山药活性成分药理作用研究进展

杨 雁，孙羽灵，2，孙建梅，唐宗湘*

（1.南京中医药大学医学院·整合医学学院，江苏 南京 210023；2.东部战区总医院药品科，江苏 南京 210002）

山药属于薯蓣科薯蓣属（Dioscorea oppositaThunb.）植物，其块茎中含有丰富的营养成分，如粘多糖、薯蓣皂苷、矿物质等。山药具有补脾养胃、生津益肺、补肾涩精的功效，用于脾虚食少、久泻不止、肺虚喘咳、肾虚遗精、带下、尿频、虚热清渴等症，在传统中药方剂中使用较为广泛［1］。《本草纲目》记载，山药“益肾气、健脾胃、止泻痢、化痰延，润皮毛”。《神农本草经》中记载，山药“补中、益气力、长肌肉”。传统中药中的经典名方六味地黄丸，四妙丸，参苓白术散等方剂中均含有山药。

山药中含有丰富的皂苷，能防止冠心病和脂肪肝的发生，由有止咳、祛痰、脱敏，修复病变组织等作用。山药粘液中的多糖可刺激和调节人体免疫系统，能使被抑制的细胞免疫功能部分或全部恢复。山药中的多巴胺能扩张血管，改善血液循环，淀粉酶能促进食物中淀粉的分解，增强机体的消化与吸收功能，是身体虚弱、食欲不振、消化不良、糖尿病等多种疾病患者的营养补品。此外，山药中的微量元素对防治糖尿病及其并发症发生有积极的意义［2］。

1 山药中的抗炎成分

山药作为药食两用的经济作物，富含多种营养成分，包括皂苷类、多糖类、微生物、淀粉、蛋白、矿物元素、尿囊素等。不同种类的成分在免疫调节、抗氧化、保护心肌细胞、肾脏功能等方面发挥着重要作用。

1.1 山药多糖

多糖是山药活性的主要成分，具有抗炎、调节免疫、降血糖血脂、抗肿瘤、抗氧化、抑菌等多种生物学功能［3］。铁棍山药中提取的多糖成分可以有效清除体外的自由基，延缓共轭二烯的形成，抑制低密度脂蛋白的氧化进程［4］。硫酸酯化的山药多糖的抗氧化活性优于天然山药多糖［5］。铁棍山药多糖能够减轻酒精导致的肝细胞损伤，有较好的解酒保肝的功效［6］。山药多糖广泛应用于食品、药品及保健品，主要集中在抗氧化剂、免疫调节剂、保鲜剂、乳化剂及肠道微生态调节剂等多个领域。

1.2 皂苷类

山药中的皂苷含量较为丰富，薯蓣皂苷具有降尿酸、免疫调节、抗氧化、肾脏保护等多种生理功能。山药中的皂苷提取方法主要是紫外-可见分光光度法，超声提取，酶法等，热回流提取法可以显著提高山药皮中皂苷的含量［7］。王彦平等利用酶法（纤维素酶和果胶酶）提取山药皮中的薯蓣皂苷，在体外抗氧化实验中，能够降低1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（2，2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和羟基自由基的功能，表现出明显的抗氧化能力［8］。此外，黄山药总皂苷可以通过升高沉默信息调节因子（Silent mating type information regulation 2 homolog-3，SIRT3）和调节氧化应激作用，对晚期糖基化产物诱导的心肌细胞老化起到保护作用［9］。

1.3 山药蛋白

山药中含有丰富的蛋白质，主要是黏液蛋白，其结构比较复杂，是山药化学和药理学研究的热点。山药黏蛋白具有抗氧化、免疫调节、抗肿瘤、抗衰老、预防心血管疾病等重要作用。山药黏蛋白的提取方法多样，包括碱溶法、水提醇沉等，此外酶解絮凝法也可以有效提高黏蛋白的得率［10，11］。山药蛋白肽可以通过激活免疫系统中的免疫活性物质，及调节免疫细胞、免疫器官的功能，增强机体的免疫能力［12］。除此之外，山药中的糖蛋白在免疫调节、抗氧化等方面也发挥着重要的作用。

