โรคที่เกิดจากยุงยังคงเป็นปัญหาสาธารณสุขระดับโลกที่ร้ายแรงการดื้อยาของพาหะนำโรค เช่น ยุง Culex pipiens pallens ต่อสารฆ่าแมลงแบบดั้งเดิมยิ่งทำให้ปัญหานี้รุนแรงขึ้น ในการศึกษาครั้งนี้ ได้มีการออกแบบ สังเคราะห์ และประเมินสารประกอบไฮบริดไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนชุดใหม่หลายชนิดในฐานะสารฆ่าลูกน้ำยุงที่มีศักยภาพ ในบรรดาสารประกอบที่สังเคราะห์ขึ้น สารอนุพันธ์ 5f, 6 และ 7 แสดงฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุง Culex pipiens pallens ได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยมีค่า LC₅₀ เท่ากับ 0.3, 0.1 และ 1.85 μg/mL ตามลำดับ ที่น่าสังเกตคือ สารอนุพันธ์ไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนทั้งสิบสองชนิดแสดงความเป็นพิษสูงกว่าสารฆ่าแมลงกลุ่มออร์กาโนฟอสเฟตมาตรฐานอย่างคลอร์ไพริฟอส (LC₅₀ = 293.8 μg/mL) อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งเป็นการยืนยันถึงความเป็นพิษที่เหนือกว่าของสารประกอบเหล่านี้ ที่น่าสนใจคือ สารตัวกลางสังเคราะห์ 1a (ไทโอฟีนเซมิเอสเทอร์) แสดงฤทธิ์สูงสุด (LC₅₀ = 0.004 μg/mL) และถึงแม้จะยังไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสมอย่างเต็มที่ แต่ฤทธิ์ของมันก็ยังสูงกว่าอนุพันธ์สุดท้ายทั้งหมด การศึกษาทางชีววิทยาเชิงกลไกเผยให้เห็นอาการพิษต่อระบบประสาทอย่างรุนแรง ซึ่งบ่งชี้ถึงการทำงานของระบบโคลินเนอร์จิกที่บกพร่อง การจำลองการจับตัวของโมเลกุลและการจำลองพลศาสตร์ของโมเลกุลยืนยันข้อสังเกตนี้ โดยเผยให้เห็นปฏิสัมพันธ์จำเพาะที่แข็งแกร่งกับอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) และตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAChR) ซึ่งชี้ให้เห็นถึงกลไกการออกฤทธิ์แบบคู่ที่เป็นไปได้ การคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) ยืนยันคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์และปฏิกิริยาที่เหมาะสมของสารประกอบที่ออกฤทธิ์ ความหลากหลายทางโครงสร้างและฤทธิ์ที่สูงอย่างสม่ำเสมอของสารประกอบชุดนี้อาจลดความเสี่ยงของการดื้อยาข้ามชนิดและอำนวยความสะดวกในกลยุทธ์การจัดการการดื้อยาผ่านการหมุนเวียนหรือการผสมผสานสารประกอบ โดยสรุป ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าสารประกอบไฮบริดไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนาสารฆ่าลูกน้ำรุ่นใหม่ที่มุ่งเป้าไปที่กลไกทางระบบประสาทของแมลงพาหะ
ยุงเป็นพาหะนำโรคติดเชื้อที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดชนิดหนึ่ง แพร่กระจายเชื้อโรคอันตรายหลากหลายชนิด และเป็นภัยคุกคามอย่างมากต่อสุขภาพของประชาชนทั่วโลก ยุงสายพันธุ์ต่างๆ เช่น Culex pipiens, Aedes aegypti และ Anopheles gambiae เป็นที่รู้จักกันดีในการแพร่เชื้อไวรัส แบคทีเรีย และปรสิต ทำให้เกิดการติดเชื้อหลายล้านคนและเสียชีวิตจำนวนมากในแต่ละปี ตัวอย่างเช่น Culex pipiens เป็นพาหะสำคัญของอาร์โบไวรัส เช่น ไวรัสเวสต์ไนล์และไวรัสไข้สมองอักเสบเซนต์หลุยส์ รวมถึงโรคปรสิต เช่น มาลาเรียในนก งานวิจัยล่าสุดยังแสดงให้เห็นว่า Culex pipiens มีบทบาทสำคัญในการเป็นพาหะและแพร่กระจายแบคทีเรียที่เป็นอันตราย เช่น Bacillus cereus และ Staphylococcus warwickii ซึ่งปนเปื้อนในอาหารและทำให้ปัญหาสุขภาพของประชาชนรุนแรงขึ้น ความสามารถในการปรับตัว การอยู่รอด และความต้านทานต่อวิธีการควบคุมของยุง ทำให้ยากต่อการควบคุมและเป็นภัยคุกคามอย่างต่อเนื่อง
