山药功能性成分及药理作用研究进展

潘景芝，孟庆龙，崔文玉，朱双杰

（1.滁州学院博士后工作站，安徽滁州 239000；2.吉林工程技术师范学院经济与管理学院，吉林长春 130052；3.合肥工业大学食品与生物工程学院，安徽合肥 230009；4.长春市传染病医院国家中医药管理局中医药防治传染病重点研究室，吉林长春 130123；5.滁州学院生物与食品工程学院，安徽滁州 239000）

药食同源植物山药为薯蓣科薯蓣属草质藤本植物薯蓣（Dioscorea oppositaThunb）的干燥根茎[1]，别名土薯、山薯、玉延等，其以糯香可口的风味和稳定的保健功效一直受到人们的青睐。在我国夏商时期便有种植，明清之后作为药材应用，且《神农本草经》和《本草纲目》中均将其列为上品，主要分布于中国华北、西北以及长江流域的湖南、江西等地区[2]。药味甘，性平，归脾、肺、肾经，具有“补脾养胃，生津益肺，补肾涩精”功效[3]。山药作为传统药食同源材料，在我国具有数千年的食用历史，随着人民生活水平的不断提升，其作为健康食品的重要原料备受青睐。近年来，随着山药在糖尿病和癌症等疾病临床治疗中的应用，国内外学者对于山药功能性成分及药理作用的研究不断深入[4-5]。本文通过对近年来山药多糖类、皂苷类、多酚类、脂肪酸、蛋白质和氨基酸、微量元素等功能性成分，以及山药免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及调脾胃等药理作用的最新研究进展进行阐述，以期拓宽山药在多领域、多行业中的应用范围，剖析功能性成分与药效间的相互关系，为山药功能性食品的开发和利用提供参考。

1 功能性成分

山药中不仅含有丰富的营养成分，还含有多种功能活性成分，如多糖类、皂苷类、多酚类、脂肪酸、蛋白质、氨基酸和微量元素等。

1.1 多糖类成分

多糖作为山药重要的功能性成分，是山药发挥药理作用的活性成分之一[6-8]。由于多糖类成分的复杂性，山药多糖的结构分析仍处于探索阶段，尚不明确。近年来，山药多糖的研究大部分以一级结构为主，即分子量、单糖组分、残基连接位置、糖苷键构型等方面。在对怀山药多糖的提取中，采用水提法分离出一种水溶性多糖DOTP-B[9]；另有研究采用热水法浸提[10]，联合气相色谱/质谱（GC/MS）、傅立叶红外光谱仪、多角度激光光散射仪（MALLS）和核磁共振技术等对怀山药多糖结构进行初步表征分析，结果表明，山药多糖中主要单糖成分为葡萄糖84.5%、木糖 11.4%、半乳糖 2.3% 和阿拉伯糖 1.4%。Ma 等[11]对山药黏液多糖（DOMP）的研究表明，葡萄糖和蛋白质含量分别为11.05%和13.39%，平均分子量为9062 Da。同时，部分研究通过现代光谱技术与甲基化实验方法对山药多糖的主链构象二级结构进行了解析。Zhang等[12]采用热水法提取山药根茎中的粗多糖DOP，并采用甲基化和NMR光谱分析了新型多糖DOP0.1-S-1的结构特征。铁棍山药纯多糖组分CYP-A是不含核酸和蛋白的均一多糖，且存在多股螺旋构象[13]。表1对近年来山药多糖类成分的研究报道进行了概括。

1.2 皂苷类

皂苷类成分既是药食同源植物山药中的营养成分，也是其重要的功能性化合物[14-15]。在已发现的山药活性成分中，皂苷类约占50%以上[16-17]。Xue等[18]从山药中分离得到了9种新的呋喃甾烷醇皂苷（如表2所示）和11种甾体皂苷。山药不同品种皂苷类成分含量也存在一定差异。Nan等[19]通过比较分析瑞昌山药、铁棍山药、龙岩山药和安源山药的营养和药用特性，在龙岩山药和安源山药未检测到薯蓣皂苷，而瑞昌山药和铁棍山药中薯蓣皂苷含量较高。

表 1 山药多糖类成分单糖组分及结构特征Table 1 Monosaccharide components and structural characteristics of polysaccharides in Chinese yam

