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第十卷补编一

控制疟疾的天然产物

植物驱虫剂:其功效、开发和测试综述

《疟疾杂志》上体积10，文章号:S11（2011）引用本文

摘要

在传统实践中，植物驱蚊剂一直被用作个人保护措施，以抵御寻找宿主的蚊子。通过民族植物学研究获得的传统驱蚊植物知识是开发新的天然产品的宝贵资源。最近，含有植物成分的商业驱蚊产品在消费者中越来越受欢迎，因为与历史悠久的合成驱蚊剂相比，这些产品通常被认为是“安全的”，尽管这有时是一种误解。迄今为止，没有充分的研究遵循世卫组织农药评价计划关于驱蚊试验的标准指南。有必要进行进一步的标准化研究，以便更好地评估驱蚊化合物，并开发具有高驱蚊性和良好消费者安全的新产品。本文概述了植物驱蚊剂的测试、有效性和安全性方面的最新信息，以及该领域有前景的新发展。

背景

大多数植物含有化合物，它们用来防止植食性昆虫的攻击。这些化学物质分为几类，包括驱蚊剂、喂食威慑物、毒素和生长调节剂。大多数可分为五大化学类别:(1)氮化合物(主要是生物碱)，(2)萜类，(3)酚类，(4)蛋白酶抑制剂，(5)生长调节剂。虽然这些化合物的主要功能是防御植食性昆虫，但许多化合物对蚊子和其他咬人的双翅目昆虫也有效，特别是那些因食草性而释放的挥发性成分[1］．事实上，这些化合物中有几种对吸血昆虫是排斥的，这可能是植物喂养祖先的进化遗存，因为许多这些化合物进化为对植食昆虫的排斥物[2]，这种对潜在有毒化合物的排斥反应在双翅目(真蝇)谱系中很好地保存了下来。当挥发性气味与暴露于外部环境的特殊气味受体神经元(orn)的毛状树突上显示的气味受体(OR)蛋白质结合时，昆虫就能探测到气味，这些神经元通常位于昆虫的触角和上颌触须上，以及一些orn，如OR83b，在嗅觉中很重要，被金标准合成驱蚊剂避蚊胺(N, N-二乙基-3-甲基苯甲酰胺)阻挡[3.]，在昆虫物种中高度保守[4，5］．植物在叶子受损时，通常会产生易挥发的“绿叶挥发物”，以阻止食草动物[6]，一些作者已经证明蚊子的气味受体对这类挥发物有强烈的反应，包括香叶酯和香茅醛[7]、6-甲基-5-庚烯-2-酮及香叶酮[8］．有趣的是，对避蚊胺(DEET)有反应的气味感受器也对木香桉油醇和芳樟醇有反应这种致倦库蚊［9］．在冈比亚疟蚊，避蚊胺受体OR83b受香茅素刺激，但也受TRPA1阳离子通道调节[10］．然而，许多植物挥发物很可能具有威慑或驱避作用，因为它们对昆虫具有很高的蒸汽毒性[11，12］．

几千年来，人类一直在利用植物材料的这种驱避性，最简单的方法是把挫伤的植物挂在房子里，这种做法在发展中国家仍在广泛使用。13］．几个世纪以来，植物还以原始熏蒸剂的形式被使用，燃烧植物来驱赶讨厌的蚊子，后来作为油配方应用在皮肤或衣服上，这最早是在古希腊人的著作中记录的。14]，罗马[15]和印度学者[16)(图1)．在热带地区的农村地区，植物驱蚊剂仍以这种传统方式广泛使用，因为对于许多最贫穷的社区来说，唯一可用的防止蚊虫叮咬的方法[13]，甚至对其中一些社区而言[17]，如在欧洲和北美[18人们更喜欢用“天然”气味的驱蚊剂，因为植物被认为是一种安全可靠的预防蚊虫叮咬的方法。

图1
图1

莫卧儿人的一幅画，描绘了一个男人在河边燃烧楝树叶子，那里有咬人的昆虫(©莎拉·摩尔博士)

