山药多糖生物活性及作用机理研究进展

关倩倩，张文龙，杜方岭，刘丽娜，徐同成，李　华，宗爱珍

(1山东省农业科学院农产品研究所/山东省农产品精深加工技术重点实验室，济南　250100；2扬州大学旅游烹饪学院，江苏扬州　225127)

山药是薯蓣科植物薯蓣的根茎，主产于山东、山西、河南、河北等省，是我国的传统药食同源植物，其性平、味甘，具有补脾养胃、生津益肺、治疗消渴等功效[1]。现代研究发现，山药含有多糖、皂甙、糖蛋白、尿囊素等多种生物活性成分，其中山药多糖是公认的重要活性成分之一，具有多种生物学功效。国内外学者在山药多糖生理活性及作用机制方面做了大量研究工作，取得了丰富的成果。本文在查阅收集大量文献基础上，综述了近几年山药多糖的生理活性和作用机制的研究进展，以期为山药多糖的进一步研究开发提供参考。

1　免疫增强活性

免疫增强活性是多糖类物质的主要生物活性之一，目前已经有多种多糖类免疫增强剂作为辅助用药应用于临床，如香菇多糖、云芝多糖等[2]。研究证明，山药多糖具有显著的免疫增强活性。主要作用机制包括：(1)显著提高免疫抑制小鼠的脾脏指数，促进免疫器官的生长；(2)促进淋巴细胞的增殖，促进抗体生成，提高机体体液免疫水平；(3)促进机体细胞免疫水平。山药多糖增强巨噬细胞吞噬能力[3]，纳米山药多糖还可以显著提高IL-2和IFN-γ含量，使其恢复到正常水平[4]。研究证实，山药多糖可通过增强免疫，发挥抗肿瘤活性。RDPS-I在体内能显著地提高荷瘤小鼠的T淋巴细胞增殖能力和NK细胞活性，同时还能明显提高小鼠脾脏细胞产生IL-2的能力和腹腔巨噬细胞产生TNF-α的能力[5]。此外，硫酸化修饰能够提高小鼠免疫增强活性[6]。

2　抗病毒活性

已发现多种天然来源的多糖具有抗病毒和免疫促进作用[7-8]。这类多糖没有细胞毒性，而且药物质量通过化学手段容易控制。其抗病毒机制可分为两类：一类是直接抑制病毒附着细胞、进入细胞以及病毒在细胞中复制的某一步骤；另一类是调节机体免疫系统，增强抗病毒免疫反应[9]。多糖可以通过免疫调节起到抗病毒作用，包括激活巨噬细胞、网状内皮系统、补体，促进干扰素的生成，促进白细胞介素的生成，诱生肿瘤坏死因子等[10]。实验证明，山药多糖可以增强PK-15细胞抵抗PPV感染和清除PPV能力。山药多糖的这种作用效果与其浓度和醇沉浓度有关，山药多糖浓度越高则效果越好，而80%乙醇沉淀部分的增强细胞活性和抗PPV感染效果较60%、40%乙醇沉淀组分更好[11]。

3　保肝活性

肝损伤是一种常见疾病，无论是免疫性肝损伤还是化学性肝损伤都与氧化应激密切相关。实验证实，山药多糖对化学性肝损伤及免疫性肝损伤均具有一定的治疗作用。经山药多糖处理的小鼠的肝损伤程度明显轻于模型组。检测发现，山药多糖可显著降低肝损伤小鼠血清ALT 和AST 活性，降低MDA和NO、TNF-α含量，同时增加SOD、GSH-Px 活性和GSH 含量，其作用机制主要是抗氧化，减轻氧化应激损伤，改善和清除自由基，减轻炎症反应。孙延鹏等[12]发现，山药多糖对卡介苗(BCG)与脂多糖(LPS)诱导的小鼠免疫性肝损伤也有保护作用。具体作用机制与山药多糖提高GSH-Px活性、清除自由基有关。但免疫性肝损伤的机制比较复杂，山药多糖对免疫性肝损伤TNF-α、NO及其他细胞因子的影响尚需进一步研究。此外，山药多糖、维生素C可通过拮抗镉所致的毒性和氧化应激，预防性保护镉性小鼠肝损伤，二者联合使用具有协同效应，但是对于联合应用后的预防性保护镉致肝损伤的作用机制尚需进一步研究[13]。

