综述：五味子科八角属植物的生物活性与纳米生物活性产品：从植物化学到产业转化

《Industrial Crops and Products》：Biological activities and nano-bioactive products of Illicium spp.: From phytochemistry to industrial translation

　　

八角属（Illicium spp.）隶属于五味子科（Schisandraceae），包括常绿灌木和小乔木，主要分布于东亚、东南亚以及北美东南部。该属植物具有光亮革质叶片和由多个心皮呈放射状排列形成的星形果实，这一特征赋予了八角茴香的通俗名称。植株通常高5–10 m，具致密常绿树冠，因而较适应亚热带气候。最具代表性的种为八角茴香（Illicium verum Hook. f.），其形态代表图见图1。该物种数千年来一直被用作香辛料、芳香原料及亚洲传统医药成分。目前，I. verum 主要栽培于中国和越南，其中中国占据全球产量的绝大多数，并为主要出口国。随着天然产物和植物源治疗制剂研究兴趣的持续增长，全球对八角属来源原料的需求亦进一步上升。

八角属植物的植物化学（phytochemistry）特征在于其次生代谢产物的高度丰富性。其挥发油主要由苯丙烷类（phenylpropanoids）构成，尤其以反式茴香脑（trans-anethole）和甲基胡椒酚（estragole）为主，同时伴有柠檬烯（limonene）、沉香醇（linalool）等单萜。除此之外，其提取物中还鉴定出广泛的多酚类化合物，包括黄酮类（flavonoids）、木脂素（lignans）、新木脂素（neolignans）以及倍半萜内酯（sesquiterpene lactones）。这种丰富而多样的化学组成构成了八角属提取物广谱生物活性的基础，包括抗氧化、抗炎、抗癌、抗菌、抗病毒、抗真菌等作用。基于此，八角属原料已广泛应用于多个工业领域：在食品工业中作为香辛料、调味剂和天然防腐剂；在制药工业中作为生物活性中间体；在化妆品工业中作为香料和皮肤调理成分；在化学工业中作为精细化学品合成起始原料；在农用化学品领域中则可作为植物源制剂，通过触杀、熏蒸及协同杀虫活性控制储藏害虫。I. verum 具有显著经济价值，仅中国年产值即超过100亿元人民币；同时，作为莽草酸（shikimic acid）的主要工业来源，而莽草酸又是抗病毒药物奥司他韦（oseltamivir）合成所需关键手性前体，这进一步凸显了其全球战略意义。

尽管上述性质及广泛工业适用性已得到充分确认，八角属来源原料的全部治疗与功能潜力仍未被充分开发，原因在于植物源生物活性物质固有的显著局限。挥发油具有内在挥发性，易受热、光和氧等环境因素降解，且水溶性有限，这些因素均会在给药或掺入功能产品后显著降低其生物活性与生物利用度。酚类化合物和黄酮类虽具有强抗氧化活性，但同样易快速降解、胃肠道稳定性差且口服生物利用度低，从而限制其在传统制剂中的治疗效能。这些理化特性限制已成为将八角属生物活性成分由实验室证据转化为多工业部门可商业化产品的关键瓶颈。

纳米技术（nanotechnology）为克服上述限制提供了有力范式。将植物来源生物活性成分包封于纳米载体系统中，包括纳米乳（nanoemulsions）、聚合物纳米颗粒（polymeric nanoparticles）、固体脂质纳米颗粒（solid lipid nanoparticles）及壳聚糖基纳米结构（chitosan-based nanostructures），已被证明可实现胶体稳定性、控释、减少降解、增强溶解度与吸收，并降低毒性。与此同时，八角属提取物中的植物化学成分在绿色纳米技术（green nanotechnology）中还可发挥双重作用：黄酮类、酚酸类和萜类可充当金属纳米颗粒生物合成中的天然还原剂和稳定剂，从而避免使用有毒化学试剂，推动更安全、更可持续的合成工艺。近期研究已证实，I. verum 介导的银纳米颗粒（silver nanoparticles, AgNPs）绿色合成具有可行性，并展现出生物医学和环境应用潜力，这使八角属植物成为连接植物化学与纳米技术的独特多功能平台，即既是治疗活性化合物来源，又是纳米颗粒生态友好制备因子。此外，纳米赋能的八角属体系应用范围已从生物医学扩展至活性食品包装、环境修复及先进药妆制剂，进一步表明其广泛工业相关性。

尽管个体研究数量不断增加，当前仍缺乏能够整合八角属植物化学、纳米技术驱动制剂策略及产业转化应用三大领域知识的综合性综述。近期关于 I. verum 文献的文献计量学分析证实，尽管抗氧化生物活性是主要研究热点，但纳米技术与产业应用的交叉领域仍开发不足。既往综述多聚焦于单一生物活性或特定纳米结构类型，尚未系统讨论纳米赋能八角属产品的技术与转化意义。

