山藥功能性成分及藥理作用研究進(jìn)展

潘景芝，孟慶龍，崔文玉，朱雙杰

（1.滁州學(xué)院博士后工作站，安徽滁州 239000；2.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，吉林長春 130052；3.合肥工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，安徽合肥 230009；4.長春市傳染病醫(yī)院國家中醫(yī)藥管理局中醫(yī)藥防治傳染病重點(diǎn)研究室，吉林長春 130123；5.滁州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，安徽滁州 239000）

藥食同源植物山藥為薯蕷科薯蕷屬草質(zhì)藤本植物薯蕷（Dioscorea oppositaThunb）的干燥根莖[1]，別名土薯、山薯、玉延等，其以糯香可口的風(fēng)味和穩(wěn)定的保健功效一直受到人們的青睞。在我國夏商時期便有種植，明清之后作為藥材應(yīng)用，且《神農(nóng)本草經(jīng)》和《本草綱目》中均將其列為上品，主要分布于中國華北、西北以及長江流域的湖南、江西等地區(qū)[2]。藥味甘，性平，歸脾、肺、腎經(jīng)，具有“補(bǔ)脾養(yǎng)胃，生津益肺，補(bǔ)腎澀精”功效[3]。山藥作為傳統(tǒng)藥食同源材料，在我國具有數(shù)千年的食用歷史，隨著人民生活水平的不斷提升，其作為健康食品的重要原料備受青睞。近年來，隨著山藥在糖尿病和癌癥等疾病臨床治療中的應(yīng)用，國內(nèi)外學(xué)者對于山藥功能性成分及藥理作用的研究不斷深入[4-5]。本文通過對近年來山藥多糖類、皂苷類、多酚類、脂肪酸、蛋白質(zhì)和氨基酸、微量元素等功能性成分，以及山藥免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及調(diào)脾胃等藥理作用的最新研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，以期拓寬山藥在多領(lǐng)域、多行業(yè)中的應(yīng)用范圍，剖析功能性成分與藥效間的相互關(guān)系，為山藥功能性食品的開發(fā)和利用提供參考。

1 功能性成分

山藥中不僅含有豐富的營養(yǎng)成分，還含有多種功能活性成分，如多糖類、皂苷類、多酚類、脂肪酸、蛋白質(zhì)、氨基酸和微量元素等。

1.1 多糖類成分

多糖作為山藥重要的功能性成分，是山藥發(fā)揮藥理作用的活性成分之一[6-8]。由于多糖類成分的復(fù)雜性，山藥多糖的結(jié)構(gòu)分析仍處于探索階段，尚不明確。近年來，山藥多糖的研究大部分以一級結(jié)構(gòu)為主，即分子量、單糖組分、殘基連接位置、糖苷鍵構(gòu)型等方面。在對懷山藥多糖的提取中，采用水提法分離出一種水溶性多糖DOTP-B[9]；另有研究采用熱水法浸提[10]，聯(lián)合氣相色譜/質(zhì)譜（GC/MS）、傅立葉紅外光譜儀、多角度激光光散射儀（MALLS）和核磁共振技術(shù)等對懷山藥多糖結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步表征分析，結(jié)果表明，山藥多糖中主要單糖成分為葡萄糖84.5%、木糖 11.4%、半乳糖 2.3% 和阿拉伯糖 1.4%。Ma 等[11]對山藥黏液多糖（DOMP）的研究表明，葡萄糖和蛋白質(zhì)含量分別為11.05%和13.39%，平均分子量為9062 Da。同時，部分研究通過現(xiàn)代光譜技術(shù)與甲基化實驗方法對山藥多糖的主鏈構(gòu)象二級結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解析。Zhang等[12]采用熱水法提取山藥根莖中的粗多糖DOP，并采用甲基化和NMR光譜分析了新型多糖DOP0.1-S-1的結(jié)構(gòu)特征。鐵棍山藥純多糖組分CYP-A是不含核酸和蛋白的均一多糖，且存在多股螺旋構(gòu)象[13]。表1對近年來山藥多糖類成分的研究報道進(jìn)行了概括。

