Phenethyl Isothiocyanate

摘要 挥发性或精油是某些植物种类的主要芳香成分，其天然混合物中包含脂肪族和芳香族化合物。在多种植物的精油中，芳香族化合物含量较高，这些植物通常被称为芳香植物，因此所含的精油也称为芳香精油。这类芳香化合物在丁香、百里香、冬青等植物的精油中尤为丰富。精油中的芳香挥发性化合物（ACEO）被用于治疗多种疾病，包括感染、炎症、肠易激综合征（IBS），以及作为驱虫剂等用途。ACEO还广泛应用于糖果、美容产品、食品、药品及其他药物制剂中。市场上也有大量非处方药（OTC）产品采用ACEO制成并广泛销售。本文综述了来自不同植物种类的精油中固有芳香成分的来源、生物合成途径、化学结构及其生物活性，并强调了ACEO在现代食品、化妆品和制药工业中的重要性。本文还概述了芳香成分的临床试验及其在芳香疗法领域的应用。本综述通过整合以往的综述和研究文献，填补了当前关于精油芳香成分研究中的空白。该综述作为一份全面的资料来源，详细阐述了精油中芳香成分的化学性质、生物活性及治疗应用，以及这些成分在传统医学和现代医学中的用途，并探讨了源自多种植物精油的芳香成分所具有的生物学活性机制。 1 引言 大量丰富的植物种类都能产生精油，这类天然产物是多种用途的重要物质，包括吸引传粉者、驱避捕食者，以及诱导特定生理功能，如生长调控、代谢物解毒，以及发挥类似植物抗生素和植物抗毒素（Arshad 等，2014；Hoffmann，2020；War 等，2020）的作用。化学家及其他研究者已从不同角度对精油化合物进行了化学分类。从化学结构来看，根据分子骨架中碳原子的数量，可将其分为单萜、双萜和倍半萜。此外，这些植物产物还可根据所含的不同化学活性官能团进行分类，从而划分为仅由碳和氢原子组成的烃类、含有氧的烃类（如脂肪酸和酯类中的羧基与酯基）、以及含硫和含氮的精油化合物。研究人员还根据天然成分中挥发油组分及其本身所含环状挥发性化合物的芳香特性（即饱和度与不饱和度），将挥发油进一步分为脂肪族和芳香族化合物，或按其主要成分为脂肪族或芳香族化合物，将其归类为脂肪族型、芳香族型挥发油，或简称为芳香挥发油（Başer 和 Demirci 2007；Clarke 2009；Mohammed, Sulaiman, Khan, Al-Saffar 等 2024）。 常见芳香植物中精油的结构差异及其含量丰富，带来了多种商业和生物学上的益处（Carrubba 和 Catalano 2009；Mohammed, Aspatwar 等 2024；Mohammed 等 2023；Sharifi-Rad, Salehi 等 2017；Sharmeen 等 2021）。这些精油也是植物中最常见的天然产物之一，广泛应用于民间疗法及传统医药中（Mohammed, Al-Omar 等 2019；Zhang 等 2021）。由于富含芳香化合物及其衍生物，这些精油在现代工业中具有广泛应用，并已得到广泛认可。它们是香水和化妆品中的关键成分，在食品和调味行业中发挥着重要作用，也被视为多种药物制剂和药品生产中重要的天然化合物类别，可作为起始原料、合成子和中间体（Irshad 等，2020；Mohammed 等，2020；Shaaban 等，2012）。此外，世界各地大量人群传统上将芳香精油以及含芳香成分的植物用作食物中的助消化剂、防腐剂和调味剂，并用于治疗轻度胃肠道疾病、促进伤口愈合、缓解疼痛、关节炎、皮肤护理、提神醒脑以及呼吸系统疾病（Ali 等，2015；Mohammed, Sulaiman, Khan, Amin 等，2024；Mohammed 等，2021）。关于含有脂肪族和芳香族成分的精油的治疗功效及其潜力，已有广泛的传统知识。大量文献报道了其在芳香疗法、阿育吠陀医学以及日本、韩国和中医等传统医学体系中的应用（Buckle，2014；HALCóN 和 Buckle，2014；Rhind，2012；Xu 等，2008）。尽管如此，存在于各种植物部位蒸馏所得精油中的脂肪族和芳香族挥发性化合物共同决定了精油多种水平和类型的生物活性。然而，在大多数芳香植物（即含有较高比例具有宜人香气的芳香化合物的植物）中，精油中的芳香成分（ACEO）所占比例通常低于脂肪族挥发性化合物（AVCs）。芳香成分在这些植物的气味特性中起着关键作用，因其风味和香气而备受珍视，并被认为与多种生物学活性有关（Başer 和 Demirci，2007）。有趣的是，在一些已知案例中，ACEO 却构成了精油的主要成分。正是由于这些芳香成分，植物才具有独特的气味（Cuchet 等，2019；Jirovetz 等，2006）。丁香的主要气味来自丁香酚，它是丁香精油中的主要成分，其含量范围在 60% 至 90% 之间（Pavithra，2014）。此外，在某些其他芳香植物中，如冬青和香草豆荚，单一的精油成分构成了该植物全部的挥发油，并决定了其化学和感官上的芳香特性（Davis 2007；Jadhav 等 2009）。 目前，大多数精油通常被用于治疗多种健康问题和疾病。丁香酚是精油中广泛存在的芳香成分，常作为局部麻醉剂用于缓解牙痛；而富含丁香酚的丁香精油则是牙膏和漱口水的主要原料之一（Grogan 2021；Rani 等 2022）。水杨酸甲酯是美国冬青（Gaultheria procumbens）精油的主要成分，用于治疗风湿性关节炎，以控制疼痛并起到刺激性镇痛作用（Singewar 等 2021；Yeoh 和 Goh 2021）。水杨酸甲酯也是著名的挥发性混合物——薄荷膏（vapor rub）的重要组成部分，可用于缓解肌肉和关节疼痛，并作为感冒时的减充血剂（Darrell 2022；Smith 和 Matthews 2022）。