本综述旨在对过去15年关于八角属提取物用于纳米技术驱动应用的研究进行全面且批判性整合。重点包括：生物活性的植物化学基础；八角属提取物介导的金属纳米颗粒绿色生物合成；提升生物活性的纳米包封策略；纳米赋能制剂与常规制剂的比较评价；以及新兴工业应用。尽管保留属水平视角，本文有意聚焦于 I. verum，因为现有植物化学、药理学及纳米技术证据绝大多数均集中于该种；关于其他八角属物种的少量研究仅用于比较与化学分类学（chemotaxonomic）背景说明，更关键的是用于界定可食用 I. verum 与其有毒近缘种之间的安全边界。

1. Introduction
本文首先界定八角属（Illicium spp.）的植物学与产业背景，指出该属主要分布于东亚、东南亚及北美东南部，其中八角茴香（Illicium verum Hook. f.）是最具代表性且应用最广的物种。正文强调，八角属富含多类次生代谢产物，尤其包括苯丙烷类、黄酮类（flavonoids）、木脂素（lignans）、新木脂素（neolignans）及倍半萜内酯（sesquiterpene lactones），由此赋予其抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、抗真菌及抗癌等广谱生物活性。文中同时指出，I. verum 在食品、医药、化妆品、精细化工及农化领域均有成熟应用，且其作为莽草酸（shikimic acid）工业来源，对奥司他韦（oseltamivir）合成具有重要战略价值。作者进一步提出，尽管八角属原料潜力突出，但挥发油易挥发、易氧化、难溶于水，多酚与黄酮又存在稳定性差和生物利用度低的问题，因此限制了其由实验研究向可商业化产品的转化。基于此，纳米技术（nanotechnology）被引入作为关键解决路径，包括纳米乳（nanoemulsions）、聚合物纳米颗粒（polymeric nanoparticles）、固体脂质纳米颗粒和壳聚糖基纳米结构等递送系统，以及利用植物提取物绿色合成金属纳米颗粒的策略。

2. Study design
本节概述了综述的方法学设计。研究人员以 I. verum Hook. f. 为核心对象，系统检索其植物化学、生物活性、纳米技术应用、经济价值、法规现状与转化前景。文献来源主要包括 NCBI-PubMed 和 Google Scholar，时间范围集中于2010–2025年，并辅以 Scopus 与 Web of Science 补充。纳入标准要求生物活性研究具备明确的体内或体外终点，如剂量-反应关系、半数抑制浓度（IC₅₀）/最低抑菌浓度（MIC）或机制性指标；纳米技术研究则必须包含纳米颗粒理化表征及生物活性数据。作者说明了人工筛选、交叉核验及讨论解决分歧的流程，以尽量降低偏倚并保证数据完整性。

3. Bioactive compounds and phytochemical profile of Illicium spp. plants
本节系统总结了八角属，尤其是 I. verum 的植物化学谱。作者指出，I. verum 果实、叶和根中已鉴定出200余种化学成分，其中挥发油与莽草酸是研究最深入的原料。挥发油主要来源于果实与叶片，干果含油量约8%–9%，其成分受提取方法、产地、栽培条件、气候及加工方式影响显著。反式茴香脑（trans-anethole）通常占挥发油的70%–94%，个别情况下可达98.1%，为最主要代表性香气成分；另含甲基胡椒酚（estragole）、顺式茴香脑（cis-anethole）、丁香酚（eugenol）、甲基丁香酚（methyl eugenol）、对甲氧基苯甲醛（p-anisaldehyde）等。除挥发性苯丙烷类外，I. verum 还含有更广泛结构类型的酚丙素类衍生物。萜类化合物方面，常见单萜包括 α-蒎烯、β-蒎烯、柠檬烯、对聚伞花素（p-cymene）、沉香醇等；倍半萜虽含量较低，但包括 β-石竹烯（β-caryophyllene）、氧化石竹烯（caryophyllene oxide）、α-葎草烯（α-humulene）等。非挥发性成分中，莽草酸尤为关键，在干果中含量最高可达约17%（w/w），并为奥司他韦合成起始原料。果实提取物还含迷迭香酸（rosmarinic acid）、原儿茶酸（protocatechuic acid）、阿魏酸（ferulic acid）、对香豆酸（p-coumaric acid）、槲皮素（quercetin）、芦丁（rutin）、山柰酚（kaempferol）、儿茶素（catechin）等。叶片则以 vitexin-2″-O-rhamnoside 和 vitexin-2″-O-xylopyranoside 为优势多酚。作者同时比较了其他八角属物种，如 I. difengpi、I. griffithii 等，指出其化学组成存在显著差异，部分种类富含神经毒性倍半萜内酯，提示种间安全性差异必须受到重视。