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新的植物驱蚊剂的发现在很大程度上依赖于民族植物学。这是通过深入采访了解民间传说和传统医学的重要线人，有针对性地寻找药用植物。使用结构化访谈，结合植物凭证标本的收集，进行民族植物学调查是常见的做法(图2)，以评估本地族群对植物的使用情况[19］．问题是关于植物的使用，数量和来源。这是一种比一般筛选一个地区所有植物更直接的识别具有潜在用途的植物的方法。第二种方法是生物勘探，即系统地筛选植物以获得特定的作用模式，这是一种昂贵且劳动密集型的识别新驱蚊剂的方法。然而，20世纪60年代，人们发现了一种有效的商业驱蚊剂PMD(对-甲烷3-8，二醇)，通过对植物的大规模筛选来获得驱蚊活性[20.］．

图2
图2

中国南方云南农村的一名乡村草药医生。这位女士是一项针对用来驱蚊的植物的民族植物学研究的关键信息来源(©莎拉·摩尔博士)

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取自柠檬桉的PMD (Corymbia citriodora)提取

Corymbia citriodora(Myrtaceae)，也被称为柠檬桉树，是一种强有力的天然驱蚊剂，从柠檬桉树的叶子中提取(表1)．它是在20世纪60年代大规模筛选中药植物时发现的。柠檬桉树精油含有85%的香茅醛，因其清新的气味而被化妆品行业使用[21］．然而，人们发现，精油水蒸馏后残留的废蒸馏物在驱蚊方面比精油本身更有效。许多植物提取物和精油可以驱蚊，其效果持续几分钟到几个小时(表2)1)．它们的活性成分往往是高度挥发性的，所以尽管它们在使用后的短时间内是有效的驱蚊剂，但它们会迅速蒸发，使用户不受保护。例外的是对甲烷3,8二醇，它的蒸汽压比大多数植物油中的挥发性单萜油要低[22]并在数小时内提供非常高的防护，免受多种昆虫媒介的侵害[23]，而精油的驱蚊效果约为一小时[24］．PMD是唯一一种由疾病控制中心提倡在疾病流行地区使用的植物驱蚊剂[25]，因其已被证实有预防疟疾的临床疗效[26]，并被认为不会对人类健康构成风险[27］．值得注意的是，柠檬桉树叶精油并没有EPA(环境保护署)注册用于驱蚊。

表1文献综述植物驱蚊功效综述
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香茅

香茅属植物的精油和提取物通常用作植物驱蚊剂的成分(表2)1),主要Cymbopogon nardus在欧洲和北美以商业制剂的形式出售。香茅已经进入许多商业制剂，因为它的熟悉程度，而不是它的功效。香茅最初被提取用于香水，它的名字来源于1858年左右的法语citronelle [28］．20世纪初，印度军队用它来驱蚊th世纪(29]并于1948年在美国注册作商业用途[30.］．如今，香茅是市场上使用最广泛的天然驱蚊剂之一，使用浓度为5-10%。这比大多数其他商业驱蚊剂都要低，但浓度过高会导致皮肤敏感。然而，关于香茅精油作为节肢动物驱蚊剂功效的研究相对较少。以香茅为基础的驱蚊剂只能对寻找宿主的蚊子提供大约两个小时的保护，尽管驱蚊剂的配方非常重要[31，32］．最初，香茅中含有香茅醛、香茅醇、香叶醇、柠檬醛、α蒎烯和柠檬烯，其有效剂量与避蚊胺相当[33]，但油会迅速蒸发，导致功效丧失，使使用者得不到保护。不过，由精油混合而成Cymbopogon winterianus使用像香兰素(5%)这样的大分子，通过降低挥发油的释放速率，可以大大延长保护时间[34］．最近，纳米技术的应用降低了油类的释放速率，从而延长了保护时间[35］．采用2.5%表面活性剂和100%甘油高压均质法制备香茅油纳米乳胶囊，形成稳定的液滴，增加油脂的滞留，减缓释放。释放率与防护时间密切相关，降低释放率可延长防蚊时间[35］．另一种延长天然驱蚊剂效果的方法是使用明胶-阿拉伯胶微胶囊进行微胶囊化，在室温(22°C)下储存的处理织物上，香茅的驱蚊效果可维持30天[36］．使用这些技术来提高天然驱蚊剂的性能可能会彻底改变驱蚊剂市场，并使植物油成为更可行的长效驱蚊剂选择。不过，暂时不建议前往疾病流行地区的旅行者使用香茅驱蚊剂[32］．相比之下，对于那些无法获得更有效替代品或价格过于昂贵的社区，使用香茅来预防蚊虫叮咬可能提供重要的保护，使其免受疾病媒介的侵害[17］．