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

1.3 多酚类

多酚类化合物是一类含有一个或多个羟基取代基的植物化合物，是广泛存在于植物体内的重要二级芳香代谢物[20-21]。山药多酚类化合物以其丰富的生物学功能受到广大学者的关注[22-23]。Chaniad等[24]从山药豆中分离出11种具有抗氧化潜力的物质，其中7种属于多酚类。Ngan等[25]从广山药中分离出三种新的多酚类化合物，结构如表3所示。

表 3 山药中的多酚类成分Table 3 Polyphenols components in Chinese yam

1.4 脂肪酸

山药中富含多种脂肪酸，对人体健康十分有益[26]，其中包括亚油酸、亚麻酸等人体必需的不饱和脂肪酸（如表4所示）。山药还能够促进机体内短链脂肪酸的产生。Zhang等[27]结果表明，山药能够提高抗生素相关性腹泻小鼠体内短链脂肪酸水平。刘露等[28]研究发现，山药低聚糖在模拟结肠环境中被乳酸菌作为碳源利用，能够产生对人体健康产生积极作用的短链脂肪酸（如乳酸、乙酸和丙酸等）。

表 4 山药中脂肪酸成分Table 4 Fatty acid components in Chinese yam

1.5 蛋白质和氨基酸

山药中还富含各类蛋白质和氨基酸，且必需氨基酸种类齐全，营养价值较高[29]。Li等[30]对山药主要糖蛋白30CYGP N-聚糖型的组成进行分析，结果共观察到6个30CYGP N-聚糖，其中3个用木糖修饰，3个用木糖和岩藻糖修饰。罗海玲等[31]采用蛋白质双向电泳技术，比较分析了山药块茎不同发育过程中，物质积累相关的关键蛋白的变化情况，结果表明，不同发育时期共有179个蛋白发生明显变化，对其中差异较大的52个蛋白点进行质谱鉴定，31个差异表达的蛋白被鉴定，且主要是与糖代谢和淀粉合成有关的酶。蒋方程等[32]比较研究蕲春山药、铁棍山药和淮山药不同品种氨基酸的含量，结果表明，蕲春山药中氨基酸总量最高，必需氨基酸占比最高，且组氨酸的含量也最高，同时该三种山药中均未检出色氨酸。

1.6 微量元素

随着科学技术的不断发展和中医理论的不断完善，微量元素在药材治疗和药效中的补充与调节作用已引起了许多学者的关注[33]。Chen等[34]比较分析不同产地山药微量元素含量，结果表明，与连江产山药相比，河南产山药微量元素Fe和Mn的含量明显提高，分别达到1.6和3.0倍。康艳萍[35]采用火焰原子吸收光谱法测得山药中富含Zn、Cu、Co、Mn等元素。蒋方程等[32]对蕲春山药、铁棍山药和淮山药三种不同山药品种微量元素的含量进行比较发现，蕲春山药中Fe、Cu、Co含量最高，铁棍山药中Zn含量最高，淮山药中Fe含量最低。

1.7 其他

尿囊素是尿酸的衍生物，分子式为C4H6N4O3，其作为咪唑类杂环化合物，也是山药质量控制的重要指标之一[36]。杨静等[37]从怀山药中分离得到丰富的植物甾醇类物质，包括菜油甾醇、豆甾醇和谷甾醇等。冯文明等[38]从山药中分离出山药庚酮A等8个二苯基庚烷类化合物。

2 药理活性

近年来，山药多种药理活性，如免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及调脾胃等受到国内外学者的关注。