本文综述了ACEO作为一类重要的精油成分以及芳香植物次生代谢物在人类健康中的作用。文章讨论了其结构特征、生物活性、临床应用、治疗价值、民间传说和传统用途，并结合ACEO及芳香植物的分布与可获取性进行了分析。 2 芳香挥发油的分布   文献综述表明，与挥发油中的脂肪族成分相比，芳香族成分在芳香植物中的相对含量较低。然而，芳香挥发油（ACEOs）广泛存在于多个植物科中，包括伞形科（Apiales）、杜鹃花科、安息香科、兰科、桃金娘科、唇形科以及蔷薇科等。某些特定的芳香成分，如对伞花烃、香芹酚和百里酚，是牛至、百里香、山椒草和玫瑰属植物所提取的多种挥发油的重要组成成分（Başer 和 Demirci，2007）。在某些植物中，不同属的挥发油内芳香成分占主导地位，例如丁香油中的丁香酚（Bhuiyan 等，2010）、百里香油中的百里酚（Schwarz 等，1996）、茴香、八角和茴香油中的茴香脑（Singh 等，2006；Yu 等，2021；Zachariah 和 Leela，2006），以及肉豆蔻（Myristica fragrans）中的肉豆蔻醚（Piras 等，2012）。此外，一些其他植物，如美国冬青和杏树，在其各自的挥发油中也含有单一的主要芳香成分（Kwak 等，2015；Ojha 等，2022）。表1总结了芳香挥发性化合物的种类、分布情况、提取精油所用的植物器官以及这些精油的传统主要用途。 表1. 芳香结构型精油（ACEOs）的分布、所用植物器官及主要传统用途总结 3 挥发性芳香化合物的化学（ACEOs）   ACEOs 是结构简单、具有芳香性且分子量较低的挥发性物质。大多数这类化合物以苯环为基础结构，并带有脂肪族取代基作为延伸部分。例如，百里酚和薄荷醇、对伞花烃和对异冰片烷、孜然醇和六氢孜然醇、卡达烯以及卡丁烯等，均为具有芳香结构并含有脂肪族基团的挥发油类似物（图1）（Başer 和 Demirci，2007）。 图1 挥发油中存在的芳香族和脂肪族类似物，具有相应的互补结构单元 芳香精油（ACEOs）主要可分为芳香烃类，代表性化合物包括对伞花烃和卡丁烯，以及含氧芳香烃，如百里酚和孜然醇，其结构中是否含有氧原子基团决定了它们的化学性质（图1）（Adam等，2011；Voda等，2003）。根据碳原子数，这些化合物通常分为单萜类（含10个碳原子），如百里酚和对伞花烃，以及倍半萜类（含15个碳原子），如卡达烯（图1）（Başer和Demirci，2007）。此外，芳香挥发油的生物合成途径也各不相同，因此可将其划分为萜类或苯丙素类ACEOs（Moghaddam和Mehdizadeh，2017；Zuzarte和Salgueiro，2015）（图2）。苯丙素类和萜类物质均被认为是植物应对非生物和生物胁迫感染的响应产物（Korkina，2007；Tholl，2015）。近年来，由于其广泛的药理活性，这些化合物被报道为制药和化妆品工业的重要资源。在医药领域，萜类化合物具有抗氧化、抗病毒、抗菌、降血糖、保护心脏、抗癌和抗炎等作用。在化妆品市场中，它们被用于伤口愈合和防晒霜（Zhu 等，2024）。Wagner 和 Elmadfa 记录了萜类化合物的生物学意义，他们研究了萜类化合物在抗菌、抗癌以及心血管保护方面的多种活性（Wagner 和 Elmadfa，2003）。此外，由于其抗氧化能力，萜类化合物还被用作食品和糖果工业中的天然安全防腐剂（Gutiérrez-del-Río 等，2021）。此外，在多种植物物种中也鉴定出含氮和硫的芳香性挥发油化合物。例如，在芜菁（Brassica rapa）叶片中已鉴定出 3-苯基丙腈、苄基异硫氰酸酯和 2-苯乙基异硫氰酸酯，这些物质似乎构成了该植物特有的香气（Miyazawa 等，2005）。另外，芳香性和含硫的苯乙基异硫氰酸酯也在从油菜（Brassica napus）中提取的菜籽油中被发现（Abraham 和 Deman，1985）（图 2）。 图2 ACEO成分的生物合成途径概述：(A) 苯丙素类，(B) 以萜类化合物为基础，以及(C) 天然存在的含氮和含硫ACEO。 4 芳香结构型精油（ACEO）的生物合成 根据ACEO的化学特性，已确定了两条主要的生物合成途径：苯丙素类途径和萜类途径。植物中ACEO的生物合成路径各不相同，大多数ACEO的天然产物来源于苯丙素类（C6-C3）途径，该途径为植物提供抗捕食者和吸引传粉者的功能（Granell和Rambla，2013）。此途径起源于莽草酸，经氨基酸降解过程，最终生成多种芳香族含氧化合物，如芳香醇、芳香醛、芳香酮、芳香酸和芳香酯（Schwab等，2008）（图3）。这些及其他苯环类挥发性成分由苯丙氨酸氨基酸模板衍生而来，通过缩短丙酸侧链两个碳原子而形成（Klempien等，2012；Schwab等，2008）。通常，将苯丙氨酸缩短两个碳以生成苯环类化合物的过程分为β-氧化和非氧化两种途径。β-氧化途径通过4-香豆酸：CoA连接酶（4CL）酶家族的介导，形成肉桂酰-CoA（Klempien等，2012）。此外，Ribnicky等（1998）利用同位素标记前体在烟草中研究发现，苯丙氨酸可通过生成苯甲酰-CoA，经β-氧化途径转化为苯甲酸。Beuerle和Pichersky（2002）还提出了一条非氧化型芳香族化合物生物合成途径，即肉桂酸转化为苯甲醛的过程，该过程可产生苯甲酸，并通过苯甲酰-CoA介导生物合成。Tieman等（2006）描述了由苯丙氨酸衍生的挥发油类物质（如苯乙醇）的生物合成途径，这类化合物是玫瑰、番茄等多种植物中的主要风味成分，其合成起始于苯丙氨酸底物，依赖于一系列脱羧酶（LeAADC1A、LeAADC1B和LeAADC2）的作用。