综述：Tagetes erecta L.，生物活性代谢物：营养保健潜力，Nanoelicitation和农业工业应用

《Applied Sciences》：Tagetes erecta L., Bioactive Metabolites: Nutraceutical Potential, Nanoelicitation, and Agroindustrial Applications

　　

Tagetes erecta L.是叶黄素（lutein）和其他具有抗氧化、抗炎及葡萄糖和脂质代谢潜力的植物化学物质的重要工业来源。本综述分析了其植物化学组成、生物学机制、在预防慢性非传染性疾病中的潜在应用，以及利用纳米技术增强生物量和次生代谢物生产的新兴用途。研究人员在PubMed、Scopus、Web of Science、ScienceDirect和Google Scholar中进行了结构化检索，使用了与T. erecta、类胡萝卜素（carotenoids）、黄酮类化合物（flavonoids）、代谢健康、纳米颗粒（nanoparticles）、纳米诱导（nanoelicitation）和农业工业增值相关的术语。证据表明，叶黄素（lutein）、玉米黄质（zeaxanthin）、槲皮万寿菊素（quercetagetin）衍生物、万寿菊素（patuletin）、槲皮素（quercetin）和酚酸（phenolic acids）能够调节氧化应激、炎症信号、碳水化合物消化酶、脂质积累和细胞保护。此外，花、叶和提取残渣可用作功能性纳米材料可持续合成的还原和稳定基质。纳米诱导剂（nanoelicitors）、纳米肥料（nanofertilizers）和纳米封装系统（nanoencapsulated systems）可刺激甲基赤藓醇磷酸途径（MEP pathway）、有色体分化以及与类胡萝卜素生物合成相关基因的表达。综上所述，T. erecta代表了开发营养保健品、纳米生物技术和循环生物经济应用的一个有前景的平台；然而，植物化学标准化、临床验证、组学科学支持的机制研究以及中试规模评估仍然需要。

论文主体部分总结如下：

**1. Introduction**
近年来，功能性食品因消费者对天然成分的需求增长而备受关注。可食用花卉作为生物活性化合物的来源，在食品、营养保健、制药和化妆品行业具有潜在应用价值。万寿菊（Tagetes erecta L.）因其作为天然叶黄素（lutein）的主要商业来源而具有战略重要性，其花中含有叶黄素、玉米黄质（zeaxanthin）、黄酮类化合物（flavonoids）、酚酸（phenolic acids）、萜类化合物（terpenoids）等次生代谢物，这些成分与抗氧化、抗炎和代谢效应相关。然而，其浓度和活性受基因型、发育阶段、栽培条件、采后处理、加工和提取方法的影响，因此需要进行植物化学标准化和关键评估。全球万寿菊生产集中在中国、印度、墨西哥等国，墨西哥被认为是其起源中心，具有重要的经济、社会和文化价值。纳米技术（nanotechnology）和纳米诱导（nanoelicitation）有望解决季节变化、成分变异和残留物利用等限制，但需评估剂量依赖性反应、纳米材料安全性及监管问题。

**2. Literature Search Strategy**
采用结构化叙述性综述，系统检索PubMed、Scopus、Web of Science Core Collection、ScienceDirect和Google Scholar，截至2026年7月。检索结合植物学名称与植物化学、生物活性、纳米技术和工业应用相关术语。提取信息包括植物部位、品种、提取方法、鉴定化合物、分析技术、生物模型、剂量、主要结果、提出机制、纳米材料组成、合成方法、颗粒特性、施用途径及研究局限性。证据分为化学、酶学、细胞、简单生物、动物、人体、受控条件农业、田间或中试规模。抗氧化化学测定被解释为潜在活性指标，而非生理或临床效力的直接证据。

**3. Review Findings and Discussion**

**3.1. Botanical and Agroindustrial Relevance**
万寿菊（Tagetes erecta L.）为一年生草本，具有分枝茎、羽状叶和顶生头状花序，花色与类胡萝卜素（carotenoid）谱和浓度相关。其工业价值主要源于富含叶黄素（xanthophyll）的花瓣，通常经干燥、研磨和溶剂提取获得油树脂（oleoresin），再通过皂化（saponification）水解叶黄素酯（lutein esters）得到游离叶黄素。植物化学组成和工业质量受基因型、花成熟度、施肥、气候、干燥温度、氧气和光照暴露、储存时间、溶剂极性及提取和皂化条件影响。花是一个复杂的植物化学基质，包含类胡萝卜素、黄酮类化合物、酚类化合物、花青素（anthocyanins）、生物碱（alkaloids）和精油（essential oils），具有多种生物活性。此外，叶片、茎、花托、非商业规格花和提取残渣富含多酚（polyphenols）、纤维、挥发物和还原性分子，可用于绿色合成纳米颗粒（nanoparticles）。

