极化，也即更容易发生一系列的动作电位。滴滴涕的作用是抑制了“外Ca2+-ATP酶”导致轴突膜外表的Ca2+减少，从而使得刺激更容易引起超负后电位的加强，引起重复后放。另外，在神经膜受到刺激时，膜外的钙离子浓度略有减少。加强膜外的Ca2+浓度，有抑制钠闸门被打开的作用。因此钠闸门的延迟关闭也与钙降低有关。,型拟除虫菊酯：不带CN基的，处理的昆虫很快就出现高度兴奋及不协调运动、麻痹即所谓击倒，但击倒时体内的药量若未达到致死量时，将会苏醒，最后瘫软死亡，如丙烯菊酯和胺菊酯等。“击倒”，即引起昆虫的快速的、可恢复的麻痹。 型拟除虫菊酯：带有CN基的，处理昆虫不出现兴奋症状，而出现运动失调以后的中毒症状，即很快痉挛，立即进入麻痹状态，最后瘫软死亡，如氯氰菊酯、溴氰菊酯和速灭杀丁等。,3. 菊酯类杀虫药剂的作用机理,电流和钠尾电流（ 表示有更多的钠通道处于开放状态） 明显延长。其中带CN基的拟除虫菊酯类甚至能使钠通道长期不关闭，如溴氰菊酯等。延长的钠电流引起负后电位去极化，振幅和时程增加，在负后电位去极化达到兴奋阈值时，发生重复后放。引起这样的重复后放可在神经系统的各个部位发生，特别在突触的神经末端和感觉神经元，引起神经肌肉痉挛产生超兴奋，使运动失调，最后麻痹死亡。,当拟除虫菊酯与神经膜上的钠离子通道结合后，个别的钠离子通道被拟除虫菊酯变构，在去极化期间使钠离子通道开启延长，导致钠,Na+，K+-ATP酶也是拟除虫菊酯类药剂的靶标之一。这种观点和钠离子通道靶标学说并不矛盾。钠离子在神经细胞内外的流动依靠Na+,K+离子泵。Na+,K+-ATP酶的基本功能是催化ATP末端磷酸水解，并利用该反应产生的自由能来逆电化学梯度进行Na+、K+的主动运输，从而维持细胞膜内外Na+、K+离子浓度的相对恒定及渗透压的平衡，以保证细胞正常的神经传导或物质吸收等重要的生理功能。当Na+,K+-ATP酶受强烈的抑制时，离子流受抑制，水被吸收，滞留，引起各种谷氨酸盐及其他神经递质的释放，进而引发中枢神经系统的疾病。拟除虫菊酯作用于钠通道的同时可能也就抑制了Na+，K+-ATP酶的活性。,3. 菊酯类杀虫药剂的作用机理,另外，拟除虫菊酯也对多种不同受体产生不同的作用，例如烟碱受体、乙酰胆碱受体、GABA受体-氯离子载体系统、Ca2+ATP酶、谷氨酸受体等。,3. 菊酯类杀虫药剂的作用机理,二、前突触毒剂,前突触膜毒剂是一类主要作用于前突触膜，即突触前膜的杀虫剂。六六六及环戊二烯类，中毒症状大致分为兴奋、痉挛、麻痹、死亡等几个阶段 。 六六六和环戊二烯类杀虫剂：刺激前突触膜大量释放乙酰胆碱，造成乙酰胆碱在前后两个神经元的间隙中大量积累，因而阻碍了神经元之间的神经传导。 六六六和环戊二烯类能引起乙酰胆碱大量积累的原因，并非是由于它们对胆碱酯酶抑制作用所造成的，也不是由于它们占领了胆碱受体后使乙酰胆碱未能与受体结合而造成的乙酰胆碱积累的结果，而是六六六与环戊二烯类杀虫剂刺激前突触膜，加强了乙酰胆碱的释放。但具体的作用位点尚无定论。 此类杀虫剂还为GABA受体抑制剂。,三、 胆碱酯酶抑制剂,（一）乙酰胆碱酯酶的结构与功能,1. AChE的基因结构及分子多态性,所有的脊椎动物及无脊椎动物中的昆虫，其AChE均由单个Ace编码。在不同生物间Ace结构存在差异。人、鼠等哺乳动物Ace结构相对紧凑，6个外显子（基因上含有蛋白质编码信息的部分，每个外显子均编码一个完整蛋白质的特定部分）、5个内含子（基因中除了外显子，剩余的DNA序列就构成了内含子，内含子被转录成RNA，但是接着就被剪切掉，因此内含子不编码蛋白质。 ）分布在4.5-4.7kb的碱基序列内；按蚊和黑尾果蝇 Ace由9个内含子和l 0个外显子组成，其总长度分别为23kb和34kb。,AChE是一大分子糖蛋白，糖基约占总重量的15。AChE按其分子特征可分为球型（对称型）及尾型（不对称型）。