Tieman等还提出了该途径同样参与2-苯乙醛和2-苯乙醇的生物合成（Tieman等，2006）。在矮牵牛中，参与由苯丙氨酸合成苯乙醛的酶已被鉴定并命名为苯乙醛合酶（PAAS），该酶通过高效的偶联反应，催化苯丙氨酸脱羧与氧化过程，从而实现苯乙醛的生物合成（Kaminaga 等，2006）。此外，Gonda 等人通过对甜瓜中的两个基因 CmArAT1 和 CmBCAT1 的研究发现，转氨作用可能是脱羧作用之外的另一种机制，这两个基因分别参与芳香族和支链氨基酸的转氨反应（Gonda 等，2010）。 图3 生物合成途径的拟议示意图：PAAS，苯乙醛合酶；P450 MO，细胞色素P450单加氧酶；DE，脱氢酶；RE，还原酶；KAT，3-酮酰基硫解酶；CHD，肉桂酰辅酶A水合酶/脱氢酶；BABT，苯甲酰辅酶A：水杨醇O-苯甲酰转移酶。 1978年，Poulose和Croteau研究了脂肪族单萜向相应芳香化合物的相互转化。该研究采用同位素稀释实验进行，结果表明γ-松油烯（百里香精油中主要的脂肪族环状二烯）可转化为无氧芳香化合物对伞花烃，后者进一步羟基化生成百里酚（Poulose and Croteau 1978）。此外，通过将百里香叶组织与γ-(G-3H)松油烯共同孵育，发现放射性对伞花烃含量增加，证实了上述转化过程；但研究也显示，α-松油烯和松油烯-4-醇并未被整合到芳香化合物对伞花烃和百里酚中（Poulose and Croteau 1978）。最近，Krause等人还提出，百里酚和香芹酚等酚类挥发油成分由γ-松油烯生物合成而来，其在细胞色素P450单加氧酶（P450s）CYP71D亚家族的作用下被氧化，生成环己二烯醇中间体。脱氢酶/还原酶对环己二烯醇中间体进行脱氢反应，生成相应的酮类化合物，随后通过酮-烯醇互变异构作用转化为芳香族结构（Krause 等，2021）。他们还发现，在酵母和本氏烟草中异源表达时，两个P450亚家族——CYP76S和CYP736A——负责将百里酚和香芹酚经羟基化转化为百里酚氢醌（Krause 等，2021）。此外，基于倍半萜的ACEO也可由脂肪族倍半萜合成。例如，当植物用[3H]-δ-卡迪烯处理后，在棉花种子（Gossypium hirsutum L）中产生了放射性标记的2,7-二羟基卡达烯（Cane，1999）。 5 基于芳香结构的精油（ACEOs）的五种生物活性 ACEOs由多种有机化合物复杂混合而成，主要包括萜烯、萜类衍生物和苯丙素类化合物（Moghaddam和Mehdizadeh，2017）。精油所表现出的多种生物活性主要归因于其化学组成（Mhiri等，2018）。ACEOs中的成分在化学结构中含有芳香环（Jaafar等，2020），其中共轭双键使π电子发生离域，从而提高了分子的稳定性（Zochedh等，2022）。芳香性赋予这些化合物独特的性质，作为低分子量物质，它们通常具有挥发性和宜人的气味。精油中常见的含芳香环成分包括苯丙素类、苯类、酚类以及芳香基团连接的萜类化合物（Gounaris，2010）。 ACEOs的多种生物活性已有大量研究报道（Nieto，2017；Sartoratto等，2004）。ACEOs对多种细菌、真菌、原生动物和病毒均表现出显著的抗菌作用。抗菌和抗真菌特性源于ACEOs中亲脂性成分对细菌和真菌膜的破坏作用（Vergis等，2015）。ACEOs可调节宿主免疫反应以及细菌的群体感应机制（Reichling，2020）。此外，它们还通过清除自由基和金属螯合活性表现出抗氧化能力（Chrysargyris等，2020；Mohammed，2022）。已有研究报道其具有抗炎（Sharopov等，2015）、镇痛（Sarmento-Neto等，2015）、抗焦虑（De Sousa等，2015）、神经保护（Ayaz等，2017）、抗癌（Mohammed等，2023）、抗菌（Mohammed、Abdel-Aziz和Hegazy，2019）以及促进伤口愈合（Qureshi等，2022）等药理作用。这些药用特性归因于其对多种分子靶点和信号通路的调控，包括受体、酶、细胞因子以及调控氧化应激、细胞凋亡和细胞增殖的相关基因。 5.1 水杨酸甲酯   冬青油富含水杨酸甲酯，这是一种含有芳香基团的有机酯类化合物，属于重要的精油成分（Michel 和 Olszewska，2024）。它广泛存在于多种植物中，尤其是冬青叶和花朵。水杨酸甲酯具有多种治疗作用，主要归因于其水杨酸基团。它通过抑制前列腺素的合成发挥镇痛作用，可有效缓解肌肉和关节疼痛（Woodbury 等，2018）。研究显示，在皮肤上使用含20%水杨酸甲酯的非处方外用止痛药膏，能够减轻寒冷引起的血管收缩，并增加运动性高热时的热量散失（Wang 等，2022）。水杨酸甲酯还具有抗炎作用，可通过抑制细胞因子等炎症介质来实现。研究表明，富含水杨酸甲酯的越橘（Gaultheria procumbens L.）茎提取物能以剂量依赖方式减少IL-1β、IL-8和TNF-α的释放，该植物本身具有抗炎特性（Michel 等，2019）。作为一种强效抗氧化剂，它还能清除自由基，保护细胞免受氧化损伤（Valverde 等，2015）。水杨酸甲酯还表现出对某些细菌、真菌和病毒的抗菌活性（Oloyede，2016）。一些研究表明，水杨酸甲酯可通过诱导癌细胞系凋亡而发挥抗癌作用。然而，高剂量可能具有毒性（Das 等，2022）。总体而言，水杨酸甲酯所表现出的多种生物活性是通过其水杨酸部分调节多个靶点实现的，从而赋予了冬青油特有的生物活性特性。 5.2 百里酚（2-异丙基-5-甲基苯酚）   百里酚是一种天然的单萜酚类化合物，存在于唇形科植物的精油中。