**3.2. Phytochemical Composition**
万寿菊的植物化学谱复杂，包含类胡萝卜素、黄酮类化合物、酚酸、萜类化合物、鞣质（tannins）、皂苷（saponins）等。LC-DAD-MS/MS分析鉴定出18种皂化类胡萝卜素和56种非皂化结构，包括6种游离形式、20种单酯和30种二酯，除叶黄素酯外，还有玉米黄质（zeaxanthin）、紫黄质（violaxanthin）、金黄质（auroxanthin）、玉米黄质（zeinoxanthin）和β-隐黄质（β-cryptoxanthin）的酯化衍生物。植物化学组成因品种、发育阶段、生长条件和提取方法而异，简单定量总酚或总黄酮不足以确定具体活性代谢物。花和叶中还含有挥发萜类化合物（如单萜和倍半萜），具有抗菌、抗真菌、杀虫和驱虫活性，但精油与类胡萝卜素提取物的毒理学性质不同，需独立评估。类胡萝卜素是主要代谢物，叶黄素占主导，以单酯和二酯形式积累。酯化程度影响氧化稳定性、加工耐受性、提取效率、生物可及性（bioaccessibility）和生物利用度（bioavailability）。类胡萝卜素积累依赖于甲基赤藓醇磷酸途径（MEP pathway），关键酶包括八氢番茄红素合酶（PSY）、八氢番茄红素去饱和酶（PDS）、ζ-胡萝卜素去饱和酶（ZDS）、番茄红素β-环化酶（LCYB）、番茄红素ε-环化酶（LCYE）及胡萝卜素羟化酶，有色体分化和叶黄素酰基转移酶（XAT）促进酯化储存。纳米技术（nanotechnology）扩展了植物化学表征的应用，富含多酚、黄酮类化合物和萜类化合物的提取物可作为绿色合成金属和金属氧化物纳米颗粒的还原和封端剂。植物源性大分子和小分子植物化学物质可直接参与功能性复合物和纳米结构的形成，如多糖-金属配合物和非共价自组装纳米复合物，改善难溶性植物化学物质的稳定性、生物相容性和生物利用度。

**3.3. Nanotechnology as a Strategy to Increase Lutein Biosynthesis and Accumulation in Tagetes erecta**
纳米技术（nanotechnology）在农业中的应用可通过更高效、可持续的策略提高植物产量和次生代谢物积累。纳米赋能农业包括使用金属纳米颗粒、金属氧化物、碳纳米材料、聚合物纳米颗粒、纳米乳液、纳米封装产品和纳米肥料（nanofertilizers）来优化植物营养、调节代谢途径和改善胁迫耐受性。绿色纳米技术（green nanotechnology）基于植物提取物、微生物或天然生物分子作为还原和稳定剂，符合绿色化学和循环经济原则。纳米颗粒（nanoparticles）可通过角质层、气孔或根系进入植物组织，通过质外体和共质体途径迁移，改善养分吸收和光合效率。作为纳米诱导剂（nanoelicitors），纳米颗粒在适度浓度下产生eustress现象，通过增加活性氧（reactive oxygen species，ROS）作为信号分子，激活抗氧化系统和次生代谢相关基因表达；高浓度则导致氧化应激并抑制生长。二氧化钛（TiO₂）、氧化锌（ZnO）、二氧化硅（SiO₂）、氧化铁（Fe₃O₄）、氧化铈（CeO₂）、银纳米颗粒（AgNPs）、碳点、碳纳米管和聚合物纳米颗粒均可通过增加光合活性、改善光系统II效率、提高微量元素有效性、增强碳固定、激活抗氧化酶（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、谷胱甘肽还原酶（GR）、过氧化物酶（POD））和苯丙氨酸解氨酶（PAL）来增加类胡萝卜素产量。在类胡萝卜素方面，纳米颗粒可在多个调控水平发挥作用：刺激甲基赤藓醇磷酸途径（MEP pathway），增加异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP）前体；上调结构基因如DXS、DXR、GGPPS、PSY、PDS、ZDS、CRTISO、LCYE、LCYB、BCH和CYP97A/CYP97C；促进有色体分化、黄嘌呤酯化能力和色素储存。TiO₂纳米颗粒通过光催化增强光合作用，ZnO纳米颗粒提供生物可利用锌，SiO₂纳米颗粒增强细胞完整性和水分利用效率，CeO₂纳米颗粒调节氧化还原平衡。纳米肥料通过控释宏量和微量元素提高叶绿素合成和光合能力。纳米封装（nanoencapsulation）系统基于聚合物、脂质或介孔二氧化硅纳米颗粒封装植物激素如茉莉酸（MeJA）、水杨酸（SA）、脱落酸（ABA）、油菜素内酯、赤霉素、细胞分裂素或生长素，实现控释和精准调控基因表达。壳聚糖纳米颗粒（chitosan nanoparticles）因其高生物相容性和诱导能力，可递送营养物质、RNA干扰（RNAi）、抗氧化化合物或植物激素，提高PAL活性和次生代谢物积累。尽管万寿菊特异性研究仍有限，但来自其他物种的证据表明纳米技术可显著增加类胡萝卜素积累。纳米技术还可通过同时提高生物量、花产量和叶黄素浓度，降低生产成本，并结合纳米传感器实现实时监测。然而，在商业实施前需深入研究纳米材料的尺寸、形态、表面功能化、最佳浓度、施用频率和环境归宿，评估纳米颗粒向最终产品的转移，并开展转录组学、代谢组学、蛋白质组学和离子组学研究，同时加强监管框架。