สารเคมีกำจัดศัตรูพืชเป็นเครื่องมือสำคัญในการควบคุมยุง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงที่มีการระบาดของโรคที่เกิดจากยุง สารเคมีกำจัดศัตรูพืชหลายประเภท เช่น ไพรีทรอยด์ ออร์กาโนฟอสเฟต และคาร์บาเมต ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อลดจำนวนประชากรยุงและการแพร่กระจายของโรค อย่างไรก็ตาม การใช้สารเคมีเหล่านี้อย่างแพร่หลายและต่อเนื่องเป็นเวลานานได้ก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมและสุขภาพของประชาชนอย่างร้ายแรง รวมถึงการทำลายระบบนิเวศ ผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย และการพัฒนาความต้านทานต่อสารเคมีกำจัดศัตรูพืชอย่างรวดเร็วในประชากรยุง11,12,13,14การดื้อยาเช่นนี้ลดประสิทธิภาพของยาฆ่าแมลงแบบดั้งเดิมหลายชนิดลงอย่างมาก ซึ่งเน้นย้ำถึงความจำเป็นเร่งด่วนในการค้นหาสารเคมีแก้ปัญหาที่ล้ำสมัยพร้อมกลไกการออกฤทธิ์ใหม่ ๆ เพื่อรับมือกับภัยคุกคามที่เปลี่ยนแปลงไปเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ11,12,13,14เพื่อรับมือกับความท้าทายที่ร้ายแรงเหล่านี้ นักวิจัยจึงหันมาใช้กลยุทธ์ทางเลือกอื่นๆ เช่น การควบคุมทางชีวภาพ วิศวกรรมพันธุกรรม และการจัดการพาหะนำโรคแบบบูรณาการ (IVM) แนวทางเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการควบคุมยุงอย่างยั่งยืนในระยะยาว อย่างไรก็ตาม ในช่วงที่มีการระบาดและเหตุฉุกเฉิน วิธีการทางเคมียังคงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตอบสนองอย่างรวดเร็ว
อัลคาลอยด์ไอโซควิโนลีนเป็นสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกที่มีไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญ ซึ่งพบได้ทั่วไปในอาณาจักรพืช รวมถึงวงศ์ต่างๆ เช่น Amaryllidaceae, Rubiaceae, Magnoliaceae, Papaveraceae, Berberidaceae และ Menispermaceae30 การศึกษาก่อนหน้านี้ได้ยืนยันแล้วว่าอัลคาลอยด์ไอโซควิโนลีนมีฤทธิ์ทางชีวภาพและลักษณะโครงสร้างที่หลากหลาย รวมถึงฤทธิ์ฆ่าแมลง ต้านเบาหวาน ต้านมะเร็ง ต้านเชื้อรา ต้านการอักเสบ ต้านแบคทีเรีย ต้านปรสิต ต้านอนุมูลอิสระ ต้านไวรัส และปกป้องระบบประสาท
ในการศึกษานี้ ค่า χ² สำหรับสารประกอบทั้งหมดต่ำกว่าเกณฑ์วิกฤต และค่า p สูงกว่า 0.05 ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันความน่าเชื่อถือของการประมาณค่า LC₅₀ และแสดงให้เห็นว่าการถดถอยเชิงความน่าจะเป็นสามารถอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างขนาดยาและการตอบสนองที่สังเกตได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น ค่า LC₅₀ และดัชนีความเป็นพิษ (TIs) ที่คำนวณจากสารประกอบที่มีฤทธิ์มากที่สุด (1a) จึงมีความน่าเชื่อถือสูงและเหมาะสมสำหรับการเปรียบเทียบผลกระทบทางพิษวิทยา
เพื่อประเมินปฏิสัมพันธ์ของอนุพันธ์ไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ 12 ชนิดและสารตั้งต้น 1a กับเป้าหมายสำคัญสองเป้าหมายในเซลล์ประสาทของยุง ได้แก่ อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) และตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAChR) เราจึงทำการสร้างแบบจำลองการจับตัวกันระดับโมเลกุล เป้าหมายเหล่านี้ถูกเลือกโดยพิจารณาจากอาการพิษต่อระบบประสาทที่สังเกตได้ในการทดสอบการตายของตัวอ่อน ซึ่งบ่งชี้ถึงการส่งสัญญาณประสาทที่บกพร่อง นอกจากนี้ ความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้างของสารประกอบเหล่านี้กับออร์กาโนฟอสเฟตและนีโอนิโคตินอยด์ยังสนับสนุนการเลือกเป้าหมายเหล่านี้ เนื่องจากออร์กาโนฟอสเฟตและนีโอนิโคตินอยด์ออกฤทธิ์เป็นพิษโดยการยับยั้ง AChE และกระตุ้น nAChR ตามลำดับ