使用挥发性植物驱蚊剂的第二种方法是持续蒸发。香茅和香叶醇蜡烛作为户外驱蚊剂被广泛销售，然而，针对混合蚊虫种群的实地研究表明，尽管它们不能提供有效的防蚊虫叮咬保护，但叮咬次数减少了约50% [37- - - - - -39］．

尼姆

楝树被广泛宣传为避蚊胺的天然替代品[40]，并且已经测试了它对一系列具有医学重要性的节肢动物的驱避性，结果各不相同(表1)．来自印度的几项实地研究表明，以尼姆为基础的制剂疗效非常高[41- - - - - -43]，与其他研究人员的研究结果形成对比[44，45］．然而，这些不同的结果可能是由于不同的方法，以及用于携带驱蚊剂的溶剂。环保署还没有批准印楝树作为局部驱虫剂使用。本品对皮肤毒性较低，但未稀释时可引起皮肤刺激，如皮炎[46］．由于缺乏可靠的研究，不建议前往疾病流行地区的旅行者使用印楝油作为有效的驱蚊剂[32]，虽然它也许能防止蚊虫叮咬。

天然油和乳剂

有几种油对蚊子有驱蚊作用。它们可能在以下几个方面起作用:1)通过减少短期吸引人的线索，即kairomones、水蒸气和温度[47- - - - - -49];2)由于长链脂肪分子的存在，减少了驱避活性物质的蒸发和吸收[50];3)已知含有高浓度脂肪酸对蚊子有驱蚊作用[51］．叮咬阻断剂是一种含有甘油、卵磷脂、香草素、椰子油、天葵和2%大豆油的商业制剂，可达到与避蚊胺类似的驱避效果，在一项研究中，对登革热媒介和讨厌的叮咬蚊子提供7.2小时的平均保护时间[44]，并保护1.5小时，相当于第二项研究中的低浓度避蚊胺[52］．看来，大豆油在咬阻剂中只有助于驱避，因为当单独评估时，大豆油并不驱避[53］．大豆油未被EPA注册，但它具有较低的皮肤毒性，尽管还没有建立建议的最大暴露量或慢性暴露限度[54］．其他显示出驱蚊功效的植物油包括椰子油、棕榈坚果油[55]和安地罗巴油[56]，虽然这三种精油的效果都远不如避蚊胺，但它们可能是其他驱蚊活性物质的载体，因为它们价格便宜，含有不饱和脂肪酸和乳化剂，可提高驱蚊的覆盖范围，并减缓挥发性驱蚊分子的蒸发[50，53，57］．

精油

从Lamiaceae(薄荷科，包括大多数烹饪草本植物)，Poaceae(芳香草)和Pinaceae(松树和雪松科)中蒸馏的精油在全球范围内通常被用作驱蚊剂(表2)1)．在农村社区，这些家庭的许多成员在家中被焚烧或绞死[58- - - - - -62］．在欧洲和北美，使用这种油的历史可以追溯到古代。几乎所有被用作驱蚊剂的植物也被用于食品调味料或香水工业，这可能解释了这些油作为避蚊胺更安全的天然替代品的关联，尽管许多油会引起接触性皮炎(表)2［63])。许多商业驱蚊剂都含有大量的植物精油，包括薄荷、柠檬草、香叶醇、松油、芫荽油、雪松油、百里香油和广藿香。其中最有效的包括百里香油、香叶醇、薄荷油、雪松油、广藿香和丁香，已被发现可在60-180分钟内击退疟疾、丝虫病和黄热病病媒[64- - - - - -66］．大多数这些精油都是高度挥发性的，这导致它们作为驱蚊剂的寿命很短。然而，这个问题可以通过使用固定剂或谨慎的配方来解决，以提高其寿命。例如，姜黄和毛罗勒的油加上5%的香兰素，在笼子条件下击退了3种蚊子，时间为6-8小时，取决于蚊子的种类[34］．虽然精油在美国环保署的注册中是豁免的，但它们可能会刺激皮肤，而且它们的驱蚊效果是可变的，取决于配方和浓度。不建议在疾病流行地区使用只含精油而不含避蚊胺等活性成分的驱蚊剂，而那些含有大量精油的驱蚊剂可能会引起皮肤刺激，特别是在阳光下。