1.2 皂苷類

皂苷類成分既是藥食同源植物山藥中的營養(yǎng)成分，也是其重要的功能性化合物[14-15]。在已發(fā)現(xiàn)的山藥活性成分中，皂苷類約占50%以上[16-17]。Xue等[18]從山藥中分離得到了9種新的呋喃甾烷醇皂苷（如表2所示）和11種甾體皂苷。山藥不同品種皂苷類成分含量也存在一定差異。Nan等[19]通過比較分析瑞昌山藥、鐵棍山藥、龍巖山藥和安源山藥的營養(yǎng)和藥用特性，在龍巖山藥和安源山藥未檢測到薯蕷皂苷，而瑞昌山藥和鐵棍山藥中薯蕷皂苷含量較高。

表 1 山藥多糖類成分單糖組分及結(jié)構(gòu)特征Table 1 Monosaccharide components and structural characteristics of polysaccharides in Chinese yam

表 2 山藥中的呋喃甾烷醇皂苷成分Table 2 Furostanol steroid saponins components in Chinese yam

1.3 多酚類

多酚類化合物是一類含有一個或多個羥基取代基的植物化合物，是廣泛存在于植物體內(nèi)的重要二級芳香代謝物[20-21]。山藥多酚類化合物以其豐富的生物學(xué)功能受到廣大學(xué)者的關(guān)注[22-23]。Chaniad等[24]從山藥豆中分離出11種具有抗氧化潛力的物質(zhì)，其中7種屬于多酚類。Ngan等[25]從廣山藥中分離出三種新的多酚類化合物，結(jié)構(gòu)如表3所示。

表 3 山藥中的多酚類成分Table 3 Polyphenols components in Chinese yam

1.4 脂肪酸

山藥中富含多種脂肪酸，對人體健康十分有益[26]，其中包括亞油酸、亞麻酸等人體必需的不飽和脂肪酸（如表4所示）。山藥還能夠促進(jìn)機(jī)體內(nèi)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生。Zhang等[27]結(jié)果表明，山藥能夠提高抗生素相關(guān)性腹瀉小鼠體內(nèi)短鏈脂肪酸水平。劉露等[28]研究發(fā)現(xiàn)，山藥低聚糖在模擬結(jié)腸環(huán)境中被乳酸菌作為碳源利用，能夠產(chǎn)生對人體健康產(chǎn)生積極作用的短鏈脂肪酸（如乳酸、乙酸和丙酸等）。

表 4 山藥中脂肪酸成分Table 4 Fatty acid components in Chinese yam

1.5 蛋白質(zhì)和氨基酸

山藥中還富含各類蛋白質(zhì)和氨基酸，且必需氨基酸種類齊全，營養(yǎng)價值較高[29]。Li等[30]對山藥主要糖蛋白30CYGP N-聚糖型的組成進(jìn)行分析，結(jié)果共觀察到6個30CYGP N-聚糖，其中3個用木糖修飾，3個用木糖和巖藻糖修飾。羅海玲等[31]采用蛋白質(zhì)雙向電泳技術(shù)，比較分析了山藥塊莖不同發(fā)育過程中，物質(zhì)積累相關(guān)的關(guān)鍵蛋白的變化情況，結(jié)果表明，不同發(fā)育時期共有179個蛋白發(fā)生明顯變化，對其中差異較大的52個蛋白點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)譜鑒定，31個差異表達(dá)的蛋白被鑒定，且主要是與糖代謝和淀粉合成有關(guān)的酶。蔣方程等[32]比較研究蘄春山藥、鐵棍山藥和淮山藥不同品種氨基酸的含量，結(jié)果表明，蘄春山藥中氨基酸總量最高，必需氨基酸占比最高，且組氨酸的含量也最高，同時該三種山藥中均未檢出色氨酸。

1.6 微量元素

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和中醫(yī)理論的不斷完善，微量元素在藥材治療和藥效中的補(bǔ)充與調(diào)節(jié)作用已引起了許多學(xué)者的關(guān)注[33]。Chen等[34]比較分析不同產(chǎn)地山藥微量元素含量，結(jié)果表明，與連江產(chǎn)山藥相比，河南產(chǎn)山藥微量元素Fe和Mn的含量明顯提高，分別達(dá)到1.6和3.0倍。康艷萍[35]采用火焰原子吸收光譜法測得山藥中富含Zn、Cu、Co、Mn等元素。蔣方程等[32]對蘄春山藥、鐵棍山藥和淮山藥三種不同山藥品種微量元素的含量進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，蘄春山藥中Fe、Cu、Co含量最高，鐵棍山藥中Zn含量最高，淮山藥中Fe含量最低。