1.4 维生素

维生素是人体内的一类维持和调节正常代谢的重要物质，许多维生素是辅酶的重要组成部分。维生素C 可以起到预防和治疗坏血病的作用，山药含有丰富的维生素C。不同来源的山药维生素C 的含量差别较大。其中细毛山药维生素C 的含量为0.07%，而铁棍山药维生素C 的含量为0.05%，鸡皮山药中维生素C 的含量最低为0.03%［13］。陈阳等统计了不同地区山药块茎中维生素C 含量分布在75～174 mg/kg 不等［14］。除维生素C 外，山药中也含有丰富的维生素B 类（维生素B1，维生素B2）及维生素E。维生素B 类物质在维持机体的正常新陈代谢及神经系统生理功能方面发挥重要作用。维生素E 亦称为生育酚，是体内重要的抗氧化剂。山药作为药食同源的作物，可以提供多种维生素，减少维生素缺乏引起的相关疾病发生。

1.5 氨基酸

不同产地的山药成分类型基本一致，含有丰富的蛋白质、淀粉、多糖和18种氨基酸（包括人体必需的8 种氨基酸）。陈燕等分析了淮山药中各种氨基酸的组成，其中人体必需氨基酸总量为1.91%，占总氨基酸含量的25.32%［15］。铁棍山药中氨基酸含量较多，为0.456%，显著高于还原糖和维生素C 的含量［13］。不同山药品种间氨基酸含量差异较大。张丽梅等比较了7 个山药品种的氨基酸含量及组成，总氨基酸的质量分数分布在2.86%～6.64%［16］。山药中氨基酸含量丰富，种类繁多，不同产地山药基本包含人体必需的8种氨基酸。

1.6 其他成分

山药作为药食同源的植物，也含有丰富的脂肪酸，据统计山药中共含有27种脂肪酸，其中包含9种不饱和脂肪酸，主要为油酸、亚油酸、亚麻酸［17］。此外，山药中也含有多种钙、铁、锌、硒等微量元素，保证人体的营养吸收、生长发育及增强人体免疫力。

2 山药的药理学机制

2.1 抗炎作用

炎症反应是机体受到伤害性刺激时产生的一种自我防护机制。炎症反应尤其是慢性炎症反应严重影响患者的健康与生活，如临床上常见的慢性肾炎、风湿性关节炎、肠炎等。山药作为药食两用的作物，可以有效的缓解炎症反应。李哲等对山药多糖的功能研究显示，关节腔注射山药多糖可明显降低兔膝关节液中的炎性因子白细胞介素6（Interleukin-6，IL-6）、白细胞介素1β（Interleukin-1β，IL-1β）和肿瘤坏死因子（Tumor necrosis factor，TNF-α）的表达，并能有效抑制关节软骨中基质金属蛋白酶-13（Matrix metalloproteinase-13，MMP-13）表达，抑制关节软骨胶原的降解，促进转化生长因子-β1（Transforming growth factor-β1，TGF-β1）和II 型胶原蛋白（Collagen II，Col-Ⅱ）的合成，有效缓解膝关节骨性关节炎［18］。最新研究显示山药中的化合物6，7-二羟基-2，4-二甲氧基菲（6，7-dihydroxy-2，4-dimethoxyphenanthrene）可以通过降低结肠中炎性因子TNF-α、干扰素γ（Interferonγ，IFN-γ）、IL-10（Interleukin-10）及IL-23（Interleurin-23）的含量，抑制核因子-κB/环氧化酶-2（NF-κB/COX-2）信号通路，从而缓解葡聚糖硫酸钠（Dextran sulfate sodium，DSS）诱发的小鼠肠炎［19］。也有文献报道薯蓣6，7-二羟基-2，4-二甲氧基菲可以通过抑制BV2 小胶质细胞p38 MAPK/NF-κB 信号通路发挥抗炎作用［20］。此外，山药糖蛋白在治疗急性肺炎、结肠炎等炎性疾病中也有明显的效果［21，22］。山药中的薯蓣皂苷可以通过抑制THP-1 巨噬细胞中核苷酸结合寡聚化结构域（Nucleotide-binding oligomerization domain，NOD）样受体蛋白3（Nod-like receptor protein 3，NALP3）炎性小体和半胱天冬酶1 的激活，减轻尿酸钠晶体诱导的炎症反应［23］。山药的不同组分，通过不同的炎性细胞、细胞因子及信号通路，降低细胞的炎性反应，从而缓解机体的慢性炎症反应，如图1所示。