表2天然驱蚊剂中可能有害的一些常见成分。转载须经[63］
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排斥测试方法的注意事项

Pubmed在过去5年里用“植物”、“驱虫剂”和“蚊子”进行搜索，显示了87个结果。这些研究可以分为一系列类别:1)标准的民族植物学研究和对传统上用于驱蚊的植物的评估[17，67- - - - - -70];2)标准剂量反应[33植物溶剂萃取的实验室评估没有避蚊胺阳性对照[71];3)标准剂量反应[33对溶剂、萃取物或植物精油的实验室评估与避蚊胺阳性对照[72]配合气相色谱-质谱联用[73];4)实验室评价采用时间首次咬入法[74]比较植物驱蚊剂与避蚊胺[75]此外，其中几项研究还利用气相色谱-质谱联用技术分析了油的成分[76，77］．此外，还有大量研究没有使用公认的标准方法[78)(表3.)，并须谨慎阅读。只有两项研究考虑了安全性[79]或不良影响[80]只有一项研究考虑了随机和盲法[52]，而且几乎所有的排斥研究都没有考虑到最小化抽样误差所需的人类参与者数量[81］．遵循世界卫生组织的标准方法对于未来植物驱蚊剂的开发至关重要[78]，包括避蚊胺对照，以便对多项研究进行简单比较，并报告标准误差，以了解该驱蚊化合物提供所观察到的保护的可靠性。

表3根据[78］
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关于植物驱蚊剂或天然驱蚊剂的一些谬误

人们通常认为植物驱蚊剂比避蚊胺更安全，因为它们是天然的。然而，一些天然驱蚊剂比其他驱蚊剂更安全，不能假定天然驱蚊剂就等同于安全驱蚊剂[18］．避蚊胺经过严格的测试，具有良好的安全性。估计英国有1500万人，美国有7800万人[82]，每年全球有2亿人使用避蚊胺[83］．只要避蚊胺的使用是安全的，即以正确的剂量(例如商业制剂中的剂量)涂抹在皮肤上，并且没有吞下或摩擦到粘膜，则它就不会造成不良影响[84］．避蚊胺自1946年开始使用，有少量不良反应的报道，其中许多都有过量或不适当使用驱蚊剂的历史[85，86］．它的毒理学比任何其他驱蚊剂都经过了更严格的审查，并且被认为对人类使用是安全的[82，87]，包括对儿童使用[88]、孕妇[89]，以及哺乳期妇女[84］．相比之下，植物驱蚊剂并没有经过严格测试的安全记录，大多数被认为是安全的，因为它们只是使用了很长时间[90］．然而，许多植物驱蚊剂含有化合物，应谨慎使用(表2)1)．

人们还普遍认为，植物驱蚊剂比合成分子对环境更好。虽然植物挥发物是自然产生的，蒸馏需要生物质能，提取通常使用必须小心处理的有机溶剂，种植植物使用农用化学品，如化肥和农药(除非来自可持续的有机来源)。然而，如果认真实践，用于驱蚊剂的植物的经济种植为发展中国家的小规模农民提供了重要的收入来源[91]并在间作制度下种植，可对环境产生有益影响，以防止土壤侵蚀[92］．因此，重要的是要谨慎地寻找防虫植物，以避免与不可持续的种植做法有关的陷阱。另一个常见的误解是大蒜是一种有效的驱蚊剂。擦在皮肤上确实有适度的驱蚊效果[93]，尽管市面上有更有效的驱蚊剂，而且气味也更宜人。然而，食用大蒜并没有被证明能有效驱蚊。

植物驱蚊剂大有发展前景

植物驱蚊剂领域正在向前发展，因为消费者需要安全、舒适、环境可持续的保护手段来防止节肢动物叮咬。也许最重要的考虑是提高那些有效但易挥发的驱蚊剂的寿命，比如香茅。几项研究着眼于通过开发纳米乳液来改善植物油的配方，以延长它们的寿命[35，94]、改良配方及固定剂[95- - - - - -97];而空间活动等其他用途[98- - - - - -102]和兴奋性排斥[103，104也进行了调查。有一项PMD可降低疟疾发病率的临床研究[26］．这是一个令人兴奋的发现，因为PMD可以从叶子的蒸馏中回收大肠citroidora或香茅醛的化学修饰[105] -可从该属植物中提取Cymbopogon。这些植物已经在疟疾流行国家进行商业种植，包括南美洲，特别是巴西(600万棵)、中国南部、印度、斯里兰卡、刚果(扎伊尔)、肯尼亚和南部非洲的大多数国家，在那里种植它作为精油生产和木材[106］．在当地生产驱虫剂将减少发展中国家进口驱虫剂的高昂成本。