1.7 其他

尿囊素是尿酸的衍生物，分子式為C4H6N4O3，其作為咪唑類雜環(huán)化合物，也是山藥質(zhì)量控制的重要指標(biāo)之一[36]。楊靜等[37]從懷山藥中分離得到豐富的植物甾醇類物質(zhì)，包括菜油甾醇、豆甾醇和谷甾醇等。馮文明等[38]從山藥中分離出山藥庚酮A等8個二苯基庚烷類化合物。

2 藥理活性

近年來，山藥多種藥理活性，如免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及調(diào)脾胃等受到國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。

2.1 免疫調(diào)節(jié)作用

山藥中多種功能性成分不僅能夠提高非特異性免疫功能，對特異性免疫功能也可以起到增強(qiáng)作用[39-41]。樊乃境等[42]研究表明山藥蛋白肽可以通過促進(jìn)免疫能力低下小鼠的中樞和外周免疫器官的發(fā)育、改善機(jī)體免疫細(xì)胞狀態(tài)、調(diào)節(jié)體內(nèi)免疫活性物質(zhì)的分泌表達(dá)，提高機(jī)體免疫能力，發(fā)揮其免疫活性。Niu等[43]也通過體內(nèi)和體外實驗研究，驗證了山藥糖蛋白（DOT）可以作為免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行開發(fā)的觀點(diǎn)。山藥的免疫調(diào)節(jié)作用與劑量呈現(xiàn)出一定的依賴性。Hao等[44]探討分析山藥水溶性多糖（WYPs）在小鼠模型體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)的潛力，結(jié)果表明，WYPs能夠明顯增強(qiáng)小鼠模型的免疫狀態(tài)，并呈現(xiàn)劑量依賴性，可以作為免疫調(diào)節(jié)功能性食品的潛在成分進(jìn)行開發(fā)。徐俊杰等[45]探究了不同劑量的山藥多糖對低強(qiáng)度連續(xù)微波輻射致小鼠免疫系統(tǒng)功能損傷的保護(hù)作用及其免疫機(jī)制。與其他中藥相比，山藥表現(xiàn)出較好的免疫調(diào)節(jié)效果。高長曌等[46]通過比較淮山藥、薏米、蒲公英、酸棗仁等四種藥食同源常見中藥的免疫功能發(fā)現(xiàn)，淮山藥能夠促進(jìn)免疫抑制小鼠脾臟指數(shù)恢復(fù)，提供吞噬細(xì)胞功能。Wang等[47]研究發(fā)現(xiàn)，山藥提取物（16%薯蕷皂苷元和10%多糖）能夠增強(qiáng)虹鱒魚的刺激免疫調(diào)節(jié)作用。趙偉鑫等[48]研究發(fā)現(xiàn)，山藥多糖能夠提高斷奶仔豬機(jī)體免疫性能，改善仔豬腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)消化酶活性，有利于豬用綠色中草藥飼料添加劑的開發(fā)。表5對近年來山藥功能性成分免疫調(diào)節(jié)作用的報道進(jìn)行了概括。

2.2 抗腫瘤作用

山藥及其葉部對不同腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出調(diào)節(jié)細(xì)胞通路關(guān)鍵基因、抗細(xì)胞增殖等作用[49]。孫雯雯等[50]比較分析山藥提取物（含總多糖324.90 mg/g）聯(lián)合樹突狀細(xì)胞-細(xì)胞因子誘導(dǎo)的殺傷細(xì)胞（DC-CIK）對結(jié)腸癌HT29細(xì)胞干細(xì)胞荷瘤裸鼠的治療效果，結(jié)果表明，聯(lián)合治療組PI3K/Akt通路中關(guān)鍵基因PI3KR1，Wnt/β-catenin通路中關(guān)鍵基因Wnt1，Notch通路中關(guān)鍵基因Notch1的mRNA表達(dá)均有所下調(diào)，即聯(lián)合治療組抑瘤效果最佳。譚輝等[51]的研究結(jié)果表明，紫山藥花青素各劑量組對HepG2肝癌細(xì)胞，MDAMB-231乳腺癌細(xì)胞增殖均有一定的抑制作用，且細(xì)胞抑制率呈現(xiàn)藥物濃度、作用時間依賴性。周麗等[52]研究表明，淮山藥葉乙醇提取物（主要含黃酮和皂苷類物質(zhì)）對腫瘤細(xì)胞HUVEC、A549、MCF-7和SW480均顯示出較強(qiáng)的抑制活性作用，且量效關(guān)系明顯。另外，山藥還能夠通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)，增加能量補(bǔ)給等途徑改善癌癥相關(guān)機(jī)體的疲勞狀況。Wang等[53]選用癌癥相關(guān)小鼠研究山藥多糖（CYP）的抗疲勞活性，結(jié)果表明，CYP增加了小鼠力竭游泳時間，腓腸肌的ATP含量，降低了肌肉中IL-1β、MDA、BUN和LDH的水平，并上調(diào)了SOD活性。