4　胃粘膜保护作用

胃溃疡(bFGF)是一种促细胞分裂的肝素结合蛋白，可诱导多种细胞的增殖与分化。在消化系统领域，bFGF 具有促进结缔组织和新生微血管再生的作用[14-15]，成为影响溃疡愈合质量的重要因素之一。罗鼎天等[16]研究怀山药多糖对胃溃疡大鼠的影响时发现，怀山药多糖组大鼠溃疡指数显著低于模型组，提示怀山药多糖具有良好的胃黏膜保护作用；怀山药多糖组大鼠胃组织bFGF水平和bFGFR表达水平显著高于空白组与模型组，提示其作用机制可能与此相关。

5　抗氧化、抗突变活性

目前，针对山药多糖抗氧化活性方面的研究较多。山药多糖具有较好的抗氧化性，为安全天然食品抗氧化剂、免疫增强剂的开发提供了新来源，并为山药的综合开发利用奠定了基础。实验证明，山药多糖的还原力随着浓度的提高显著增强，对DPPH、OH-及O2-具有较强的清除能力，清除率分别可达到92.73%、84.72%、89.14%，并呈一定的剂量关系[17]。通过H2O2水解制备山药寡糖，当寡糖浓度为100g/mL时清除羟基自由基可达89.05%[18]。苗明三[19]发现怀山药粗多糖能明显提高血红细胞中 SOD 活力及血CAT活力，从而提高机体抗氧化活性。

山药多糖还可以通过抗氧化活性发挥防治老年痴呆症的作用。老年痴呆(AD)是一种慢性神经系统，尤其是脑退行性变性疾病，自由基损伤是比较公认的AD 发病病因之一。实验证明，山药多糖能显著提高痴呆模型小鼠脑系数、Na+-K+-ATP酶和Mg2+-ATP酶活性以及SOD和CAT活力；显著降低MDA含量[20]。山药多糖可通过增强脑组织ATP 酶活性和提高机体抗氧化能力发挥其防治AD 的作用，但其确切机制还需进一步研究。

抗突变就是指通过某些化学或食品成分有效降低细胞或生物体基因的突变[21]。有研究采用冷水提取山药粘液多糖，采用过氧化氢和抗坏血酸降解获得三种低分子量样品，并检测了其抗氧化和抗突变活性。本实验结果显示，山药粘液多糖或许可作为天然抗突变药物的候选物[22]。阚建全等[23]进行山药多糖的体外抗突变试验，发现抗突变作用主要是通过抑制突变物对菌株的致突变作用而实现的，但也不排除去突变作用。

6　降血糖作用

6.1　提高代谢酶活性

己糖激酶(HK)、琥珀酸脱氢酶(SDH)及苹果酸脱氢酶(MDH)是线粒体的标志酶，为三羧酸循环的关键酶，其活性的高低在糖分解过程中起着重要作用。既往研究证实，实验性糖尿病动物由于糖代谢紊乱造成血糖升高，而糖代谢相关酶HK 、MDH的活性显著降低[24]。

山药多糖对2型糖尿病大鼠糖代谢及关键酶己糖激酶(HK)、琥珀酸脱氢酶(SDH)及苹果酸脱氢酶(MDH)活性的影响，与糖尿病模型组比较，山药多糖显示明显的降血糖作用；山药多糖对2型糖尿病的治疗机制之一可能是山药多糖直接或间接地提高了糖代谢或关键酶的酶活性。

6.2　增加胰岛素敏感性、改善胰岛素信号转导通路

山药多糖对2 型糖尿病大鼠的治疗作用机制可能与提高糖尿病大鼠肾组织中InsR、IRS-1、PI-3K水平，增加组织对胰岛素的敏感性，改善胰岛素信号传导有关。血清中胰岛素和胰高血糖素水平的变化结果表明，山药多糖具有保护和修复胰岛细胞的作用，同时能够降低血清中胰高血糖素水平，抑制糖尿病可能的发病机制[25-26]，而且其效果优于纯西药降糖制剂。同时，山药多糖提高了糖尿病模型大鼠肾组织InsR、IRS-1 和PI-3K水平，增强了PI-3K信号传导通路，增加了组织对胰岛素的敏感性，改善了胰岛素信号传导。

赵长英等[27]研究山药多糖对糖尿病小鼠的影响时发现，山药多糖剂量组与模型组在降低糖尿病小鼠血糖、控制体重减轻、提高糖耐受量方面有显著性差异；与阳性对照组无显著差异；各剂量组与空白对照组比较，在预防血糖升高、控制体重减轻方面有显著性差异。表明山药多糖可显著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖，且预防给药能对抗四氧嘧啶引起的小鼠血糖升高，其作用机制可能与增加胰岛素敏感性、改善受损胰岛β细胞有关。