图1 山药活性成分抗炎作用模式图Fig.1 Anti-inflammatory action pattern of active ingredients of Chinese yam

2.2 抗氧化应激

剧烈炎症反应和退行性疾病可导致机体产生过量的活性氧（Reactive oxygen species，ROS），扰乱机体氧化和抗氧化直接的稳态平衡，从而引起机体的氧化应激反应，如糖尿病、慢性肾病、动脉粥样硬化及各种炎性疾病。目前有研究证明，山药提取物具有明显的抗氧化应激效果，在治疗慢性肾病、糖尿病、心功能不全综合征等方面发挥重要的作用。Yu 等研究发现山药冷浸提取物通过增强Nrf2/HO-1信号通路激活机体的抗氧化应激系统，缓解氧化应激引起的睾丸功能下降［24］。

2.3 降血糖、降血脂作用

高血糖、高血脂、高血压，俗称“三高症”，严重影响人类的健康。血脂、血压、血糖长期升高会导致心、脑，肾等靶器官受损，进而诱发严重并发症、脑出血、脑梗死、心梗等疾病。现代生活节奏快，年轻人压力大，不爱运动、对健康关注度低，因此高血糖、高血脂及高血压患病开始表现出明显的年轻化趋势。传统中药在降血糖、降血脂血压中发挥重要的作用。研究显示，山药中的多糖、糖蛋白具有较好的降血糖、血脂效果。Li 等发现山药水提多糖可以显著降低地塞米松诱导的糖尿病模型小鼠的血糖含量［25］。Go 等采用链脲佐菌素（Streptozocin，STZ）建立大鼠糖尿病模型，研究山药粉末及山药水提物对糖尿病大鼠体内葡萄糖、胰岛素、胰高血糖素样肽（GLP-1）、C 肽、糖化血红蛋白及脂质代谢和氧化应激的影响。结果证实，山药提取物通过调节抗氧化活性，脂质分布，GLP-1释放促进β细胞分泌胰岛素，从而维持正常血糖水平［26］。Yu 等研究发现，山药多糖可以显著降低糖尿病模型鼠的血糖水平，增加葡萄糖的耐受性，也可以降低高血脂模型大鼠的总胆固醇，甘油三酯及低密度脂蛋白的含量［27］。此外，山药淀粉、皂苷提取物等也可以降低模型动物总胆固醇和低密度脂蛋白的含量，从而有效降低血脂水平［28-29］。

2.4 抗肿瘤

山药中的活性成分也具有抗肿瘤活性。孙雯雯等研究发现，山药水提物联合树突状细胞-细胞因子诱导的杀伤细胞（Dendritic cell-cytokine induced killer cell，DC-CIK）疗法可以有效抑制磷酸酰肌醇3-激酶（Phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K）/丝氨酸-苏氨酸激酶AKT 通路中关键基因PI3KR1、Wnt/β-catenin 通路中关键基因Wnt1 和Notch 通路中关键基因Notch1 的mRNA 表达，从而抑制结肠癌HT29 细胞干细胞荷瘤细胞增殖，起到抗肿瘤的效果［34］。肝癌是常见的恶性肿瘤，是全球导致死亡的第二大癌症。Meng等人研究发现，山药中的薯蓣皂苷通过诱导内质网应激反应和线粒体凋亡从而杀死肝癌模型小鼠病灶部位的癌细胞，是一种有效的抗癌剂［35］。