**3.4. Bioactive Compounds of Tagetes erecta and the Impact on Human Metabolic Health**
万寿菊的生物活性不应归因于单一植物化学类别。其特征是同时存在高浓度的黄嘌呤类胡萝卜素（xanthophyll carotenoids），特别是叶黄素及其酯，以及黄酮类化合物如槲皮万寿菊素（quercetagetin）和其他酚类成分。全花提取物的生物效应可能反映不同化合物在理化性质和分子靶点上的互补作用。类胡萝卜素主要与膜保护和氧化过程调节相关，而黄酮类化合物和酚类化合物可额外与消化酶、炎症和代谢信号通路相互作用。

**3.4.1. Carotenoids**
叶黄素（lutein）是万寿菊花中商业上最相关的生物活性化合物，主要以酯化形式存在。在工业加工中，皂化用于释放游离叶黄素。由于其共轭双键系统和极性羟基，叶黄素可猝灭单线态氧并中和活性氧，保护细胞膜和脂蛋白。除眼部健康外，临床前证据表明叶黄素可能影响高血糖、血脂异常、肠道炎症和胰岛素抵抗。不同万寿菊品种提取物中，叶黄素含量与α-淀粉酶（α-amylase）和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）的抑制呈正相关，但其他酚酸和黄酮类化合物也可抑制这些酶。叶黄素还可通过减少氧化应激介导的核因子κB（NF-κB）激活来调节代谢炎症，降低促炎介质如TNF-α、IL-1β、IL-6和COX-2。在饮食诱导的2型糖尿病小鼠中，叶黄素（尤其是与槲皮素联用）改善血糖、胰岛素敏感性、血脂谱、肠道屏障完整性和微生物群组成，但仍是临床前证据。

**3.4.2. Flavonoids and Phenolic Compounds**
黄酮类化合物（flavonoids）是另一类相关代谢物，包括槲皮万寿菊素（quercetagetin）、槲皮素（quercetin）、山奈酚（kaempferol）、万寿菊素（patuletin）、异鼠李素（isorhamnetin）和axillarin的糖苷和苷元。槲皮万寿菊素是万寿菊最具代表性的黄酮，在叶黄素提取废渣中含量可观。体外研究表明，槲皮万寿菊素具有抗氧化、抗糖尿病和抗血脂活性，其多个羟基有利于氢供体、电子转移和金属离子螯合。它可抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶，降低碳水化合物消化速率，并抑制胰脂肪酶（pancreatic lipase）限制甘油三酯水解。其他黄酮如槲皮素、山奈酚、万寿菊素和异鼠李素可能通过调节AMPK、PI3K/Akt、GLUT4、PPARγ及脂质生成和糖异生相关酶来补充这些活性。但这些机制主要在分离黄酮和实验系统中证明，其在万寿菊提取物中的参与需假设性考虑，直到获得特异性机制验证。酚酸（phenolic acids）通过电子供体、活性物种清除和过渡金属螯合减少氧化应激和炎症信号，对β细胞保护是潜在效应。萜类化合物（terpenoids）中，万寿菊精油可能含有柠檬烯、罗勒烯、萜品油烯、胡椒酮和胡椒烯酮，具有抗菌和抗炎活性，但直接与葡萄糖或脂质调节相关的证据有限。鞣质、皂苷、生物碱、苷类和甾醇主要通过定性植物化学测试确定，其代谢效应需谨慎描述，需通过LC-MS/MS、GC-MS或NMR鉴定后再进行机制和生物利用度研究。