นอกจากนี้ สารประกอบหลายชนิด (รวมถึง 1a, 2, 5a, 5b, 5e, 5f และ 7) ยังมีปฏิกิริยากับ SER280 หมู่กรดอะมิโนของ SER280 มีส่วนเกี่ยวข้องในการกำหนดโครงสร้างผลึกและคงอยู่ในโครงสร้างที่ถูกเติมหมู่กรดอะมิโนใหม่ของ BT7 ความหลากหลายของรูปแบบการมีปฏิสัมพันธ์นี้เน้นให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวของสารประกอบเหล่านี้ในบริเวณออกฤทธิ์ โดย SER280 และ GLU359 อาจทำหน้าที่เป็นจุดยึดที่ปรับตัวได้ภายใต้สภาวะการจับกัน การมีปฏิสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นบ่อยครั้งระหว่างอนุพันธ์สังเคราะห์และหมู่กรดอะมิโนสำคัญ เช่น GLU359 และ SER280 ซึ่งเป็นส่วนประกอบของกลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยา SER-HIS-GLU ที่รู้จักกันในเอนไซม์อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) ของมนุษย์ ยิ่งสนับสนุนสมมติฐานที่ว่าสารประกอบเหล่านี้อาจออกฤทธิ์ยับยั้ง AChE ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยการจับกับบริเวณที่มีความสำคัญต่อการเร่งปฏิกิริยา29,61,64
ที่น่าสังเกตคือ สารประกอบ 6 และสารตั้งต้น 1a แสดงฤทธิ์ยับยั้งตัวอ่อนได้แรงที่สุดในการทดสอบทางชีวภาพ โดยมีค่า LC₅₀ ต่ำที่สุดในบรรดาสารประกอบทั้งหมดในชุด ในระดับโมเลกุล สารประกอบ 6 แสดงปฏิกิริยาที่สำคัญกับคลอร์ไพริฟอสที่ตำแหน่ง GLU359 ในขณะที่สารประกอบ 1a ซ้อนทับกับ BT7 ที่ถูกเติมสารใหม่ผ่านพันธะไฮโดรเจนกับ SER280 ทั้ง GLU359 และ SER280 มีอยู่ในโครงสร้างการจับตัวทางผลึกศาสตร์ดั้งเดิมของ BT7 และเป็นส่วนประกอบของกลุ่มตัวเร่งปฏิกิริยาที่อนุรักษ์ไว้ของอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (SER–HIS–GLU) ซึ่งเน้นย้ำถึงความสำคัญเชิงหน้าที่ของปฏิกิริยาเหล่านี้ในการรักษาฤทธิ์ยับยั้งของสารประกอบ (รูปที่ 10)
ความคล้ายคลึงกันที่สังเกตได้ในบริเวณการจับตัวระหว่างอนุพันธ์ของ BT7 (รวมถึง BT7 ดั้งเดิมและ BT7 ที่สร้างขึ้นใหม่) และคลอร์ไพริฟอส โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่กรดอะมิโนที่สำคัญต่อกิจกรรมเร่งปฏิกิริยา บ่งชี้อย่างชัดเจนถึงกลไกการยับยั้งที่เหมือนกันระหว่างสารประกอบเหล่านี้ โดยรวมแล้ว ผลลัพธ์เหล่านี้ยืนยันถึงศักยภาพที่สำคัญของอนุพันธ์ของไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนในฐานะสารยับยั้งอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรสที่มีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากปฏิกิริยาที่คงไว้และมีความเกี่ยวข้องทางชีวภาพ
ความสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งระหว่างผลการจำลองการจับตัวของโมเลกุลและผลการทดสอบทางชีวภาพในตัวอ่อน ยืนยันเพิ่มเติมว่า อะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) และตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAChR) เป็นเป้าหมายหลักของสารพิษต่อระบบประสาทของอนุพันธ์ไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนที่สังเคราะห์ขึ้น แม้ว่าผลการจำลองการจับตัวจะให้ข้อมูลที่สำคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างตัวรับและลิแกนด์ แต่ควรตระหนักว่าพลังงานการจับตัวเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะอธิบายประสิทธิภาพในการฆ่าแมลงในร่างกายได้อย่างสมบูรณ์ ความแตกต่างในค่า LC₅₀ ระหว่างสารประกอบที่มีลักษณะการจำลองการจับตัวที่คล้ายกันอาจเกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น ความเสถียรในการเผาผลาญ การดูดซึม ความสามารถในการดูดซึม และการกระจายตัวในแมลง⁶⁰,⁶⁴อย่างไรก็ตาม การออกแบบโครงสร้างอย่างมีเหตุผล ความสัมพันธ์กับตัวรับที่สูงซึ่งจำลองโดยการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ และฤทธิ์ทางชีวภาพที่ทรงพลัง สนับสนุนมุมมองที่ว่า AChE และ nAChRs เป็นตัวกลางหลักของความเป็นพิษต่อระบบประสาทที่สังเกตได้