球型单体(G1)分子量约70-80kD，单体通过单一的链间二硫键装配成二聚体(G2)，两个二聚体通过范得华氏力结合为四聚体(G4)。球型四聚体通过加入三股胶原样尾而成为尾(collagen-like tail)型四聚体（A4）。胶原性尾可通过二硫键直接与四聚体中的二聚体相连。每一个尾有三个联接点，可分别形成尾型八聚体(A8)及十二聚体(A12)。球形分子依据其溶解性又可分为两亲分子(G-amphiphilic)和非两亲分子(G-nonamphiphilic)。,1. AChE的基因结构及分子多态性,1. AChE的基因结构及分子多态性,同一生物的不同AChE分子，其分子大小、形状、溶解性等理化性质存在差异，但这些不同的酶分子却具有相同的底物催化特性，其原因在于AChE氨基端的氨基酸序列在不同酶分子之间完全相同。该相同的氨基酸序列包含了AChE完成其催化功能所必须的所有氨基酸残基。因此，该段相同的氨基酸序列也叫做AChE的催化亚基。与催化亚基羧基端连接的不同结构域决定着酶分子的类型和酶分子的理化特性。,2. AChE的分布,主要分布在神经肌肉组织。 昆虫：中枢神经 ；肌肉、血淋巴 脊椎动物：中枢、周围 神经组织中的AChE主要是球型。 电鳐肌肉中的AChE几乎全部为A12型。哺乳动物肌肉AChE呈多型性，主要为A12AChE，也含有其他分子型AchE。,3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成,AChE是一个异构化酶，它有三类作用部位：催化部位、结合部位及异构化部位。 催化部位和结合部位构成该酶的活性中心。 催化部位又叫酯动部位，对乙酰胆碱、有机磷和氨基甲酸酯发生乙酰化、磷酰化和氨基甲酰化都在这个部位，这个部位主要是丝氨酸的OH基； 另外，在催化部位周围的许多氨基酸残基都有可能成为结合部位，主要有阴离子部位、疏水部位、电荷转移复合体部位、靛酚结合部位、巯基结合部位等； 异构化部位又叫外周离子部位。,3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成,该催化亚基是由14个螺旋与12个折叠片组成的大小为456065的椭球形分子；螺旋、折叠片在晶体中的含量分别为15、30，折叠片位于椭球形分子的中央而被螺旋所包围。 该分子结构最明显的特点是在球形分子的表面有一向内凹陷的又深又窄的“峡谷”(gorge)，峡谷的深度达到20 ，相对于入口处其底部更加扩展。,3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成,AChE的催化中心的3个氨基酸残基：第200位的丝氨酸(S200)、第327位的谷氨酸(G327)、第440位的组氨酸(H440)均位于峡谷内，因此该峡谷也叫做活性中心峡谷。峡谷内壁四周主要是由34个疏水的芳基氨基酸组成,这些芳基氨基酸残基在AChE与底物的结合过程中起重要作用，其中第84位的色氨酸(W84)、330位的酪氨酸(Y330)或苯丙氨酸(F330)、442位的酪氨酸(Y442)，与G199一起构成了AChE活性中心底物与酶的结合部位，其亲和力主要来源于底物与芳环上电子的相互作用。 酶晶体衍射研究的结果进一步表明，底物与酶分子的结合部位和催化部位实际上同处于活性峡谷之中；底物与酶的结合部位主要是由疏水的芳基氨基酸组成。,在峡谷入口处附近，椭球形分子的外表面主要是由一些带负电的氨基酸组成。这些带负电的氨基酸组成了AChE的外周阴离子部位(peripheral anionicsite,PAS)。十二烷双胺、普罗吩胺等化合物与PAS部位均有很高的亲和力。这些配体结合于PAS后，可以改变酶活性中心的立体构型，影响酶与底物或与其它配体的亲和力。