含有百里酚的植物包括百里香（Thymus）、罗勒（Ocimum）和牛至（Origanum）。百里酚分子结构中含有连接在芳香环上的羟基。百里酚及其另一种芳香成分香芹酚（carvacrol）表现出广泛的生物活性，主要归因于其分子结构中的酚羟基。百里酚纳米乳液已被开发为具有强效清除自由基能力的抗氧化剂，并应用于食品工业（Sedaghat Doost 等，2019）。有研究报道，百里酚提取物的DPPH自由基清除活性高于未配制的百里酚成分，抑制率达到42.2%（Ramos 等，2014）。此外，在LPS刺激的巨噬细胞中，浓度为10 μg/mL的百里酚表现出显著的抗氧化活性，可减少一氧化氮（NO）生成并保护细胞免受活性氧（ROS）损伤（Ranjbaran 等，2019）。百里酚还能通过破坏细菌、真菌及某些原生动物的细胞膜和细胞壁，展现出强烈的抗菌活性。百里香酚对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌的抑菌效果进行了评估，其抗菌作用源于对细胞膜脂质双分子层的影响以及与细菌基因组DNA的相互作用（Wang等，2017）。百里香酚对沙门氏菌属和伤寒沙门氏菌的作用机制是破坏细菌细胞膜，导致细胞内物质如钾离子（K+）不受控制地释放，而钾离子是细菌代谢和生存所必需的重要离子。百里香酚显著降低了一氧化氮（NO）的生成和谷胱甘肽水平，有助于缓解氧化应激（Chauhan和Kang，2014）。在医药领域，已成功制备出以百里香酚为基础的水凝胶，表现出显著的伤口愈合能力（Jiji等，2019）。含有主要成分为百里香酚的精油提取物（ACEOs）通过蒸汽接触有效杀灭致病性念珠菌菌株（Mandras等，2016）。在牙科领域，开发了一种掺入百里香酚的新型牙科树脂材料，用于对抗口腔微生物，并对其物理机械性能、粘接强度及抗菌效果进行了评估。研究结果表明，该材料具有显著的抗菌性能，并且与宿主细胞具有良好的相容性。此外，这种树脂在韧性和抗断裂性方面也表现出与对照树脂相似的特性，适用于牙科领域。其抗菌和预防生物膜形成的能力归因于百里酚的高度亲脂性，使其能够富集于细菌膜中并干扰其生长（Rezaeian 等，2019）。 此外，百里酚在小鼠乳腺上皮细胞中还表现出抗炎作用，这与其抑制NF-κB信号通路及p-38丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）的能力有关（图4）（Liang 等，2014）。相反，也有研究发现百里酚并不抑制NF-κB的表达，但通过抑制其他促炎性转录因子（如应激激活蛋白激酶SAPK/JNK、信号转导与激活转录因子STAT3以及多种活化T细胞核因子NFATs）而发挥抗炎作用（Gholijani 等，2016）。此外，对LPS刺激的小鼠乳腺细胞进行的实验表明，在一定浓度范围（10–40 μg/mL）内用百里酚处理细胞，可抑制TNF-α和IL-6的产生，抑制iNOS和COX-2的表达，阻止p-38 MAPKs的活化，并具有其他辅助作用（Liang等，2014）。在哮喘小鼠模型中，口服给予4–166 mg/kg的百里酚，证实可降低卵清蛋白特异性IgE水平，并减少IL-4、IL-5和IL-13的生成，从而防止炎症细胞进入气道（Zhou等，2014）。 图4 百里香酚参与炎症反应的分子机制。百里香酚与脂多糖（LPS）激活的Toll样受体4（TLR4）相互作用，从而调控下游信号传导级联反应。该化合物可抑制丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs），包括JNK、p38和ERK的活化，进而阻止核因子κB（NF-κB）的磷酸化及其向细胞核的转位。这种抑制作用导致促炎基因转录受到抑制，并减少肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL-1β、IL-4、IL-6、IL-17）及其他细胞因子等炎症介质的生成。 从机制上看，主要通路是百里酚与TRAF6（一种重要的信号蛋白）相互作用，进而激活IKKs（IκB激酶）。这种激活导致抑制性蛋白IκBα的降解，从而使转录因子NF-κB得以释放并转移到细胞核内。在细胞核中，NF-κB与AP-1（另一种转录因子）协同作用，诱导促炎性细胞因子的表达，如TNF-α、IL-1、IL-4、IL-6、IL-17、iNOS、COX-2、PGE2和NO。此外，MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）级联反应，包括JNK、ERK和p38，也被认为可被百里酚激活，从而参与整体炎症反应（图4）。 5.3 香芹酚 [2-甲基-5-(丙-2-基)苯酚]   香芹酚是一种单萜类酚化合物，与百里酚互为异构体，广泛存在于多种芳香植物中，如牛至（Origanum dictammus）、普通牛至（Origanum vulgare）、山艾草（Thymbra capitata）、百里香（Thymus vulgaris）和小茴香（Thymus serpyllum）等（Suntres 等，2015）。大量体外和体内研究表明，香芹酚具有显著的抗氧化、抗癌、抗菌、抗炎及抗肥胖作用。香芹酚还表现出抗癌活性和抑制细胞生长的特性（图5）。香芹酚通过激活caspase-3、切割PARP、降低Bcl-2基因表达，并选择性改变MAPK超家族成员的磷酸化状态，诱导HepG2细胞凋亡，从而抑制其生长。具体表现为剂量依赖性地降低ERK1/2的磷酸化水平，激活p38的磷酸化，但对JNK MAPK的磷酸化无明显影响（Yin 等，2012）。