表1 山药活性成分的抗炎作用机制Tab.1 Anti-inflammatory mechanism of active ingredients in Chinese yam

除薯蓣皂苷外，山药多糖可以显著抑制肝癌细胞及肾上腺髓质嗜铬瘤的增殖活性，具有显著的抗肿瘤作用［38］。赵国华等发现，山药多糖（Rhizoma dioscoreae polysaccharides-I，RDPS-I）对Lewis 肺癌有显著地抑制作用［39］。Liu 等对山药果皮和果肉部分的抗肿瘤效果做了比较，结果证明，果皮部分对ROS的清除作用均优于果肉部分，其中山药果皮水提物效果最佳［40］。此外，在两种小鼠肿瘤模型——艾氏腹水瘤（Ehrlich's ascites carcinoma，EAC）和肝癌H22荷瘤上，山药果皮的抗肿瘤能力远远大于山药果肉，山药果皮对肿瘤的抑制率近似于山药果肉的两倍。因此，在抗肿瘤方面山药皮反而有着更大的优势。

2.5 免疫调节

免疫调节是机体维持正常内环境稳定的重要防御机制。大量研究表明，山药活性物质具有显著的免疫调节功能。山药活性物质发挥免疫调节功能的主要机制如图2所示。硫酸酯化山药多糖（Sulfated Chinese yam polysaccharide，S-CYP）能够增加环磷酰胺（Cyclophosphamide，Cy）诱导的免疫抑制小鼠体重和胸腺指数增加，并能恢复Cy引起的脾肿大。S-CYP 可以增加脾淋巴细胞的增殖，并有效地与ConA 协同诱导脾淋巴细胞分化为T淋巴细胞，从而增强脾淋巴细胞的免疫调节活性。同时，S-CYP可以使CD3+CD4+和CD3+CD8+T 淋巴细胞数量升高，CD4+/CD8+比值恢复。S-CYP 也显著增加血清中脾淋巴细胞细胞因子（IL-1β 和TNFα）和免疫球蛋白（IgG 和IgM）分泌的水平［32］。此外，山药蛋白肽含有丰富的疏水性氨基酸和碱性氨基酸，能够显著改善脾脏的病理学变化，提高淋巴细胞的增殖能力，提升细胞因子（如IFN-γ、IL-1α、IL-6）、IgG、IgM 分泌的水平［41］。山药作为免疫调节剂在功能性食品和保健品行业具有巨大潜力。

图2 山药的免疫调节机制Fig.2 Immune regulation mechanism of Chinese yam

此外，山药中活性成分腺苷和熊果苷可以发挥雌激素样作用。腺苷的主要作用是增加雌激素受体ERα 和ERβ 的表达，而熊果苷主要通过增加雌激素受体ERβ 和GPR30 的表达发挥作用［42］。研究报道称，山药冷浸提取物可以保护睾丸功能，山药蛋白也可以通过调节Nrf2 信号通路有效改善睾丸功能障碍［24，36］。山药作为天然的消炎剂和抗氧化剂，平时多加以食用不仅有效预防炎症，也有利于抗氧化、抗衰老，保肾护肝，为美容养颜之佳品。

3 总结与展望

山药块茎中含有丰富的淀粉、多糖、蛋白质、脂肪酸、皂苷、粘液质、多种氨基酸、维生素等，是有益健康、药食两用之佳品。山药具有止泻利润、益肾健脾等功效，对慢性肾病、糖尿病、冠心病、动脉粥样硬化等具有良好的预防作用。山药中的氨基酸、维生素、脂肪酸等化合物可以补充人体必需的成分，保证机体的正常新陈代谢及生长发育。山药中的多糖、蛋白、皂苷类物质具有降血糖血脂、抗炎抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等药理作用，在传统医学和现代临床广泛应用。目前，山药药理活性主要以山药水煎剂或活性物质的粗提物作为研究材料，其作用机制尚不清楚。因此，对山药活性成分或者活性部位进行分离纯化并做结构鉴定，研究单体组分活性作用、构效关系，有助于山药的进一步开发应用。