**3.5. Potential Mechanisms Related to Metabolic Effects**

**3.5.1. Antioxidant Activity**
万寿菊提取物在DPPH和ABTS等化学测定中显示自由基清除活性、还原力和金属螯合能力，但这些方法不模拟生理过程。细胞和动物研究提供更相关证据：富含多酚的组分可减弱氧化反应，而高叶黄素提取物可保护细胞膜并增强内源性抗氧化防御。Burlec等观察到花部位的抗氧化和细胞毒活性随植物化学组成而变化。

**3.5.2. Anti-Inflammatory Effects**
万寿菊的抗炎活性涉及多个组分。在动物模型中，全花或富含叶黄素的提取物减少炎症介质和组织损伤。在四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠中，万寿菊提取物降低胰腺TNF-α表达；在实验性结肠炎中，富含叶黄素的花提取物减轻炎症细胞因子分泌和肠道组织损伤。慢性低度炎症促进胰岛素抵抗、内皮功能障碍和代谢紊乱。类胡萝卜素和黄酮类化合物可能通过调节NF-κB、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和环氧化酶-2（COX-2）减弱这些过程。然而，特定贡献仍不确定，不应将复杂提取物的活性归因于单一化合物。

**3.5.3. Glucose Metabolism**
不同万寿菊品种的乙醇提取物体外抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶，IC₅₀值分别为2.37–4.87 mg/mL和3.12–7.40 mg/mL，表明可延迟碳水化合物水解并降低餐后血糖。但该活性的生理相关性取决于有效浓度在胃肠道中的稳定性和生物利用度。体内，叶黄素和槲皮万寿菊素联合给药比单独使用产生更广泛的代谢改善，包括血糖、胰岛素敏感性、炎症、肠道屏障完整性和微生物群，支持互补相互作用。酶抑制程度因品种而异，与花色和叶黄素及酚类化合物含量相关，强调需选择合适基因型并建立化学标准化标准。在四氧嘧啶或链脲佐菌素诱导的糖尿病动物模型中，结果需谨慎解释，因这些模型主要复制β细胞损伤而非进行性胰岛素抵抗。

**3.5.4. Lipidic Metabolism and Obesity**
万寿菊提取物通过抑制胰脂肪酶和减少脂质储存显示潜在抗肥胖效应。从花残渣中获得的槲皮万寿菊素抑制该酶并在体外具有抗血脂活性。富含多酚的花提取物降低秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）的脂肪积累，并显示与能量代谢调节相关的活性。但线虫模型不复制人类肥胖的内分泌、免疫、行为和饮食复杂性，这些结果应视为机制或临床前证据，不能直接外推至人类。

**3.5.5. Ocular, Neurological, and Cardiovascular Relevance**
叶黄素和玉米黄质选择性积累于视网膜，构成黄斑色素的主要成分，通过过滤蓝光和中和活性氧保护眼睛。叶黄素也存在于脑组织，与认知功能和神经保护机制相关，但万寿菊的神经效应证据仍为临床前。多酚提取物减少tauopathy线虫模型中的活性氧并改善运动参数。心血管益处主要从类胡萝卜素和多酚的抗氧化、抗炎和脂质代谢调节特性推断，直接临床证据不足。

**3.5.6. Antiproliferative Activity**
万寿菊花提取物和黄酮富集组分在多种细胞模型中显示细胞毒或抗增殖活性。甲醇提取物和槲皮万寿菊素富集组分表现出细胞毒效应，大小取决于植物化学组成。乙醇提取物以浓度依赖性方式降低卵巢癌细胞活力并诱导凋亡。其他研究描述了对肺癌细胞等肿瘤模型的细胞毒和促凋亡作用。这些结果支持该物种作为抗肿瘤研究分子来源的潜力，但未证明人类癌症预防或治疗功效，需评估选择性毒性、系统毒性、生物利用度、药代动力学及与传统治疗的相互作用。

**3.5.7. Modulation of the Intestinal Barrier and Microbiota**
近期证据表明，叶黄素和槲皮素可通过微生物群-肠道屏障-炎症轴影响葡萄糖代谢。在高脂饮食/链脲佐菌素诱导的2型糖尿病小鼠模型中，这些化合物减少肠道脂多糖浓度，改善微生物组成，增加紧密连接蛋白表达，并减轻局部和全身炎症。恢复肠道屏障完整性可减少细菌脂多糖进入循环，降低代谢性内毒素血症，改善胰岛素信号传导。联合给药通常比单独给药效果更显著，表明互补或协同活性。