它的存在可能有助于提高AChE催化效率：乙酰胆碱进入活性中心之前，先通过静电吸引结合于PAS，然后顺势滑入到峡谷内并进一步扩散到活性中心，从而加快底物与活性中心的结合进程；另外，PAS可能还与高浓度底物对酶活性的抑制作用有关。,3. AChE酶蛋白结构和氨基酸组成,4 . AChE的功能 Ach是昆虫胆碱能突触的神经递质，在完成信息传递（动作电位）后被AChE分解 CH3COOC2H4N+(CH3)3 CH3COOHHOC2H4N(CH3)3 反应式：EAX EAX AE AE 第一步 可逆反应 形成复合体EAX Kd = 解离常数、亲和力常数； K+1结合速率常数；K-1解离速率常数；Kd愈小， EAX 愈大（亲合力愈大）,K+1,K-1,第二步 酶乙酰化反应，放出X（胆碱）取决于K2， K2速率常数（ K2 大，易放出X） 第三步 水解反应，脱乙酰化反应，放出乙酸，酶恢复， 水解速率常数K3，快，（1/几 1/100msec）。,CH3COOC2H4N+(CH3)3 CH3COOHHOC2H4N(CH3)3 反应式：EAX EAX AE AE,阴离子部位 疏水基部位 （结合部位） 电荷转移复合体 吲哚苯基结合部位 酯动部位 （催化部位）丝氨酸羟基 相邻组氨酸的咪唑基活化丝氨酸OH 诱导反应，整个反应很快，仅23msec,AChE,酶与乙酰胆碱的季铵 基团N+(CH3)3结合,（二）OP杀虫剂对AChE抑制作用 1. 酶活性的抑制： EPX PXE PE PE 第一步 形成可逆性复合体（ PXE 存地时间短） 第二步 酶磷酰化反应，P原子（亲电性）与酶丝氨酸OH反应，亲电性愈强，对酶抑制能力愈强，X基团分离能力愈大。 K2磷酰化反应速率常数 很快 第三步 酶去磷酰化，K3速率常数，几乎不发生,K+1,K-1,K2,X,K3,2. 酶活性的恢复 酶经磷酰化后，虽然水解作用极为缓慢，但仍然能自发地放出磷酸并使酶复活，这一反应称为自发复活作用或脱磷酰化作用。 EP+H2O EH+P一OH 自发复活速度与抑制剂的离去基团无关，而取决于磷原子上残留的取代基以及酶的来源。 AChE复活剂：羟胺(NH2OH)（弱）、肟、羟肟酸（强）引入阳离子活性更强。攻击磷酰化酶中的P原子而取代它们。,（解磷定）,3. 磷酰化酶的老化 老化：指磷酰化酶在恢复过程中转变为另一种结构，以至于羟胺类的药物不能使酶恢复活性。老化现象是由于二烷基磷酰酶的脱烷基反应造成的。 磷酰化酶的老化速率与磷酰基上的烷基有关。二乙基磷酰化酶老化缓慢，但甲基、仲烷基及苄基（苯甲基）酯的老化速度要快得多。 老化反应速度取决于非酶的化学力，发生烷基磷酸酯基C一O键的断裂。因此，酶如果受烷基化能力高的磷酸酯的抑制，老化现象易于发生。,1. 抑制神经细胞的生长发育： AChE的催化作用能增强神经轴突的生长，因而，在AChE活性被有机磷杀虫剂抑制后，即使未致死亡，机体神经细胞的生长发育也受到阻碍。毒死蜱可以抑制PC12细胞的有丝分裂和轴突的长出，抑制神经细胞DNA的合成，在远低于使AChE活性抑制所需要的浓度时即可引起与脑发育有关的分子-磷酸化的Ca2+ cAMP介导的反应元件结合蛋白(CREB)的活性增加。可见，有机磷杀虫剂不仅具有胆碱能毒性，还具有非胆碱能毒性作用。,有机磷杀虫剂的其他作用机理：,有机磷杀虫剂的其他作用机理：,2. 抑制乙酰胆碱受体：乐果可以增强肌细胞膜上的nAChR的表达。它可通过结合到非竞争性位点改变该受体的构型或是直接阻断nAChR通道而抑制其功能。 3. 影响神经突触的ACh的释放：毒死蜱可以作用于突触膜上的自主型nAChR，抑制这些自主受体的功能，从而影响ACh的释放。 此外，有机磷杀虫剂还对大脑突触体的钙离子通道功能有抑制作用，例如：甲胺磷(methamidophos)可以使脑突触体钙摄取减少，说明甲胺磷影响了膜上的电压敏感型钙离子通道。,与OP差异： K3比乙酰化酶水解慢，但是比磷酰化酶水解快得多。