此外，在10至600 μmol/L的浓度范围内，香芹酚显著降低了胃腺癌细胞的存活率（Mari 等，2021）。香芹酚被用于研究其对乳腺癌细胞系中细胞周期阻滞和凋亡的影响。该物质通过抑制蛋白质表达、减缓细胞生长以及诱导乳腺癌细胞凋亡，表现出抗癌作用（Li 等，2021）。香芹酚在大鼠模型中通过阻断钙通道和瞬时受体，证实了其降血压活性（Ana Carolina 等，2020）。由于香芹酚能够激活过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）α 和 γ，从而降低环氧化酶（COX）-2 的表达，并抑制一氧化氮（NO）的合成与活性。此外，它还被证实具有抗炎特性（Ciavarella 等，2020）。 图5 香芹酚诱导细胞凋亡的不同机制。香芹酚暴露可触发多种细胞反应：（1）通过p21和p53肿瘤抑制蛋白介导的G0/G1期和G2/M期细胞周期阻滞；（2）线粒体功能障碍及损伤，导致线粒体膜电位丧失；（3）激活TRPM8（瞬时受体电位melastatin 8）通道；（4）在内源性凋亡通路中释放细胞色素c并激活caspase-9；（5）诱导拓扑异构酶介导的DNA损伤；（6）最终导致DNA复制应激和细胞凋亡。 香芹酚与阳离子通道蛋白TRPM8相互作用，导致Bcl-2蛋白减少并抑制p21。p21和Bcl-2的失活引起线粒体损伤，进而激活凋亡通路中的关键酶caspase-9和caspase-3。另一种机制涉及拓扑异构酶的失活，随后造成DNA损伤。此外，香芹酚通过激活钙离子通透性通道（TRPM8）促进Ca²⁺离子外流，从而诱导细胞凋亡（图5）。 5.4 黄樟素 黄樟素（4-烯丙2-亚甲二氧苯）是从月桂树、樟脑、肉豆蔻和黑胡椒等植物中提取的芳香油的主要化学成分之一（Bogusz 和 Al-Tufail，2008）。这种无色或淡黄色的油具有多种生物活性。在糖尿病大鼠模型的体内研究中发现，口服剂量为100和200 mg/kg的黄樟素可改善糖尿病症状（Rani 等，2013）。植物化学分析表明，含有71.8%黄樟素的Piper auritum提取物表现出显著的抗氧化活性，并能抑制脂质氧化（Rodríguez 等，2013）。作为抗炎剂，研究表明黄樟素能有效抑制由白细胞产生的炎症介质白三烯，提示其可用于治疗鼻炎、囊性纤维化、哮喘和类风湿性关节炎等多种炎症性疾病（Ahn 等，2001）。作为抗菌剂，黄樟素对包括肠球菌、铜绿假单胞菌和普通变形杆菌在内的多种致病细菌均表现出杀灭作用（Eid 和 Hawash，2021）。光合作用产生的二聚体黄樟素有效抑制了白色念珠菌的生长（Khayyat，2013）。此前已有报道指出黄樟素具有抗癌活性。黄樟素对HL-60细胞的细胞毒性作用是通过降低线粒体膜电位，诱导细胞凋亡，从而释放细胞内活性氧并触发促凋亡基因的表达所致（Chun-Shu等，2012）。此外，在人舌鳞状细胞癌SCC-4细胞系中，黄樟素通过上调BAX和Bid基因的表达，同时下调Bcl-2基因的表达，诱导细胞凋亡（Yu等，2012）。 5.5 母菊薁   母菊薁是一种天然存在的倍半萜内酯，主要存在于多种植物的精油中，尤其是德国洋甘菊（Matricaria recutita）和蓍草（Achillea millefolium）的精油中（Mohammed 等，2023；Russo 等，2020）。由于其多样的生物活性和潜在的治疗应用，母菊薁在科学研究中引起了广泛关注。母菊薁以其强效的抗氧化能力而著称，能有效清除自由基并抑制脂质过氧化反应（Michelakis 等，2016）。Capuzzo 等研究指出，母菊薁在洋甘菊油中表现出显著的总抗氧化活性，其IC50值为6.4 μg/mL，明显高于α-生育酚和抗坏血酸。有报道显示，母菊薁无法与DHHP发生反应，但在ABTS体系中表现出较强的自由基清除能力（Capuzzo 等，2014）。富含母菊薁的蒿属植物（Artemisia arborescens）精油也显示出对ABTS自由基阳离子的有效清除作用（Ornano 等，2013）。作为抗炎剂，母菊薁通过改善肝脏功能酶水平并减轻氧化应激，对乙醇引起的肝损伤起到肝保护作用（Wang 等，2020）。母菊薁在骨关节炎诱导的大鼠模型中表现出保护作用，显著降低了由TNF-α和IL-6引发的炎症反应（Ma 等，2020）。富含母菊薁的A. arborescens精油还能通过破坏细胞线粒体并导致活性氧（ROS）积累，诱导黑色素瘤A375癌细胞系发生凋亡（Ma 等，2020）。 5.6 肉桂醛   肉桂醛是一种具有强烈风味和香气的芳香类黄酮化合物，存在于肉桂树的树皮中，尤其是锡兰肉桂（Cinnamomum verum）和中国肉桂（C. cassia）。肉桂醛表现出多种生物活性和治疗潜力，具有抗氧化（Othman 等，2020）、抗癌（Hong 等，2016）、神经保护（Kuru Bektaşoğlu 等，2021）、抗糖尿病（Zhu 等，2017）以及心脏保护作用（Luan 等，2022）。其抗菌和抗生物膜活性表明，肉桂醛可能成为一种有前景的广谱抗菌剂，可有效对抗多种病原微生物，包括真菌、细菌和病毒。研究表明，肉桂醛对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生物膜生长均具有抑制作用，包括铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌所产生的生物膜（Topa 等，2018）。除了抑制变形链球菌外，肉桂醛还能减少细菌生物膜的形成，并下调与生物膜生成相关的多种毒力基因的表达（He 等，2019）。