表 5 山藥功能性成分的免疫調(diào)節(jié)作用Table 5 Immunomodulatory effects of functional components from Chinese yam

2.3 抗氧化作用

山藥中多種功能性成分均具有抗氧化作用[54-56]，其中以山藥多糖類成分抗氧化作用的研究相對較多。在山藥多糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物（DOP-MRP）抗氧化作用的評價研究中，通過測定對羥自由基（HRS）、DPPH自由基清除和鐵離子還原（FRAP）等作用，得到DOP-MRP抗氧化活性較高，即能夠提供更多氫原子以穩(wěn)定自由基[57]。陳建雙等[58]的研究結(jié)果表明，山藥多糖的DPPH自由基清除率和羥自由基清除率明顯高于水提物。王靜等[59]研究發(fā)現(xiàn)，山藥多糖通過提高細(xì)胞抗氧化能力，抑制細(xì)胞的氧化應(yīng)激，抑制生物大分子氧化損傷，從而有效保護(hù)丙烯胺誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞氧化損傷。與此同時，山藥多酚類成分的抗氧化作用也引起了學(xué)者們的重視。孟永海等[60]的研究結(jié)果表明，山藥總多酚提取物對DPPH自由基和ABST自由基均表現(xiàn)出較好的清除能力，且對Fe3+的還原能力也較強(qiáng)。

2.4 抗衰老作用

在全球老齡化嚴(yán)重趨勢下，進(jìn)一步提高老齡人群生活質(zhì)量，延緩衰老已成為全球?qū)W者的研究熱點(diǎn)之一[61]。山藥作為傳統(tǒng)藥食同源中藥，其抗衰老功效的探索也受到一定青睞[62]。通過對D-半乳糖誘導(dǎo)衰老動物模型的研究，一方面，山藥多糖能夠增強(qiáng)實驗動物的學(xué)習(xí)能力，減輕實驗動物的空間記憶障礙，且其抗衰老作用可能是通過修復(fù)器官功能[63]，提高klotho基因在實驗動物體內(nèi)的表達(dá)來實現(xiàn)[63-64]；另一方面，紫山藥多糖能夠顯著提高D-半乳糖衰老模型大鼠肝、腦中T-AOC、GSH-Px活力、GSH含量，降低過氧化產(chǎn)物MDA含量，從而發(fā)揮抗大鼠肝、腦衰老損傷的作用，其機(jī)理可能與p53/p21信號通路有關(guān)[65]。

2.5 降血糖作用

近年來，糖尿病（DM）已成為一種病因復(fù)雜的常見病，患病率在世界范圍內(nèi)不斷增加，因此糖尿病患者的早期發(fā)現(xiàn)及飲食管理變得十分重要[66]。山藥不僅對糖尿病模型動物顯示出較好的降糖作用[67]，還能夠減輕肥胖糖尿病腎病模型動物的體重，改善其腎功能，對腸道微生態(tài)菌群有所調(diào)節(jié)，且作用效果呈劑量依賴性[68]。趙磊等[69]對南瓜、山藥、葛根和桑葉配方提取物研究發(fā)現(xiàn)，其通過改善ICR小鼠糖代謝、脂代謝以及氧化應(yīng)激等代謝途徑，能夠預(yù)防小鼠高脂高糖誘導(dǎo)形成糖調(diào)節(jié)受損（IGR）。山藥還能夠在降糖的同時對微量元素起到補(bǔ)給的作用。Zhang等[70]研究發(fā)現(xiàn)，山藥多糖-鋅包合物對糖尿病大鼠具有強(qiáng)效降血糖作用，降低葡萄糖和胰島素水平，降低丙二醛含量，增加肝臟內(nèi)SOD和T-AOC活性，因而山藥多糖-鋅包合物可以開發(fā)為具有降糖作用的鋅補(bǔ)充劑功能食品。