乙酰化酶的复活半衰期只有0.1ms左右，氨基甲酰化酶为几分钟到数小时，而磷酰化酶为几小时到几十天，甚至永不复活。 无老化 治疗，阿托品效好，酶复活剂（2-PAM、4-PAM、双复磷 ）无效,（三）氨基甲酸酯类对乙酰胆碱酯酶的抑制作用,总之： 二者均是AChE的不正常底物，为酯动部位抑制剂（有时也称为酸转移抑制剂）。有机磷或氨基甲酸酯与AChE丝氨酸的羟基结合，使AChE磷酰化或氨基甲酰化，即被抑制，去磷酰化需要几个月的时间，而去氨基甲酰化也需要几个小时左右，但是去乙酰化只要几分之一毫秒。这样导致突触部位积累大量的乙酰胆碱，突触后膜的乙酰胆碱受体不断地被激活，突触后神经纤维长期处于兴奋状态，中毒试虫就表现出兴奋状态。但是过量的乙酰胆碱又可造成去极化阻断，从而抑制了神经传导，使昆虫在中毒后期逐渐地失去活动能力，昏迷死亡。另外，神经传导的阻断必然会影响到整个生理生化过程的失调与破坏。,各种有机磷和氨基甲酸酯的抑制能力有很大的不同，这决定于有机磷及氨基甲酸酯的化学特性，如磷原子的亲电子性等；还决定于酶的特性，AChE具有多种不同的结合部位，各种有机磷和氨基甲酸酯对他们的结合能力不同，也就影响其催化作用；与AChE的异构部位的变化也有关，某些化合物的作用可整个改变酶的反应性。所以，各种有机磷酸酯及氨基甲酸的抑制能力不同，在很大程度上决定于它们与哪些部位起作用。,四、 乙酰胆碱受体毒剂,受体：细胞膜或细胞内能与某些化学物质（递质、调质、激素等）特异性结合并诱发生物效应的特殊生物分子，其本质为蛋白质。每一种受体均有其相应的激动剂 （agonist）和拮抗剂（antagonist）。 神经递质的受体：在神经生化领域内把对神经递质起应答作用的生物活性物质称为神经递质的受体，它们是存在于突触膜上的蛋白质分子，其分子链镶嵌在膜内，而与配体（递质）结合的位点露在膜外。神经递质必须通过与受体结合后才能发挥作用。,神经递质的受体，两类： 配体门控离子通道： N-型乙酰胆碱受体（nAChR）、 -氨基丁酸受体（GABAR） 甘氨酸受体（GlyR）； 与信号转导蛋白相偶联的受体：当递质与受体结合后，经G蛋白将信号传给腺苷酸环化酶，产生CAMP，调节细胞代谢，最后引起各种生理效应， 肾上腺素受体、M-型乙酰胆碱受体（mAChR）、 单胺类受体和视紫红质（Rh）等。,将化学信号重新转变为电信号,四、 乙酰胆碱受体毒剂,以昆虫神经系统的受体为作用靶标的一类药剂称为受体毒剂。昆虫体内作为杀虫靶标的有乙酰胆碱受体、GABA受体、章鱼胺受体这三类主要的神经受体，另外还有多巴胺受体、5-羟色胺受体、谷氨酸受体等。,1. 乙酰胆碱受体（AChR） 生理功能：在胆碱能突触的重要作用在于识别和转导化学信号ACh。 类别： 烟碱样受体（nAChR）,蕈毒碱样受体(mAChR) 蕈毒酮样受体(muscaronic receptor)。,烟碱样受体： 一种能被烟碱激活的寡聚糖蛋白，位于细胞膜上，由4种不同的亚单位（、）构成的五聚体糖蛋白，2 。该受体是突触后膜的配体门控离子通道，当受体与ACh结合后，其构相改变，直接影响膜电位改变，在突触后产生一个快兴奋性突触后电位（fast excitatory post-synaptic potential, fepsp）。,蕈毒碱样受体(mAChR),膜受体家族的成员，通过与异三聚体鸟苷酸结合蛋白(G蛋白)偶联介导信号转导过程，因此又称G 蛋白偶联受体(GPCR)。mAChR蛋白分子量约51- 66kD，由460590个氨基酸残基组成，N端在胞膜外，C端在胞质内，七次跨过细胞膜，七个跨膜区(TM I-)由三个胞外环(01-3)和三个胞内环(i1-3)连接而成。mAChR可以被蕈毒碱（ muscarine）激活，被阿托品阻断，主要分布在哺乳动物的平滑肌和各种腺体内。