2.1 免疫调节作用

山药中多种功能性成分不仅能够提高非特异性免疫功能，对特异性免疫功能也可以起到增强作用[39-41]。樊乃境等[42]研究表明山药蛋白肽可以通过促进免疫能力低下小鼠的中枢和外周免疫器官的发育、改善机体免疫细胞状态、调节体内免疫活性物质的分泌表达，提高机体免疫能力，发挥其免疫活性。Niu等[43]也通过体内和体外实验研究，验证了山药糖蛋白（DOT）可以作为免疫调节物质进行开发的观点。山药的免疫调节作用与剂量呈现出一定的依赖性。Hao等[44]探讨分析山药水溶性多糖（WYPs）在小鼠模型体内免疫调节的潜力，结果表明，WYPs能够明显增强小鼠模型的免疫状态，并呈现剂量依赖性，可以作为免疫调节功能性食品的潜在成分进行开发。徐俊杰等[45]探究了不同剂量的山药多糖对低强度连续微波辐射致小鼠免疫系统功能损伤的保护作用及其免疫机制。与其他中药相比，山药表现出较好的免疫调节效果。高长曌等[46]通过比较淮山药、薏米、蒲公英、酸枣仁等四种药食同源常见中药的免疫功能发现，淮山药能够促进免疫抑制小鼠脾脏指数恢复，提供吞噬细胞功能。Wang等[47]研究发现，山药提取物（16%薯蓣皂苷元和10%多糖）能够增强虹鳟鱼的刺激免疫调节作用。赵伟鑫等[48]研究发现，山药多糖能够提高断奶仔猪机体免疫性能，改善仔猪肠道形态结构并增强消化酶活性，有利于猪用绿色中草药饲料添加剂的开发。表5对近年来山药功能性成分免疫调节作用的报道进行了概括。

2.2 抗肿瘤作用

山药及其叶部对不同肿瘤细胞表现出调节细胞通路关键基因、抗细胞增殖等作用[49]。孙雯雯等[50]比较分析山药提取物（含总多糖324.90 mg/g）联合树突状细胞-细胞因子诱导的杀伤细胞（DC-CIK）对结肠癌HT29细胞干细胞荷瘤裸鼠的治疗效果，结果表明，联合治疗组PI3K/Akt通路中关键基因PI3KR1，Wnt/β-catenin通路中关键基因Wnt1，Notch通路中关键基因Notch1的mRNA表达均有所下调，即联合治疗组抑瘤效果最佳。谭辉等[51]的研究结果表明，紫山药花青素各剂量组对HepG2肝癌细胞，MDAMB-231乳腺癌细胞增殖均有一定的抑制作用，且细胞抑制率呈现药物浓度、作用时间依赖性。周丽等[52]研究表明，淮山药叶乙醇提取物（主要含黄酮和皂苷类物质）对肿瘤细胞HUVEC、A549、MCF-7和SW480均显示出较强的抑制活性作用，且量效关系明显。另外，山药还能够通过调节炎症反应、氧化应激反应，增加能量补给等途径改善癌症相关机体的疲劳状况。Wang等[53]选用癌症相关小鼠研究山药多糖（CYP）的抗疲劳活性，结果表明，CYP增加了小鼠力竭游泳时间，腓肠肌的ATP含量，降低了肌肉中IL-1β、MDA、BUN和LDH的水平，并上调了SOD活性。

表 5 山药功能性成分的免疫调节作用Table 5 Immunomodulatory effects of functional components from Chinese yam

2.3 抗氧化作用

山药中多种功能性成分均具有抗氧化作用[54-56]，其中以山药多糖类成分抗氧化作用的研究相对较多。在山药多糖美拉德反应产物（DOP-MRP）抗氧化作用的评价研究中，通过测定对羟自由基（HRS）、DPPH自由基清除和铁离子还原（FRAP）等作用，得到DOP-MRP抗氧化活性较高，即能够提供更多氢原子以稳定自由基[57]。陈建双等[58]的研究结果表明，山药多糖的DPPH自由基清除率和羟自由基清除率明显高于水提物。王静等[59]研究发现，山药多糖通过提高细胞抗氧化能力，抑制细胞的氧化应激，抑制生物大分子氧化损伤，从而有效保护丙烯胺诱导的巨噬细胞氧化损伤。与此同时，山药多酚类成分的抗氧化作用也引起了学者们的重视。孟永海等[60]的研究结果表明，山药总多酚提取物对DPPH自由基和ABST自由基均表现出较好的清除能力，且对Fe3+的还原能力也较强。

2.4 抗衰老作用

在全球老龄化严重趋势下，进一步提高老龄人群生活质量，延缓衰老已成为全球学者的研究热点之一[61]。山药作为传统药食同源中药，其抗衰老功效的探索也受到一定青睐[62]。通过对D-半乳糖诱导衰老动物模型的研究，一方面，山药多糖能够增强实验动物的学习能力，减轻实验动物的空间记忆障碍，且其抗衰老作用可能是通过修复器官功能[63]，提高klotho基因在实验动物体内的表达来实现[63-64]；另一方面，紫山药多糖能够显著提高D-半乳糖衰老模型大鼠肝、脑中T-AOC、GSH-Px活力、GSH含量，降低过氧化产物MDA含量，从而发挥抗大鼠肝、脑衰老损伤的作用，其机理可能与p53/p21信号通路有关[65]。