4. Biological activities of Illicium spp. extracts
本节从药理与毒理异质性出发，强调仅 I. verum 被认定为可食用并具有公认安全（GRAS）地位，而 I. anisatum、I. lanceolatum、I. simonsii 等近缘种可积累茴香毒素型倍半萜神经毒素，不可直接外推其食药用安全性。总体而言，八角属提取物和挥发油在过去十五年中显示出广泛生物活性，包括抗氧化、抗炎、抗癌、抗菌、抗真菌、抗病毒及皮肤相关应用。作者指出，这些活性主要归因于反式茴香脑、多酚、黄酮和莽草酸。

4.1. Antioxidant and anti-inflammatory activity
作者总结认为，I. verum 的抗氧化证据主要来自溶剂提取物及无细胞体系，较完整的体内证据相对有限，但总体支持其自由基清除和氧化应激缓解能力。抗炎方面证据更为扎实，尤其反式茴香脑与挥发油在多种急性及持续性炎症模型中可降低水肿、白细胞迁移、髓过氧化物酶活性、一氧化氮和前列腺素E₂，并在部分模型中抑制肿瘤坏死因子-α（TNF-α）与白细胞介素-1β（IL-1β）。乙醇提取物还可通过抑制核因子 κB（NF-κB）、信号转导及转录激活因子1（STAT1）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）和蛋白激酶B（Akt）通路，减轻角质形成细胞及血管平滑肌细胞中的炎症反应。整体来看，I. verum 的抗炎和镇痛作用拥有较强的前临床支持，而抗氧化活性的体内验证相对不足。

4.2. Anticancer activity
本节指出，八角属抗癌证据目前几乎全部来自体外研究。总体趋势显示，溶剂提取物通常比挥发油更强。I. verum 乙醇或甲醇提取物可在多种人肿瘤细胞系中诱导生长抑制和凋亡，并伴随促凋亡蛋白 Bax 与 p53 上调，以及抗凋亡蛋白 Bcl-2、Bcl-XL 下调。挥发油则表现出中等且具有选择性的细胞毒性，部分研究还提示其可抑制肿瘤细胞迁移、侵袭与克隆形成。机制上以线粒体内源性凋亡、活性氧（ROS）生成及细胞周期阻滞为主。但作者强调，目前缺乏动物实验与临床数据，因此其抗肿瘤潜力仍属初步。

4.3. Antimicrobial activity
抗微生物活性是八角属研究最充分的领域。细菌方面，I. verum 挥发油及叶、枝、果提取物对多重耐药菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、鲍曼不动杆菌及铜绿假单胞菌等均表现出抑制作用，且部分研究提示其可破坏细菌膜完整性。除抑菌作用外，八角属提取物还可抑制群体感应（quorum sensing）、生物被膜形成及游走运动，这一点对耐药感染控制具有转化意义。抗真菌方面，I. verum 挥发油对黄曲霉（Aspergillus flavus）等植物病原真菌及产毒真菌表现出强烈抑制作用，并可降低黄曲霉毒素B₁（AFB₁）和伏马毒素B₁（FB₁）生成，因此在天然食品防腐方面具有重要价值。抗病毒方面，证据较少且依赖病原类型，但已有研究显示其对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）及 SARS-CoV-2 假病毒入侵具有抑制作用。整体而言，抗菌活性证据最完整，且已出现少量体内及临床支持。

4.4. Dermatological and cosmetic applications
本文指出，八角属在皮肤病学和化妆品中的研究主要围绕抗炎、抗氧化、抗酪氨酸酶、抗弹性蛋白酶、去角质及促毛发生长。I. verum 挥发油较乙醇提取物表现出更强的酪氨酸酶抑制作用，提示其在美白应用中的潜力。莽草酸是此领域中证据最坚实的成分：局部3%制剂可在短时间内引起皮肤粗糙度和脱屑参数变化，提示温和去角质作用，同时不损害皮肤屏障；另有研究表明其可通过甘露糖受体 CD206 及 p38 MAPK–CREB 信号促进毛囊细胞增殖和毛发生长。作者同时提醒，部分化妆品相关研究涉及有毒物种 I. anisatum/I. religiosum，因此在产品转化中必须严格区分种源。

4.5. Other pharmacological activities
除上述核心活性外，正文还总结了 I. verum 在代谢、神经及胃肠方面的其他药理作用。其甲醇或乙醇提取物可通过抑制 α-葡萄糖苷酶、晚期糖基化终末产物形成及胃脂肪酶，表现出抗糖尿病和抗肥胖潜力；在神经药理方面，可减轻东莨菪碱诱导的记忆障碍并降低乙酰胆碱酯酶活性，还显示出一定镇静、抗焦虑特征。个别临床试验还提示水提物可能改善甲状腺功能指标与心理量表评分，但证据仍十分有限。