,mAChR与递质结合后激活腺苷酸环化酶（或鸟苷酸环化酶），使腺苷三磷酸（ATP）（或鸟苷三磷酸GTP）分解出一个焦磷酸盐，并同时形成一个环腺苷酸（CAMP或环鸟苷酸CGMP），从而使CAMP（或CGMP）的浓度升高，CAMP（或CGMP）又激活蛋白激酶，蛋白激酶使离子通道蛋白磷酸化，实际上是激活了后突触膜上的离子通道，在突触后膜上产生一个慢兴奋性突触后电位（slow excitatory post-synaptic potential, sepsp）。,蕈毒碱样受体(mAChR),蕈毒酮样受体(muscaronic receptor) 第三类AChR。蕈毒酮是一种特殊的激活剂，它对M型、N-型受体同样有效，但对第三类受体有更大的亲和力。研究证明，对于蕈毒酮样受体，三类药物的作用部位相同，他们之间有竞争性抑制作用。昆虫体内这三种AChR都存在，在中枢神经中主要是nAChR。,四、 乙酰胆碱受体毒剂,乙酰胆碱受体,作用靶标,烟碱 巴丹等沙蚕毒素类 氯化烟酰类杀虫药剂。,2. 烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 烟碱：,烟碱被公认是一种乙酰胆碱受体毒剂。作为乙酰胆碱受体的激活剂，烟碱在低浓度时刺激烟碱样乙酰胆碱受体，引起兴奋，而在高浓度时，它占领受体，使神经突触传递受阻，因而中毒的试虫表现持续兴奋、呼吸衰竭，直至死亡的症状。 烟碱类杀虫剂以游离碱形式达到作用点, 其离子化型十分有利于和烟碱型受体的结合，故烟碱及其类似物的毒性并不决定于它们对乙酰胆碱受体的结合能力，而主要决定于它们能否进入到中枢神经系统内。 烟碱只对烟碱样受体和蕈毒酮样受体有作用，而对蕈毒碱样受体没有作用。,2. 烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 烟碱类：,氯化烟酰类杀虫剂也叫新烟碱类杀虫剂，主要指硝基甲撑杂环化合物及其它们的硝基亚胺类似物。 代表性产品：咪蚜胺（Imidacloprid），即吡虫啉。噻虫嗪(thiamethoxam)、噻虫胺(clothianidin) 、噻虫啉(thiacloprid),机理： 1984年，首次报道，昆虫中枢神经系统，nAChR。 该类药剂可作用于多种AChR，不但对m型受体和蕈毒酮样受体有作用，还可作用于药理学性质不同的昆虫烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）亚型。 靶标：nAChR是a亚基。因此该类杀虫剂与其它杀虫剂一般无交互抗性 。,2. 烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 烟碱类：,症状： 致死剂量下：典型神经中毒症状，即行动失控、发抖、麻痹直至死亡； 亚致死剂量下：拒食作用，引起蚜虫惊厥、蜜露排放减少，最终饥饿死亡。对害虫生殖有显著影响。,2. 烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 烟碱类：,2. 烟碱及烟碱类杀虫药剂的作用机理 烟碱类：,选择性：对昆虫比对哺乳动物有更强的毒性作用。 由于吡虫啉对昆虫nAChR的结合能力要比脊椎动物的高1000倍以上。 这类杀虫剂所作用的nAChR的位点不同，其N位未被取代的亚胺基作用于哺乳动物nAChR的24 亚单位，而杀虫剂分子中带负电荷的部分则作用于昆虫的nAChR的阳离子亚单位。 田间试验已验证了这类杀虫剂的毒性具有选择性。,四、 乙酰胆碱受体毒剂,3. 沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理,20世纪60年代开发兴起的一种新型仿生杀虫剂。 