6.3　抗凋亡、提高胰岛细胞活力、改善胰岛素分泌

采用链脲佐菌素(STZ)腹腔注射的方法复制2 型糖尿病大鼠模型，用山药多糖干预治疗4w，检测血清胰岛素及胰高血糖素、肾组织胰岛素受体(InsR)、胰岛素受体底物-l(IRS-l)、磷酯酰肌醇3 激酶(PI-3K)的表达水平。结果显示，山药多糖可显著升高模型大鼠胰岛素水平，显著降低胰高血糖素水平，显著升高模型大鼠肾组织InsR、IRS-1、PI-3K表达水平。

山药多糖能增强胰岛分泌胰岛素的功能，降低四氧嘧啶致使的糖尿病大鼠血糖，在糖尿病的防治中有较大作用。何云等[28]观察山药多糖对四氧嘧啶诱导的糖尿病大鼠胰岛素以及血小板数的影响时发现，与正常对照组比较，模型对照组的血清胰岛素水平显著降低，说明四氧嘧啶破坏了胰岛细胞，使其分泌胰岛素的功能下降。而山药多糖各剂量组胰岛素水平与模型对照组相比显著升高，说明山药多糖具有保护胰岛细胞免受破坏或修复受损胰岛素细胞的作用。

实验证明，山药多糖对于糖尿病动物具有明显的降糖作用[29]，其降糖机理可能是通过保护糖尿病大鼠的胰岛细胞来实现的[30]。杨宏莉等[31]通过四甲基偶氮唑盐(MTT)法检测胰岛β细胞活性，同时以反转录-聚合酶链式反应(RT-PCR)检测胰岛细胞的抗凋亡基因bcl-2的表达，RT-PCR发现实验组的bcl-2表达显著高于对照组。800mg/L 山药多糖明显提高胰岛细胞的存活率，改善胰岛功能。

7　调节胃肠道功能

李雪欣等[32]研究发现，纳米山药多糖结肠靶向微生态调节剂能够恢复肠道菌群失调模型大鼠的血管活性肠肽、胃动素、生长抑素和P物质4种胃肠激素的正常水平，具有调节胃肠道动力、促使胃肠道的正常收缩和改善胃肠道对水和电解质运输的能力。

此外，山药多糖还可以调节肠道菌群。长期灌胃山药多糖可以抑制肠杆菌与肠球菌的菌群数量，促进益生菌双歧杆菌和乳酸杆菌的增殖。高启禹等[33]分析山药多糖对昆明种小鼠的生长性能及盲结肠乳酸杆菌、双歧杆菌、肠杆菌及肠球菌的影响时发现，长期灌胃山药多糖对小鼠的生长性能和肠道菌群有显著影响。

山药是卫生部认定的药食兼用植物，具有极高的营养价值与医疗保健作用。而山药多糖是其主要的活性成分之一，对人体有免疫增强活性、抗病毒活性、保肝活性、抗氧化活性等多种功效。目前对山药多糖的研究主要集中在提取制备、分离纯化以及生理活性方面，而对其发挥作用的机制研究不够深入，需对山药多糖作用机制进一步研究，为开发山药多糖产品提供科学依据。◇

[1]国家药典委员会.中华人民共和国药典一部[M]. 北京：化学工业出版社，2015：28-29.

[2]宗爱珍.动物多糖抗肿瘤活性研究进展[A]. 中国药学会生化与生物技术药物专业委员会.中国药学会全国多糖类药物研究与应用研讨会论文集[C].中国药学会生化与生物技术药物专业委员会，2008：4.

[3]徐增莱，汪琼，赵猛，等.淮山药多糖的免疫调节作用研究[J]. 时珍国医国药，2007，18(5)：1040-1041.

[4]徐新，于莲，马淑霞，等.纳米山药多糖对大鼠免疫器官及巨噬细胞吞噬功能的影响[J]. 中国微生态学杂志，2014，26(12)：1376-1378.

[5]赵国华，陈宗道，李志孝，等.山药多糖对荷瘤小鼠免疫功能的影响[J]. 营养学报，2003，25(1)：110-112.

[6]王华立.山药多糖及其硫酸化衍生物的抗病毒和增强免疫活性的比较[D].南京农业大学，2011.

[7]刘春兰，周宜君，刘海青，等.植物多糖的生物活性及其应用前景[J].中央民族大学学报，2004，13(2)：159-163.

[8]刘钟杰主编.中兽医学[M].北京：中国农业出版社，2003：147-153.

[9]邱妍，董发明，胡梅，等.四种中药多糖对新城疫病毒感染细胞能力的影响[J]. 中兽医学杂志，2008(5)：3-6.