4.6. Limitations of conventional extracts and rationale for nanotechnological approaches
作者在本节对传统八角属提取物的核心局限进行了归纳：挥发油高挥发性、酚类低水溶性、易受热光氧影响、口服生物利用度低、成分组成受产地和提取方式影响显著，且多项药理证据仍停留在体外或动物实验阶段。基于这些限制，文章提出纳米技术可从稳定性、控释、靶向递送和吸收提升等多个层面促进其药效与工业应用转化。

5. Nanotechnology as a novel solution in medicine with phytochemical incorporation
本节从一般理论层面阐述纳米技术在现代医药中的优势，包括提高难溶性化合物生物利用度、保护活性物免受酶降解、实现控释、促进被动或主动靶向以及跨生物屏障递送。作者同时讨论了纳米毒理学风险，如金属纳米颗粒可能引起活性氧生成、免疫原性及器官蓄积。随后，文章引出绿色纳米技术概念，强调植物提取物中黄酮、萜类、酚酸和鞣质等可同时充当还原剂、络合剂和稳定剂，从而替代有害化学还原体系。I. verum 因兼具丰富植物化学成分与明确生物活性而成为极具吸引力的纳米化候选来源。

6. Nanotechnological applications of Illicium spp. extracts
这是全文关于纳米应用的核心部分。作者指出，目前八角属纳米技术开发几乎全部集中于 I. verum。其水提物和有机提取物已成功用于银纳米颗粒（AgNPs）、金纳米颗粒（AuNPs）、氧化锌纳米颗粒（ZnONPs）、氧化铜纳米颗粒（CuONPs）、Fe₃O₄、NiFe₂O₄ 和 Y₂O₃ 纳米颗粒的绿色合成。文中总结，这些绿色合成纳米颗粒普遍显示出抗菌、抗真菌、抗氧化及一定抗癌潜力，且部分由 I. verum 提取物包覆的纳米材料表现出较低细胞毒性。另一方面，I. verum 活性成分还被用于纳米包封制剂开发，包括聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）纳米颗粒、壳聚糖纳米颗粒、纳米乳与纳米乳凝胶（nanoemulgel）。这些体系可提高挥发油保留率、增强抗真菌和抑制黄曲霉毒素能力、延长果蔬货架期，并在部分体内研究中降低病害发生率。部分纳米乳凝胶还表现出适宜皮肤应用的粒径、聚分散指数（PDI）、Zeta 电位及抗氧化活性，说明其在药妆与外用天然制剂中的开发价值。总体上，纳米化后 I. verum 的生物活性通常优于常规制剂。

7. Economic significance, industrial potential, and translational perspectives of Illicium-based nano-bioactive products
本节从产业与法规角度分析八角属纳米生物活性产品的转化前景。I. verum 是全球重要香辛料作物，中国占全球产量80%–90%。反式茴香脑已被 FEMA 认定为公认安全（GRAS），并被欧盟 CosIng 收录为皮肤调理和香料成分。I. verum 还是莽草酸的重要植物来源，虽然近年来工程化大肠杆菌（Escherichia coli）发酵已显著缓解植物来源供应链脆弱性，但八角仍具持续商业价值。作者进一步指出，纳米化可通过提高稳定性、生物利用度、控释性能及剂量节约效应，为八角属高价值成分增加新的产业附加值。不过，绿色合成路线缺乏标准化、不同研究间粒径与表面化学差异大、种源混淆与有毒近缘种掺伪风险、以及纳米毒理学数据严重不足，仍是实现工业化的关键障碍。尤其值得注意的是，慢性毒性、亚慢性毒性、遗传毒性和生殖毒性资料基本缺失，且反式茴香脑还具有皮肤致敏性监管限制，因此现阶段更适合推进中试验证和安全评估，而非立即大规模产业部署。

8. Conclusions, limitations and future perspectives
结论部分认为，过去15年的研究已充分证明 I. verum 在植物化学、生物活性及纳米技术应用上的综合潜力。其主要活性物质包括反式茴香脑、多酚、黄酮和莽草酸，相关证据在抗炎、镇痛和抗微生物方面最为扎实。纳米技术整合主要沿两条路径推进：一是利用 I. verum 提取物进行金属/金属氧化物纳米颗粒绿色合成，二是通过壳聚糖纳米颗粒、纳米乳及纳米乳凝胶等体系提升其挥发油和提取物的稳定性、保留率和生物效应。尽管法规基础对传统用途较为有利，但这一安全地位不能直接外推至纳米制剂。作者最终强调，未来研究应优先开展系统体内安全评价、建立标准化绿色合成工艺、发展刺激响应型纳米载体、结合组学技术优化多靶点活性设计，并完善种源鉴定与中试放大研究，以推动八角属纳米生物活性产品在医药、食品保鲜与药妆工业中的规范化商业转化。