P-糖蛋白在德国小蠊毒死蜱抗性中的作用机制研究

The German Cockroach is one of the most difficult health pests to control. In recent years, German Cockroach resistance to chlorpyrifos is becoming increasingly serious due to the large number of applications. P-glycoprotein (P-gp) is closely related to multi-drug resistance in cells. However, there almost no literature reports on the role of P-gp in the mechanisms of insecticide resistance in the German Cockroach so far. In this project, we firstly attempt to clarify P-gp expression and distribution in various tissues of the German Cockroach. Then to determine the role and mechanisms of P-gp in the German Cockroach chlorpyrifos resistance and provide a theoretical basis for effectively controlling of German cockroache, we will analyze the effects of chlorpyrifos on P-gp-ATPase activity, P-gp gene and protein expression level and the interaction of chlorpyrifos and P-gp in the whole insect level and the cellular level respectively by cell biology and molecular biology techniques combining with the P-gp inhibitors.

德国小蠊是最难防治的卫生害虫之一。近年来，由于毒死蜱的大量应用，德国小蠊对毒死蜱的抗性发展日趋严重。P糖蛋白（P-glycoprotein, P-gp）与细胞对多种药物的抗药性密切相关。然而，P-gp在德国小蠊对杀虫剂抗性中的作用及机制几乎未有任何文献报导。本项目试图在明确P-gp在德国小蠊各组织中的表达与分布的基础上，通过建立毒死蜱抗性的德国小蠊品系和德国小蠊胚胎细胞系，在整体昆虫水平和细胞水平结合P-gp的抑制剂利用细胞生物学和分子生物学技术来分析毒死蜱对P-gp-ATPase活性、P-gp基因和蛋白表达水平的影响以及毒死蜱和P-gp的相互作用，确定P-gp在德国小蠊对毒死蜱抗性中的作用及机制，为对德国小蠊的有效防治提供理论基础。

P-糖蛋白（P-glycoprotein, P-gp）与细胞对多种药物的抗药性密切相关。然而，P-gp在德国小蠊对杀虫剂抗性中的作用及机制几乎未有任何文献报导。本项目首先明确了P-gp在德国小蠊各组织中的表达与分布。然后，建立了对毒死蜱（Chlorpyrifos, CPF）高抗性的德国小蠊品系（CPF-resistant German cockroach strain, CPF-R）和德国小蠊胚胎细胞系，在整体昆虫水平和细胞水平结合P-gp的抑制剂维尔帕米（Verapamil, VRP）和奎宁（Quinine, QN）来分析CPF对P-gp-ATPase活性、P-gp基因和蛋白表达水平的影响以及CPF和P-gp的相互作用。结果显示，P-gp在德国小蠊头、肠、马氏管以及脂肪体中均表达。在头部P-gp主要分布在血脑屏障中，P-gp在肠、马氏管和脂肪体中的表达更丰富。经过17代选育，获得了具有对毒死蜱抗性倍数为22.76倍的德国小蠊高抗性品系。德国小蠊原代胚胎细胞经过30次传代培养，形成了细胞大小、形态以及生长特性均稳定的细胞系HDCDC-BGE-Ⅰ。VRP和QN均能显著抑制德国小蠊和HDCDC-BGE-Ⅰ细胞中P-gp-ATPase活性。P-gp-ATPase活性被抑制后，德国小蠊和HDCDC-BGE-Ⅰ细胞对CPF/代谢物（Oxon）的敏感性明显提高。CPF-R德国小蠊P-gp-ATPase活性、P-gp蛋白表达量以及P-gp mRNA的水平均显著提高。CPF oxon作用HDCDC-BGE-Ⅰ细胞24h后，细胞中P-gp-ATPase活性和P-gp蛋白表达量均显著提高。CPF/oxon在德国小蠊虫体和HDCDC-BGE-Ⅰ细胞均能显著抑制[3H]Azidopine与P-gp蛋白的结合。以上结果提示，P-gp 在德国小蠊不同组织中中均有表达，德国小蠊对CPF抗性增加与P-gp的表达上调直接相关，P-gp mRNA水平、P-gp 蛋白表达量以及P-gp-ATPase活性的上调是德国小蠊对CPF抗性增加的一种重要机制。此研究结果可能为有效控制德国小蠊和其抗性发展提供新的视角。