在体外实验条件下，肉桂醛浓度的增加显著逆转了SH-SY5Y神经细胞中β-淀粉样蛋白斑块（阿尔茨海默病的主要标志）的诱导沉积，从而证实了其对Aβ神经毒性的神经保护作用（Emamghoreishi等，2019）。最近的研究表明，肉桂醛可减轻环磷酰胺对心脏和肾脏造成的损害，表现为心肾损伤标志物显著下降，并恢复了组织的正常结构（Abd El Salam等，2023）。 5.7 肉豆蔻醚   肉豆蔻醚是一种天然存在的生物活性芳香化合物，主要存在于肉豆蔻（Myristica fragrans）种子的精油中（Brixius 2018），并表现出多种有前景的生物活性。来自不同植物来源的肉豆蔻醚能有效增强抗氧化酶的活性，包括过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶。此外，肉豆蔻醚还能降低脂质过氧化水平。在体外实验条件下，含有肉豆蔻醚的精油表现出显著的抗氧化活性（Boulebd 2019；Rahman 等 2018）。肉豆蔻醚可通过阻断参与炎症趋化过程的多种细胞因子和炎症介质来减轻炎症反应，这些物质包括肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素、一氧化氮、巨噬细胞炎性蛋白（MIP-1α 和 MIP-1β）、集落刺激因子以及髓过氧化物酶（Qiburi 等 2020）。作为抗癌剂，含32%肉豆蔻醚的肉豆蔻精油能有效降低人结肠腺癌细胞（Caco-2）的存活率。此外，含肉豆蔻醚的油表现出146 μg/mL的IC50值，表明肉豆蔻醚可能是该油产生细胞毒作用的活性成分（Piras等，2012）。纯态的肉豆蔻醚也能有效抑制AA8和EM9卵巢癌细胞系的增殖，并通过激活caspase诱导细胞死亡（Martins等，2011）。 5.8 愈创奥 愈创奥(4-二甲基-7-异丙基萘），是一种双环芳香族倍半萜，存在于多种植物精油中，例如德国洋甘菊（Matricaria chamomilla L.）、乳香木（Guaiacum officinale）和洋甘菊油（Ma等，2023）。近几十年来，研究人员已对愈创奥进行了研究，以评估其在治疗多种疾病方面的潜在药理作用。愈创奥具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗突变、免疫调节、杀菌、祛痰、利尿、发汗、润肤及苦味刺激等多种生物活性（Akram等，2023）。研究发现，愈创奥其衍生物（2-羟基萘类化合物）具有抗逆转录病毒活性，能有效抑制HIV-1的复制（Peet等，2016）。愈创奥及萘类衍生物已被成功应用于胃溃疡的治疗（Najm，2011）。目前，针对具有潜在抗溃疡特性的萘环结构已进行了多项化学修饰。利用乙醇诱导的小鼠胃损伤模型进行体内实验表明，两种愈创奥衍生物表现出与阳性对照奥美拉唑相当的抗胃溃疡活性（Cao等，2016）。已有研究证实，愈创奥对多种人源口腔肿瘤细胞系具有抗增殖作用。愈创奥能有效抑制Caco-2细胞的增殖（Vinholes等，2014）。对愈创奥衍生物在多种癌细胞系（共60种不同类型）中的抗肿瘤活性进行了评估，结果显示这些衍生物对特定癌细胞类型具有选择性抑制作用（Hong等，2001）。研究表明，愈创奥可促进肌肉细胞和脂肪细胞对葡萄糖的摄取，从而改善胰岛素敏感性（Ikegai等，2013）。此外，愈创奥还能刺激胰腺β细胞分泌胰岛素，有助于调节血糖水平（Chen等，2019）。糖尿病动物模型进一步验证了愈创奥的抗糖尿病活性。研究表明，给予愈创奥可降低糖尿病动物的血糖水平，改善葡萄糖耐受性，并缓解胰岛素抵抗（Akram 等，2023）。 5.9 甲基香芹酚   甲基香芹酚，又称茴香脑或4-烯丙基苯甲醚，是一种芳香族天然化合物，由苯环上连接一个甲氧基和一个烯丙基构成。甲基香芹酚是多种植物（如松树、茴香、月桂和罗勒（Ocimum ciliatum））提取的精油中的主要成分。由于其多样的生物活性以及在多个领域的潜在应用，甲基香芹酚引起了科学界的广泛关注。该化合物具有明确记录的抗菌和抗真菌作用。作为罗勒油的主要成分（含量达87.6%），甲基香芹酚被报道对多种植物病原细菌具有杀菌活性（Moghaddam等，2014）。含有23.8%甲基香芹酚的牛至（O. basilicum L.）精油表现出对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性致病菌的抗菌活性，其中对凝固酶阳性葡萄球菌的抑制效果最佳（Stanojevic等，2017）。O. selloi精油中甲基香芹酚的含量高达93.24%，能够抑制交链孢菌、胶孢炭疽菌和毁灭性小球菌的菌丝生长（Costa等，2015）。研究表明，甲基香芹酚具有抗氧化特性，这归因于其清除自由基和抑制脂质过氧化的能力。甲基香芹酚对脂质过氧化的抑制率可达73.08%，其IC50值为312.5 μg/mL（Santos等，2018）。埃及牛至（O. basilicum L.）精油的抗氧化活性存在差异，其IC50值为0.21 mg/mL。这种抗氧化活性的差异与精油化学成分的变化有关，其中甲基香芹酚占27.82%（Farouk等，2016）。最近的研究表明，含有甲基香芹酚的精油具有神经保护作用，可减轻神经炎症、降低氧化应激，并保护神经细胞免受多种损伤（Abd Rashed等，2021）。在体内条件下，研究了罗勒精油（O. basilicum EO）对戊四唑（PTZ）诱导的小鼠惊厥的神经保护和抗氧化作用。结果表明，罗勒精油具有显著的抗惊厥特性，并能保护大脑免受PTZ引起的氧化损伤（Mansouri等，2022）。 