[10]韩果萍，等.我国天然活性多糖药理研究进展[J].中药材，2003，26(2)：139-142.

[11]马霞，刘永录，李利红，等.山药多糖对PK-15细胞抗细小病毒感染能力的影响[J]. 郑州牧业工程高等专科学校学报，2013，33(4)：6-8.

[12]孙延鹏，李露露，刘震坤，等.山药多糖对小鼠免疫性肝损伤的保护作用[J]. 华西药学杂志，2010，25(1)：26-28.

[13]张红梅，镇卫国，孙设宗，等.山药多糖、维生素C对镉致小鼠肝损伤的预防性保护作用[J]. 湖北医药学院学报，2015(1)：55-57、62.

[14]Jones MK，Tomikawa M，Mohajer B，et al.Gastrointestinal mucosal regeneration：role of growth factors[J]. Front Biosci，1999，4：D303-309.

[15]Akiba Y，Nakamura M，Oda M，et al.Basic fibroblast growth factor increases constitutivenitric oxide synthase during healing of rat gastric ulcers[J]. J Clin Gastroenterol，1997，25(Suppl)：S122-128.

[16]罗鼎天，陆其明，杨志宏，等.怀山药多糖对大鼠胃溃疡的疗效及胃组织碱性成纤维细胞生长因子水平的影响[J]. 中国中西医结合消化杂志，2014，22(10)：574-576.

[17]许效群，刘志芳，霍乃蕊，等.山药多糖的体外抗氧化活性及对正常小鼠的免疫增强作用[J]. 中国粮油学报，2012，27(7)：42-46、51.

[18]Yi-Feng Chen，Qin Zhu，Sheng-jun Wu.Preparation of oligosaccharides from Chinese yam and their antioxidant activity[J]. Food Chemistry，2015，173：1107-1110.

[19]苗明三.怀山药多糖抗氧化作用研究[J]. 中国医药学报，1997，12 (2)：22-23.

[20]钟灵，王振富.山药多糖对老年性痴呆小鼠抗氧化能力的影响[J]. 中国应用生理学杂志，2015，31(1)：42-43、48.

[21]Kokotkiewicz A，Luczkiewicz M.Honeybush (Cyclopia sp)2 A rich source of compounds with high antimutagenic properties[J]. Fitoterapia，2009，80(1)：3-11.

[22]Zhang Z，Wang X，Mo X，et al.The degradation，antioxidant and antimutagenic activity of the mucilage polysaccharide from Dioscorea opposite[J]. Carbohydrate polymers，2016，150：227-231.

[23]阚建全，王雅茜，陈宗道.山药活性多糖抗突变作用的体外实验研究[J]. 营养学报，2001，21 (1)：76-78.

[24]杨宏莉，张宏馨，李兰会，等.山药多糖对2型糖尿病大鼠HK SDH及MDH活性的影响[J]. 辽宁中医药大学学报，2010(12)：38-39.

[25]王东伟，于志文，毛腾淑，等.糖尿病病人胰高血糖素水平变化及其临床意义[J].北京医科大学学报，1993，25(6)：409.

[26]Unger RH.Role of glucagon in the pathogenesis of diabetes：the status of the controversy[J].Metabolism，1987，27(11)：1691-1709.

[27]赵长英，朱伟，胡琼丹，等.山药多糖对实验性糖尿病小鼠的治疗及预防作用[J]. 深圳中西医结合杂志，2011，21(3)：133-135.

[28]何云，戚玉敏，刘景升，等.山药多糖对糖尿病大鼠胰岛素及血小板数的影响[J]. 河北北方学院学报(医学版)，2009，26(1)：29-31.

[29]何云.山药多糖降血糖作用的实验研究[J].华北煤炭医学院学报，2008，10(4)：448-449.

[30]张忠泉，陈百泉，许启泰.山药多糖对大鼠血糖及胰岛释放影响的研究[J]. 上海中医药杂志，2003，37(10)：52-53.

[31]杨宏莉，张宏馨，李兰会，等.山药多糖对2型糖尿病大鼠降糖机理的研究[J]. 河北农业大学学报，2010，33(3)：100-103.

[32]李雪欣，于莲，胡孟洋，等.纳米山药多糖结肠靶向微生态调节剂对菌群失调大鼠胃肠激素的影响[J]. 中国微生态学杂志，2016，28(3)：253-255、258.

[33]高启禹，赵英政，张凌波，等.山药多糖对昆明种小鼠生长性能及肠道菌群的影响[J]. 中国老年学杂志，2015(20)：5685-5687.