1941年，首次分离得到了沙蚕毒素（nereistoxin 简称NTX） 1965年日本武田药品工业株式会社，第一个NTX类杀虫剂-巴丹，这也是人类历史上第一次成功利用动物毒素进行仿生合成的杀虫剂。 杀虫双、杀虫环等同类药物。,3. 沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理,巴丹及沙蚕毒素是乙酰胆碱受体的拮抗剂。 在昆虫体内NTX降解为1，4-二硫酥糖醇(DTT)的类似物，从二硫键转化而来的巯基进攻乙酰胆碱受体(AChR)并与之结合，主要作用于神经节的后膜部分。 对nAChR的作用：显著地抑制了神经节的突触后膜电位(EPSP)，使其阈值增加，同时使突触前膜放出的神经递质减少，另外电降低了突触后膜对乙酰胆碱Ach的敏感性，从而阻断了正常的突触传递。 杀虫环：占领了AChR以后，中断了突触后膜的去极化，神经递质被阻。,3. 沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理,该类药剂还可对mAChR起作用，这与对nAChR的作用相反，这两种相反的作用可能在不同剂量水平时分别表现出来。,沙蚕毒素可与ACh竞争性作用于nAChR，当它占领nAChR后使其失活，影响了离子通道，从而降低突触后膜对ACh的敏感性，不能引起动作电位，去极化现象不再产生，突触传递被阻断（高）。对mAChR起作用，引起兴奋，产生去极化而阻断（低）。 最近，Keiichi等采用单通道记录膜片钳法进一步证明了巴丹是作用于nAChR的通道开放抑制剂。,中毒症状：瘫痪、麻痹，虫体软化、瘫痪死亡。 因ACh 不能正常传递，使反射弧对刺激不产生反应，试虫会陷入瘫痪、麻痹状态，失去危害作物的能力，昆虫停止发育、虫体软化、瘫痪死亡。,3. 沙蚕毒素类杀虫药剂的作用机理,五、 GABA受体毒剂,1. GABA受体,-氨基丁酸（GABA）是一种抑制性神经递质，它引致后突触膜的超极化作用，因而抑制动作电位的产生。 GABAR是一个配体门控的离子通道。 类型： GABAAR：分布于突触后膜及树突上的的对荷包牡丹碱敏感,抑制性受体，与突触传递有关 GABABR：分布于突触前膜的，对氯苯胺丁酸敏感的GABABR，与腺苷酸环化酶活化有关，它刺激前突触膜上钙的大量进入，由此使更多的小泡释放出GABA。,GABAC受体：在哺乳动物视网膜的平行双极神经元上，它对荷包牡丹碱和氯苯胺丁酸不敏感，能被GABA类似物和4-氨基巴豆酸激活。 在昆虫的神经-肌肉接头处，GABAR也有两个亚型，在突触前膜，既有GABAAR也有GABABBR，而在突触后膜则只有GABAAR。 占领GABA受体或破坏GABA受体，均会影响正常的突触传递，造成神经功能的失常。,1. GABA受体,GABAAR是一种多肽类寡聚体（heterooligomer）。脊椎动物的GABAAR是由两条链和链构成（22）。而昆虫的GABAR具有多样性，GABAAR有、5个亚基组成，每个亚基又包括4个疏水区（M1M4），都是跨膜的螺旋，他们相互作用共同形成氯离子进入细胞膜的孔道氯离子通道，因此，GABAAR也被叫做-氨基丁酸门控的氯通道（GABA-gated chloride channel）。,1. GABA受体,This diagram shows the GABA-A receptor and the putative binding site for a number of agents that affect GABA function.,1. GABA受体,生理意义：突触前膜释放的GABA和后膜GABAAR位点结合，诱导受体的构象改变，使通道开放，Cl-迅速涌入膜内，使膜超级化，产生抑制性突触后电位。,GABAAR的结构:具有作用部位和吸收部位。其中，吸收部位主要是吸收GABA分子；而作用部位包括：GABA及其抑制剂荷包牡丹碱位点；苯并二氮杂卓位点；巴比妥盐位点和抑制剂苦毒宁、TBPS（二环磷酸酯化合物）位点。