**3.6. Evidence from In Vitro Studies**
体外证据包括酶抑制、抗氧化评估、细胞培养和简单生物模型测试。甲醇提取物和多酚富集组分显示抗氧化和金属螯合活性，在兔皮成纤维细胞中，0.25–0.50 mg/mL浓度下细胞活力保持80%以上，1 mg/mL时总提取物导致适度活力降低，而多酚富集组分维持约90%活力。酶学研究表明对α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶和胰脂肪酶的抑制，但粗提物抑制浓度在mg/mL范围，可能限制生理相关性，除非活性成分被浓缩或配方化以改善肠道可用性。富含多酚的花提取物还显示抗糖尿病和抗肥胖特性，并减少秀丽隐杆线虫的脂肪积累。

**3.7. Evidence from In Vivo Studies**
体内实验工作流程包括植物化学表征和标准化、选择合适动物模型（如四氧嘧啶或链脲佐菌素诱导的胰腺损伤，或高脂饮食/链脲佐菌素诱导的2型糖尿病）、口服给药、监测体重、血糖、葡萄糖耐受性、胰岛素浓度和血脂谱，收集组织和血液进行生化、组织学和分子分析，包括抗氧化酶活性、脂质过氧化、炎症介质、肠道紧密连接蛋白、微生物群组成和胰岛素信号蛋白，以及安全性评估。

**3.7.1. Alloxan-Induced Diabetes**
在四氧嘧啶诱导的糖尿病Wistar大鼠中，腹腔注射万寿菊乙醇提取物（25、50、75 mg/kg，28天）导致剂量依赖性血糖降低，75 mg/kg剂量下血糖从151.6降至97.4 mg/dL，并降低胰腺TNF-α表达。但该研究每组仅5只动物，采用腹腔注射途径，且四氧嘧啶模型主要导致β细胞氧化破坏，不完整复制人类2型糖尿病。

**3.7.2. Diabetes Induced by a High-Fat Diet and Streptozotocin**
在高脂饮食/链脲佐菌素诱导的2型糖尿病小鼠中，槲皮万寿菊素和叶黄素单独或联合给药降低空腹血糖和胰岛素浓度，改善葡萄糖耐受性和胰岛素敏感性，部分纠正血脂异常，同时减少炎症介质、减轻组织学损伤、改善肠道屏障完整性并改变肠道微生物群。联合治疗通常更有效，支持类胡萝卜素和黄酮通过互补途径作用的假设。代谢效应似乎是抗氧化、抗炎、肠道和胰岛素相关机制相互作用的结果。

**3.7.3. Experimental Intestinal Inflammation**
富含叶黄素的万寿菊水醇提取物减轻溃疡性结肠炎动物模型中炎症细胞因子的分泌并改善氧化应激标志物，支持其调节氧化还原和炎症途径的能力，可能通过维持肠道屏障功能间接促进代谢健康。

**3.8. Safety and Limitations for Human Use**
临床前安全性研究评估了万寿菊中分离的游离叶黄素和叶黄素酯，口服给予大鼠4、40、400 mg/kg，持续4和13周，未观察到死亡率、体重、摄食量、血液学参数、肝肾功能、器官重量、血脂谱或组织病理学相关变化，支持标准化叶黄素制剂的临床前安全性。

**4. Conclusions**
万寿菊（Tagetes erecta L.）是叶黄素（lutein）、黄酮类化合物（flavonoids）、酚酸（phenolic acids）和其他代谢物的宝贵来源，在食品、营养保健、制药和化妆品行业具有潜在应用价值。现有临床前证据表明抗氧化、抗炎、降血糖和调脂效应，可能涉及消化酶抑制、改善胰岛素敏感性以及调节肠道屏障和微生物群。然而，缺乏标准化提取物和对照临床试验阻止这些发现直接外推至人类。纳米诱导剂（nanoelicitors）、纳米肥料（nanofertilizers）和纳米封装生物刺激剂（nanoencapsulated biostimulants）可通过调节氧化还原信号、光合效率和甲基赤藓醇磷酸途径（MEP pathway）增强花生物量和叶黄素生物合成，但万寿菊中的直接证据仍有限。未来研究应整合组学方法、化学标准化、临床验证以及纳米材料安全性和环境归宿的全面评估。非商业规格花和加工残渣的增值可进一步支持高价值生物活性成分的循环和可持续生产系统。