5.10 香兰素   香兰素（4-羟基-3-甲氧基苯甲醛）是一种芳香族酚醛化合物，最初从香草兰（Vanilla planifolia）、塔希提香草兰（V. tahitensis）和蓬松香草兰（V. pompona）中分离得到（Arya 等，2021），是挥发油中重要的芳香成分。长期以来，香兰素被广泛用作食品和饮料中的调味剂。然而，近年来的科学研究表明，它还具有多种生物学特性（图6）。香兰素可通过协同增强有丝分裂重组和突变保护作用，对致突变物质表现出拮抗效应（Santos 等，1999）。同样，在暴露于不同诱变剂的黑腹果蝇体细胞中，香兰素也显示出抗突变活性（Sinigaglia 等，2004）。作为抗癌物质，香兰素已被报道可诱导HT-29细胞在G2/M期和G1/G0期发生细胞周期阻滞（Ramadoss 和 Sivalingam，2020）。此外，通过席夫碱反应由香兰素衍生出的配合物对人结直肠癌HCT116细胞系表现出显著的抗癌活性（Bahron 等，2019）。此外，体内研究表明，连续3周以每公斤体重125至5000毫克的剂量给患有实体Ehrlich肿瘤的小鼠灌胃香兰素，可诱导细胞凋亡，并增强机体对抗氧化损伤物质的活性（Elsherbiny等，2016）。 图6 香兰素的多种生物活性及其药用价值。 香兰素在预防和治疗以高血糖（高血糖症）和血液中脂肪水平升高（高脂血症）为特征的病理紊乱方面也具有重要作用。从天麻中提取的香兰素可通过减少脂肪细胞中的脂肪生成，并促进肥胖大鼠的脂肪分解和瘦素信号传导，从而降低胰岛素抵抗（Park 等，2011）。Lu 等人的研究发现，剂量为每公斤体重 100 和 200 毫克的香兰素可显著降低血糖水平达 54%，并减少胰岛素水平。此外，甘油三酯和肌酐水平、丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶活性以及炎症标志物如 TNF-α、IL-6 和 IL-1β 的水平均得到改善（Lu 等，2019）。香兰素在多种抗氧化测试（如 ORAC、ABTS+ 和氧化溶血抑制试验）中表现出强效清除活性氧（ROS）的能力。其自由基清除能力归因于自身二聚化反应，从而实现较高的反应化学计量比（Tai 等，2011）。此外，研究还发现香兰素具有抗炎特性。例如，Lim 等人的研究显示，香兰素可抑制脂多糖激活的 RAW264.7 巨噬细胞中一氧化氮的生成。此外，诱导型一氧化氮合酶的抑制与抗炎作用密切相关（Jung 等，2008）。香兰素还被研究用于其保肝和护肾作用（Saad 等，2017）。在大鼠体内，通过腹腔注射 150 mg/kg 的香兰素，可预防四氯化碳（CCl₄）引起的肝毒性，其机制是降低血清转氨酶活性并提高蛋白质水平（Makni 等，2011）。此外，香兰素对顺铂和甲氨蝶呤引起的肾脏损伤也表现出保护作用。这种保护作用体现在降低升高的肾功能标志物（如血清肌酐和胱抑素 C）水平，减少 iNOS、TNF-α、IL-18、胞质细胞色素 C 和 caspase-3 的表达，同时提升肾脏总抗氧化能力以及改善 Bcl-2/Bax 表达比值，这些结果均在预处理的大鼠中观察到（Fouad 和 Al-Melhim，2017）。 5.11 对-伞花烃   对-伞花烃是一种天然存在的烷基异戊二烯芳香单环单萜，常见于牛至、罗勒、百里香和桉树等芳香植物的精油中。这种烷基异戊二烯芳香化合物表现出多种药理活性（de Santana 等，2015）。研究表明，对-伞花烃可显著降低热板试验和醋酸诱发扭体试验中的痛觉行为。Santana 等人的研究显示，对-伞花烃具有抗痛觉作用，能减轻由甲醛、辣椒素和谷氨酸引起的口腔面部疼痛（Santana 等，2011）。此外，对-伞花烃通过调节痛觉通路和炎症介质，在缓解癌症相关疼痛方面展现出良好的镇痛潜力，从而降低疼痛感知，改善慢性疼痛患者的生存质量（图7）（Santos 等，2019）。 图7 对-伞花烃通过以下机制减轻癌症相关疼痛：涉及四个关键解剖区域：（1）外周水平——香芹酚降低伤害性神经元中的Ca²⁺通道电流，减少疼痛信号的产生；（2）脊髓——背角神经元中Fos表达下调，表明疼痛传递和中枢敏化减弱；（3）脑干（脑桥）——巨细胞束核（NRM）和背侧网状核（DRN）中Fos表达增强，提示下行性疼痛抑制通路被激活；（4）躯体感觉皮层——机械性痛觉过敏和伤害感受降低，同时丘脑疼痛处理减少，最终导致癌症疼痛感知减弱。 癌症相关性疼痛的缓解涉及下调钙离子通道电流、调节脊髓和脑桥中的Fos表达，以及减轻躯体感觉皮层的机械性痛觉过敏和痛觉感受。皮下注射对伞花烃可降低脊髓中钙离子通道电流及Fos蛋白的表达水平；同时，脑桥中的Fos表达也有所下降，尤其是在中脑导水管周围灰质（PAG）和巨细胞核（NRM）区域，通过减少经由躯体感觉皮层产生的机械性痛觉过敏和痛觉感受，从而缓解了癌症相关的疼痛（图7）。 对伞花烃的抗癌作用在多种癌细胞系中进行了潜在评估。结果表明，对伞花烃能有效抑制12-O-四乙酰基-13-乙酸酯处理后人纤维肉瘤HT1080细胞系中MMP-9的生成。该抑制作用是通过阻断ERK1/2和p38 MAPK信号通路实现的，使HT-1080细胞的侵袭行为降至最低水平（Li等，2016）。Vajs 等人（2015）研究发现，不同配体的对伞花烃与钌（II）形成的配合物对多种癌细胞系具有显著的细胞毒性作用，包括 HEp-2 细胞及其耐药亚系（7 T）、HCT-116、H460 和 MDA-MB-435 细胞。该研究显示，这些配合物通过诱导细胞周期阻滞于 S 期而触发细胞凋亡，且阻滞程度与作用时间和剂量相关。 此外，多项研究报道了对伞花烃的抗糖尿病作用。