荷包牡丹碱结合于GABA识别位点，竞争性地抑制GABA诱导的氯离子流；苯并二氮杂卓、巴比妥盐结合于变构部位，增加受体与GABA及其协同剂的亲和力，延长氯通道开放时间或开放频率；苦毒宁部位与氯离子通道相连，对这个部位起作用的化合物可使氯离子通道关闭（如拮抗剂苦毒宁、六六六、环戊二烯类等），也可使氯离子通道开放（如激活剂avermectin）,拮抗剂和激活剂的作用是对立的，可以彼此抵消。,This diagram shows the GABA-A receptor and the putative binding site for a number of agents that affect GABA function.,GABA受体与氯离子通道的关系 当GABA受体被激活剂激活后，不论在哪个部位，总是使氯离子通道开放，氯离子大量进入突触后膜，造成超极化，使另一个兴奋性的冲动到达该突触时达不到阈值电位，亦不会引起兴奋，而拮抗剂的作用则相反。,脊椎动物的GABA 受体和昆虫的GABA受体在遗传上的差别决定了其药理性质的差异。 尽管两类受体均对GABA产生反应，但来自家蝇、果蝇的GABA受体相对哺乳动物受体对GABA的敏感性至少降低至130，而且大多数昆虫受体对荷包牡丹碱的抑制作用不敏感，苯并二氯杂卓也不能增加其对GABA的敏感性。TBPS、EBOB与哺乳动物受体具有很高的亲和力，是非常有效的非竞争性抑制剂，但家蝇GABA受体对其抑制作用的敏感性显著降低。相反，昆虫GABA受体对许多杀虫剂却表现极强的敏感性。家蝇GABA受体对多氯环烷烃类杀虫剂中的林丹、毒杀酚、硫丹的敏感性程度，与哺乳动物相比分别增加了130倍、62倍和3.6倍；对阿维菌素类杀虫剂增加了615-714倍。哺乳动物和昆虫GABA受体对上述杀虫剂的敏感性差异，使杀虫剂具有了高度的选择性。,Deng等（1993）将作用于GABA受体的杀虫剂分为4类： A类杀虫剂包括多氯环烷烃类化合物、苦毒宁、芳基取代的杂环化合物及某些小取代基的杂环化合物，这些杀虫剂诱发典型的极度兴奋症状，表现为正温度系数，并与狄氏剂有交互抗性； B类杀虫剂为其他小取代基的杂环化合物，表现为负温度系数，中毒症状不固定； C类杀虫剂为芳基吡唑类；如锐劲特 D类杀虫剂为阿维菌素类，该类杀虫剂引起镇静、多尿中毒症状，与狄氏剂无交互抗性。,五、 GABA受体毒剂,2. GABA受体毒剂,五、 GABA受体毒剂,2. GABA受体毒剂,（1）多氯环烷烃类,六六六及环戊二烯类等多氯环烷烃类药剂是GABA受体的拮抗剂，可抑制GABA诱导的氯离子内流，并能抑制二氢苦毒宁（DXPTX）与受体的结合，认为该类药剂为GABA受体抑制剂。膜片钳技术也证明GABA受体氯通道复合体是环戊二烯和林丹类杀虫剂的靶标部位。 中毒试虫表现出兴奋、痉挛、麻痹、死亡四个阶段的症状。 该类药剂还可对中枢神经系统中的突触部位起作用。,五、 GABA受体毒剂,2. GABA受体毒剂,（2）Avermectin类,Avermectins是由土壤放线菌Sereptomyces avermeitilis产生一类16元环内酯化合物的混合物，包括A1a、A2a、B1a、B2a4个主成分和同系的4个次成分A1b、A2b、B1b、B2b，其中Avermectins B1是主成分。目前市售的Avermectin以Abamectin（Avermectins B1）为主。另外，此类药剂还包括伊维菌素（Ivermectin）、埃玛菌素（emamectin）等。 Avermectin作用于氯离子通道的，或者是谷氨酸门控的氯离子通道，或者是GABA门控的氯离子通道。哺乳动物对 Avermectin类化合物中毒后显示高度的兴奋性、不协调以及颤抖等症状，而昆虫和螨类中毒后，主要是麻痹，极少表现出极度兴奋的症状。