โดยสรุปแล้ว สารไฮบริดไทโอฟีน-ไอโซควิโนลิโนนที่สังเคราะห์ขึ้นนี้มีองค์ประกอบโครงสร้างและฟังก์ชันที่สำคัญซึ่งเข้ากันได้กับยาฆ่าแมลงที่ออกฤทธิ์ต่อระบบประสาทที่รู้จักกันดี ความสามารถในการจับกับอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) และตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAChRs) ได้อย่างมีประสิทธิภาพผ่านกลไกการทำงานร่วมกัน แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของสารเหล่านี้ในฐานะยาฆ่าแมลงแบบออกฤทธิ์สองเป้าหมาย กลไกคู่ดังกล่าวไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพในการฆ่าแมลงเท่านั้น แต่ยังเป็นกลยุทธ์ที่น่าสนใจในการเอาชนะกลไกการดื้อยาที่มีอยู่ ทำให้สารประกอบเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการพัฒนาสารควบคุมยุงรุ่นต่อไป
การจำลองพลศาสตร์โมเลกุล (MD) ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบความถูกต้องและขยายผลลัพธ์ของการจับคู่โมเลกุล (molecular docking) โดยให้การประเมินปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์และเป้าหมายที่สมจริงและขึ้นอยู่กับเวลาภายใต้สภาวะทางสรีรวิทยาที่สมจริง แม้ว่าการจับคู่โมเลกุลจะให้ข้อมูลเบื้องต้นที่มีค่าเกี่ยวกับตำแหน่งการจับและแรงยึดเหนี่ยวที่เป็นไปได้ แต่เป็นแบบจำลองคงที่และไม่สามารถอธิบายความยืดหยุ่นของตัวรับ พลวัตของตัวทำละลาย หรือความผันผวนตามเวลาของปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลได้ ดังนั้น การจำลอง MD จึงเป็นวิธีการเสริมที่สำคัญสำหรับการประเมินความเสถียรของสารประกอบ ความแข็งแกร่งของปฏิสัมพันธ์ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของลิแกนด์และโปรตีนเมื่อเวลาผ่านไป60,62,71
จากคุณสมบัติการจับกับอะเซทิลโคลีนเอสเทอเรส (AChE) ที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิก (nAChR) เราจึงเลือกโมเลกุลหลัก 1a (ที่มีค่า LC₅₀ ต่ำที่สุด) และสารประกอบไทโอฟีน-ไอโซควิโนลีน 6 ที่มีฤทธิ์มากที่สุดสำหรับการจำลองพลศาสตร์โมเลกุล (MD) เป้าหมายคือการประเมินว่าโครงสร้างการจับของพวกมันในบริเวณออกฤทธิ์ของ AChE ยังคงเสถียรตลอดการจำลอง 100 นาโนวินาทีหรือไม่ และเพื่อเปรียบเทียบพฤติกรรมการจับของพวกมันกับคลอร์ไพริฟอสและสารยับยั้ง AChE แบบรีบอนด์โคคริสตัลไลน์ BT7
การจำลองพลศาสตร์โมเลกุลประกอบด้วยค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ยราก (RMSD) เพื่อประเมินความเสถียรโดยรวมของสารประกอบเชิงซ้อน ค่าความคลาดเคลื่อนกำลังสองเฉลี่ยรากของการผันผวน (RMSF) เพื่อศึกษาความยืดหยุ่นของสารตกค้าง และการวิเคราะห์ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลิแกนด์และตัวรับเพื่อกำหนดความเสถียรของพันธะไฮโดรเจน การสัมผัสแบบไฮโดรโฟบิก และปฏิสัมพันธ์ไอออนิก (ข้อมูลเพิ่มเติม) แม้ว่าค่า RMSD และ RMSF สำหรับลิแกนด์ทั้งหมดจะอยู่ในช่วงที่เสถียร ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่สำคัญในสารประกอบเชิงซ้อน AChE-ลิแกนด์ (รูปที่ 12) แต่พารามิเตอร์เหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอที่จะอธิบายความแตกต่างของมวลการจับตัวระหว่างสารประกอบได้อย่างครบถ้วน
วันที่เผยแพร่: 15 ธันวาคม 2025