Abbasi 等人采用电化学、化学计量学和分子对接实验相结合的方法，对对伞花烃的抗糖基化效应进行了体外研究。结果表明，浓度为 2.5 mg/mL 的对伞花烃能有效抑制糖基化反应（Abbasi 等，2018）。另一项研究在高脂饮食喂养的小鼠模型中考察了对伞花烃的作用，结果显示，对伞花烃对高脂饮食小鼠血液中的葡萄糖水平具有显著影响（Lotfi 等，2015）。作为抗病毒剂，对伞花烃（p-cymene）的研究表明，其在体外可通过抑制单纯疱疹病毒1型的复制和斑块形成，在Vero细胞中表现出抗病毒活性（Sharifi-Rad, Sureda等，2017）。分子模拟研究显示，对伞花烃抑制RNA病毒的能力主要体现在其与含有核定位信号的C端结构域结合，该结合具有最低的结合亲和力。这种结合可阻碍病毒蛋白向细胞核的转运，从而抑制病毒增殖（Panagiotopoulos等，2021）。从药理学角度看，对伞花烃被广泛用作抗氧化剂。研究表明，它具有体内抗氧化特性，并可能通过调节硫代巴比妥酸反应物（TBARS）、一氧化氮（NO）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性，在成年小鼠海马体中发挥神经保护作用。给予对伞花烃后，脂质过氧化和亚硝酸盐水平显著降低（de Oliveira, de Carvalho等，2015）。 表2全面概述了二十种主要的芳香挥发性化合物，详细列出了它们的植物来源、分类学归属以及关键生物活性。 表2. 挥发性芳香化合物精油（ACEOs）：来源植物、分类学分类及主要生物活性。 6 ACEO的商业产品与临床应用   由于ACEO已知具有重要的药用价值，这些化合物已被制成多种药物剂型。在此背景下，局部和全身给药剂型被用于将精油中的芳香化合物（ACEO）应用于人体。这些剂型主要作为非处方药（OTC）、保健品以及膳食补充剂，用于治疗多种人类疾病并对抗某些病症。表3列出了ACEO、其剂型及相应应用。 表3. ACEO的商业产品及临床应用。 缩写：GRAS（经美国食品药品监督管理局认可为安全）；FEMA，香料与提取物制造商协会。 7 结论与展望   对芳香结构型精油（ACEOs）的综述凸显了其重要性，并涵盖了其在药物、食品、香料及制药领域的多样化应用。本文概述了ACEOs的植物来源及其生物合成过程，重点探讨了影响不同地区多种植物所产精油中芳香化合物诱导生成与组成的各种生物和非生物因素。文章还阐述了理解生物合成途径对于最大化芳香成分产量的重要性，以及如何根据不同精油中的芳香组分及其主要产物，设计优化的生物合成路径以提高油品的产量和质量。此外，本综述还为ACEOs及其成分在食品与香料、化妆品、香氛、药品及制药等多个领域中的临床及其他潜在应用提供了信息资源。已观察到、强调并证实了ACEOs（芳香植物精油）的多种生物活性及其生化作用机制。本文介绍了这些精油及其芳香成分所具有的抗菌、抗氧化和抗炎特性，并列出了ACEOs在医药、临床及经济方面的商业产品清单。 这些ACEOs的前景在于，可作为创造新型油品与芳香复合物、开发基于精油的新药剂型以及研制具有更优性能且便于调控的治疗制剂的理想选择，用户可根据需求自由设计混合配方。ACEOs在对抗感染和控制炎症方面表现出的强大功效，使其相较于其他天然成分和草本植物更具优势，应用范围更广，吸引力更强。ACEO在食品保鲜方面的特性，有望为食品工业开发更优质的油类及芳香成分配方开辟新的前景，这些配方可用于不同环境下的食品保存和保鲜，确保产品在长时间运输、储存过程中仍保持新鲜。其巨大潜力还包括将ACEO应用于航天旅行中的食品保鲜，以及用于人体的含食品液体-凝胶胶囊。此外，它还可能推动新型药物制剂及现有和新开发药物中新型配方成分的研发。 然而，必须采用纳米制剂技术来解决ACEO稳定性、生物活性及其组分反应性所带来的挑战，以避免油脂和成分的降解、光反应性以及环境导致的破坏。同时，如何确保ACEO在固定剂量方案中的安全性与最佳递送效果，从而提升其作为油脂和芳香成分的应用价值，也面临诸多挑战。众多研究人员已尝试通过开发不同形式的剂量计算型纳米乳剂以及脂质基封装物的亲脂性纳米实体来应对这些挑战。然而，要实现药物模块开发与递送的标准化，仍需更加精细的努力。特别是对于尚未进行药理学标准化的芳香成分，必须对ACEO（芳香植物精油）的药理学特性和组成成分进行标准化，以确认来自不同来源的各种油类所具有的单一或多种生物活性。为了验证各类油及其芳香成分在测试中所表现出的生物活性及其协同作用水平，应分别对主要芳香成分以及它们以不同比例与其他成分组合时的情况进行标准化。 因此，ACEO因其丰富的芳香成分而备受重视，在经济和医药领域均具有重要意义。这些芳香成分的价值不仅体现在感官特性上，更在于其作为化学实体在食品、香料、香精、化妆品及治疗等多领域应用中的功能优势。含有ACEO的材料市场预计将以指数级增长，因为消费者寻求安全高效的替代品，同时行业对精油领域也提出了更高、更优质的需求，以满足其在芳香精油及其相关成分方面多样化且品质更优的应用。 Mohammed, H. A., G. M. Sulaiman, A. Z. Al-Saffar, et al. 2025. “ Aromatic Volatile Compounds of Essential Oils: Distribution, Chemical Perspective, Biological Activity, and Clinical Applications.” Food Science & Nutrition 13, no. 9: e70825.  https://doi.org/10.1002/fsn3.70825.