,五、 GABA受体毒剂,（2）Avermectin类,Fritz等首次证明Avermectins是氯通道激动剂，可使氯通道开放。进一步研究表明，Avermectins B1与家蝇GABA受体具有很高的亲和力，采用放射性标记的配体结合实验和电生理实验均表明对GABA受体正常氯离子流的抑制作用是Avermectins类杀虫剂的主要作用机理。而Scott等研究认为在蝗虫足肌中，Ivermectin主要是激活谷氨酸门控的氯离子通道。 在线虫中，avermectin也是增强或直接打开谷氨酸门控的氯离子通道。 总之，Avermectin使氯离子通道开放，氯离子大量涌入膜内导致细胞功能丧失，使神经系统的正常动作电位传导受到破坏，其表现是导致中毒节肢动物无兴奋表现，行动迟缓，麻痹，停止取食，继而死亡。,Avermectin类化合物在脊椎底物和无脊椎底物之间具有很好的选择性。主要原因: (1)在脊椎动物中， GABA受体位于CNS，但是调节运动神经的化学介质是胆碱，而在昆虫和其他非脊椎动物体内，运动神经活性是由GABA和/或谷氨酸盐来调节。 (2)非脊椎动物具有一族谷氨酸门控的氯离子通道，而在哺乳动物中没有。 因而，阿维菌素类杀虫剂不能穿透脊椎动物的CNS使其中毒或致死，但可以通过Glu门控氯通道作用于昆虫的GABA 或GluR。 此外，阿维菌素类杀虫剂与哺乳动物神经系统其他门控氯通道受体的结合率也比较低，加之这类杀虫剂又难以通过哺乳动物的血脑屏障，所以，这类杀虫剂对哺乳动物相对安全。,五、 GABA受体毒剂,（3）苯并咪唑类及其类似物,锐劲特（Fipronil），又叫氟虫腈,其通用名为fipronil，商品名为 Regent，化学名称为5-氨基-3-氰基-1-（2，6-二氯-4-三氟甲基苯基）-4-三氟甲基亚磺酰基吡唑。主要用于蚜虫、叶蝉、飞虱、鳞翅目幼虫、蝇类和鞘翅目等多种害虫，而且那些对环戊二烯类、菊酯类或氨基甲酸酯类杀虫剂已产生抗性的昆虫对其多敏感。 锐劲特作用方式多样，对害虫兼具胃毒、触杀和一定的内吸作用，另外它也有一定的趋避作用（对白蚁）。,五、 GABA受体毒剂,（3）苯并咪唑类及其类似物,作用特点： （1）杀虫谱广：锐劲特对半翅目、鳞翅目、缨翅目、鞘翅目害虫都有很高的活性； （2）生物活性高：锐劲特对家蚕的胃毒LD50为0.427g/头, 毒力比杀虫双高370.30倍，比甲胺磷高8.06倍； （3）毒性较低：5的锐劲特悬浮剂100毫升对人和家禽的毒性仅相当于1毫升的甲胺磷 ； （4）持效期长：在推荐剂量下，其持效期明显长于其他常规杀虫剂，对水稻二化螟在20天以上，对褐飞虱约57周；,（5）安全间隔期短：锐劲特对家蚕的安全间隔期为33天，比杀虫双短67天，比甲胺磷短11天 ； （6）作用温和：锐劲特对蚊蝇、蟑螂和茄科蔬菜如茄子、番茄、马铃薯上的茄二十八星瓢虫的幼虫的快速击倒力较差，但对害虫均有较好的防治效果； （7）与当前常用的农药无交互抗性； （8）能促进作物生长：能使作物叶色发绿、叶檗增加，根系发达； （9）对人畜安全：对啮齿类动物的研究表明它无三致（致癌、致突、致畸变）效应；,锐劲特的作用特点：,（10）对作物、环境和害虫天敌影响较小：茄子、食用菌、捕食性天敌蜘蛛、隐翅虫、瓢虫和步甲 ；它在稻田水和植株中的半衰期为34天，在土壤中的半衰期为15天； （11）对许多水生生物和稻田蜘蛛毒性较大：虾蟹对锐劲特极为敏感，在水体中又极难降解，所以对虾蟹危害较大；室内测定锐劲特对稻田蜘蛛48h后的LC50为14.61 mg/，远低于生产用量，所以对蜘蛛的安全性较差,锐劲特的作用特点：,五、 GABA受体毒剂,（3）苯并咪唑类及其类似物,电生理研究表明，锐劲特能有效地抑制GABA诱导的氯离子流，可能是因为它抑制了3HEBOB（3H4-ethynyl-4-n-propylbi