在了解植物驱虫剂对昆虫的作用方面也有了新的进展。一些研究通过接触驱避和空间驱避的结构-活性研究，研究了驱避剂的行为模式[107]，或嗅觉测定法，结果显示避蚊胺抑制蚊子对人类气味的反应罗勒属forskolei排斥但不抑制对人体气味的反应[108］．进一步的研究表明，香茅素直接激活阳离子通道[10]，这与除虫菊酯(另一种以植物为基础的萜醚)的抑制兴奋作用相似[109]，但与避蚊胺的抑制作用相反[3.］．

由于植物中含有大量的杀虫化合物，可作为防虫剂，因此植物驱蚊剂的研发领域非常丰富。[2］．现代拟除虫菊酯是当前疟疾消除计划的支柱，该计划正在取得显著进展[110]，是根据除虫菊酯的化学结构合成的类似物，在除虫菊菊中发现，Tanacetum cinerariifolium来自达尔马提姆地区Tanacetum coccineum波斯血统。含有六种酯类(除虫菊酯)的杀虫成分存在于花头种壳表面的微小含油腺体中，以保护种子免受昆虫的攻击。除虫菊酯是一种高效的杀虫剂，对哺乳动物相对无害[111]，但必须强调的是，许多其他植物产生的化合物对哺乳动物有剧毒和/或刺激皮肤，天然并不等于安全。在过去几年中，一种来自植物的驱蚊剂PMD已被证明在疾病预防领域与避蚊胺竞争是适当有效和安全的，而且驱蚊剂已被世卫组织确认为一种有用的疾病预防工具，可以补充以杀虫剂为基础的病媒控制手段。近年来，基于植物的驱虫剂的评估和开发领域变得更加严格，而分配植物挥发物的方法的发展意味着，在未来，延长植物驱虫剂的驱虫剂持续时间和相应的功效将成为可能。

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下载参考

鸣谢及资助

作者获得比尔和梅琳达·盖茨基金会51431的工资支持。我们要感谢穆斯塔法·德伯恩上校允许我们复制表格2还有两位匿名审稿人，他们通过评论和建议极大地改进了手稿。

本文已作为《疟疾杂志》上2011年第10卷第1补编:用于控制疟疾的天然产品。该补充的全部内容可在网上查阅http://www.malariajournal.com/supplements/10/S1．

作者信息

作者及隶属关系

  1. 疾病控制系，伦敦卫生和热带医学院，吉佩尔街，伦敦，WC1E 7HT，英国

    玛尔塔·费雷拉·玛雅和莎拉·J·摩尔

  2. 坦桑尼亚莫罗戈罗伊法卡拉伊法卡拉卫生研究所生物医学和环境专题小组

    玛尔塔·费雷拉·玛雅和莎拉·J·摩尔

作者
  1. Marta Ferreira Maia
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  2. 莎拉·J·摩尔
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相应的作者

对应到莎拉·J·摩尔．

额外的信息

相互竞争的利益

作者宣称他们之间没有利益冲突

作者的贡献

MFM和SJM起草的手稿。

权利和权限

本文由BioMed Central Ltd授权发布。这是一篇开放获取的文章，根据创作共用署名许可协议(http://creativecommons.org/licenses/by/2.0)，允许在任何媒介上不受限制地使用、传播和复制，前提是正确地引用原始作品。

转载及权限

关于本文

引用本文

Maia, m.f.， Moore, S.J.植物驱蚊剂:对其功效、开发和测试的回顾。颧骨J10(增刊1)，S11(2011)。https://doi.org/10.1186/1475-2875-10-S1-S11

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  • 发表：

  • DOI：https://doi.org/10.1186/1475-2875-10-S1-S11

关键字

  • 避蚊胺
  • 有气味的受体
  • 杀虫剂
  • 保护时间
  • 的驱蚊剂

《疟疾杂志》上

ISSN: 1475 - 2875

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