2.6 降血脂作用

近年來，流行病學(xué)和實驗研究均表明，飲食調(diào)節(jié)在膽固醇穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起著重要作用[71]。Uthirapathy等[72]研究發(fā)現(xiàn)，山藥塊莖的乙醇提取物對于高脂飲食誘導(dǎo)的高脂血癥模型動物，能夠明顯降低膽固醇和低密度脂蛋白水平，從而表現(xiàn)出較好的降血脂效果。雷艷等[73]的研究結(jié)果表明，決明子山藥黃豆復(fù)配能夠降低SD大鼠高脂飲食誘發(fā)的高脂血癥，相關(guān)指標(biāo)明顯改善。

2.7 脾胃調(diào)節(jié)作用

山藥可以增加大鼠的體重，增強(qiáng)大鼠胃腸蠕動，改善胃腸功能，從而改善脾虛癥狀，達(dá)到健脾益胃的目的[74]。山藥多糖對小鼠肝缺血再灌注損傷中的脾臟組織損傷具有保護(hù)作用[75]。王巧俐等[76]采用山藥芝麻糊對習(xí)慣性便秘脾肺氣虛型患者進(jìn)行治療，結(jié)果患者癥狀量化總積分和中醫(yī)證候量化積分均明顯降低，且無明顯不良反應(yīng)。

2.8 其他作用

山藥還具有多種改善機(jī)體健康狀況的特殊作用[77]。Zhong等[78]通過對山藥薯蕷皂苷的研究發(fā)現(xiàn)，其能夠有效降低糖尿病腎病大鼠胰腺損傷、腎功能標(biāo)志物和腎臟病例變化。高子涵等[79]研究表明，山藥多糖對糖尿病腎病小鼠腎功能具有一定的保護(hù)作用，其機(jī)制可與抑制高糖激活的糖醛還原酶AR/P38MAPK/CREB信號通路有關(guān)。

3 結(jié)語與展望

目前，對于山藥功能性成分的研究主要集中在多糖等大分子物質(zhì)上，但由于大分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和分子質(zhì)量的分散性，為其分子結(jié)構(gòu)與藥理活性之間關(guān)系的明確帶來了困難。現(xiàn)代藥理研究證實，山藥具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及調(diào)脾胃等多種藥理活性，充分展示了山藥在醫(yī)藥、保健品和食品等多領(lǐng)域的功能特性。

對于山藥功能性成分的研究仍存在以下需要解決的問題：首先，上述藥理作用主要集中在體外細(xì)胞和體內(nèi)動物模型實驗，下一步應(yīng)加強(qiáng)山藥功能性成分的分離，并適當(dāng)開展臨床實驗，深入探析山藥對人體健康的調(diào)節(jié)作用機(jī)制及其安全性，為其推廣應(yīng)用提供重要保障；其次，進(jìn)一步明確山藥功能性成分與藥理活性的構(gòu)效與量效關(guān)系，及其作用的分子機(jī)制，為山藥功能性食品和保健藥品的精準(zhǔn)開發(fā)利用提供參考。今后可以在傳統(tǒng)分析方法創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，深入解析山藥功能性物質(zhì)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化山藥小分子化合物的分離鑒定，豐富其功能性成分的種類。另外，也可以從功能性成分結(jié)構(gòu)與藥理活性之間的作用規(guī)律，探究山藥更多功能活性，為相關(guān)功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

山藥作為藥食同源的功能性食品，還存在很多亟待深入系統(tǒng)研究的問題，為其食用、保健藥用的安全性提供保障。因此，充分挖掘山藥各類功能性物質(zhì)成分，重視山藥下游功能性產(chǎn)品的開發(fā)，使其在功能性食品和保健藥品等行業(yè)發(fā)揮應(yīng)有的作用。