2.5 降血糖作用

近年来，糖尿病（DM）已成为一种病因复杂的常见病，患病率在世界范围内不断增加，因此糖尿病患者的早期发现及饮食管理变得十分重要[66]。山药不仅对糖尿病模型动物显示出较好的降糖作用[67]，还能够减轻肥胖糖尿病肾病模型动物的体重，改善其肾功能，对肠道微生态菌群有所调节，且作用效果呈剂量依赖性[68]。赵磊等[69]对南瓜、山药、葛根和桑叶配方提取物研究发现，其通过改善ICR小鼠糖代谢、脂代谢以及氧化应激等代谢途径，能够预防小鼠高脂高糖诱导形成糖调节受损（IGR）。山药还能够在降糖的同时对微量元素起到补给的作用。Zhang等[70]研究发现，山药多糖-锌包合物对糖尿病大鼠具有强效降血糖作用，降低葡萄糖和胰岛素水平，降低丙二醛含量，增加肝脏内SOD和T-AOC活性，因而山药多糖-锌包合物可以开发为具有降糖作用的锌补充剂功能食品。

2.6 降血脂作用

近年来，流行病学和实验研究均表明，饮食调节在胆固醇稳态调节中起着重要作用[71]。Uthirapathy等[72]研究发现，山药块茎的乙醇提取物对于高脂饮食诱导的高脂血症模型动物，能够明显降低胆固醇和低密度脂蛋白水平，从而表现出较好的降血脂效果。雷艳等[73]的研究结果表明，决明子山药黄豆复配能够降低SD大鼠高脂饮食诱发的高脂血症，相关指标明显改善。

2.7 脾胃调节作用

山药可以增加大鼠的体重，增强大鼠胃肠蠕动，改善胃肠功能，从而改善脾虚症状，达到健脾益胃的目的[74]。山药多糖对小鼠肝缺血再灌注损伤中的脾脏组织损伤具有保护作用[75]。王巧俐等[76]采用山药芝麻糊对习惯性便秘脾肺气虚型患者进行治疗，结果患者症状量化总积分和中医证候量化积分均明显降低，且无明显不良反应。

2.8 其他作用

山药还具有多种改善机体健康状况的特殊作用[77]。Zhong等[78]通过对山药薯蓣皂苷的研究发现，其能够有效降低糖尿病肾病大鼠胰腺损伤、肾功能标志物和肾脏病例变化。高子涵等[79]研究表明，山药多糖对糖尿病肾病小鼠肾功能具有一定的保护作用，其机制可与抑制高糖激活的糖醛还原酶AR/P38MAPK/CREB信号通路有关。

3 结语与展望

目前，对于山药功能性成分的研究主要集中在多糖等大分子物质上，但由于大分子物质结构的复杂性和分子质量的分散性，为其分子结构与药理活性之间关系的明确带来了困难。现代药理研究证实，山药具有免疫调节、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、降血糖、降血脂以及调脾胃等多种药理活性，充分展示了山药在医药、保健品和食品等多领域的功能特性。

对于山药功能性成分的研究仍存在以下需要解决的问题：首先，上述药理作用主要集中在体外细胞和体内动物模型实验，下一步应加强山药功能性成分的分离，并适当开展临床实验，深入探析山药对人体健康的调节作用机制及其安全性，为其推广应用提供重要保障；其次，进一步明确山药功能性成分与药理活性的构效与量效关系，及其作用的分子机制，为山药功能性食品和保健药品的精准开发利用提供参考。今后可以在传统分析方法创新的基础上，深入解析山药功能性物质结构，强化山药小分子化合物的分离鉴定，丰富其功能性成分的种类。另外，也可以从功能性成分结构与药理活性之间的作用规律，探究山药更多功能活性，为相关功能性产品的开发提供理论基础。

山药作为药食同源的功能性食品，还存在很多亟待深入系统研究的问题，为其食用、保健药用的安全性提供保障。因此，充分挖掘山药各类功能性物质成分，重视山药下游功能性产品的开发，使其在功能性食品和保健药品等行业发挥应有的作用。