山藥化學(xué)成分與藥理活性研究進(jìn)展

陳夢(mèng)雨，劉偉，侴桂新,3，王永麗,3*

(1.上海中醫(yī)藥大學(xué) 中藥研究所，上海 201203；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院上海市中醫(yī)臨床重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 肝病研究所，上海 201203;3.上海中藥標(biāo)準(zhǔn)化研究中心，上海 201203)

山藥為薯蕷科植物薯蕷(DioscoreaoppositaThunb.)的干燥根莖，是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源食物之一，因其較好的藥用保健功效和糯香可口的風(fēng)味品質(zhì)深得世人喜愛(ài)[1]，一直受到廣大藥物及農(nóng)業(yè)研究者的關(guān)注。我國(guó)自夏、商起便開(kāi)始種植山藥，明清以來(lái)逐漸將其應(yīng)用為藥材，《神農(nóng)本草經(jīng)》《本草綱目》均將其列為上品[2]。山藥以河南焦作(古懷慶府)所產(chǎn)最為道地，稱為“懷山藥”。性甘，平。歸脾、肺、腎經(jīng)。功效是補(bǔ)脾養(yǎng)胃，生津益肺，補(bǔ)腎澀精[3]。現(xiàn)代化學(xué)成分研究發(fā)現(xiàn)山藥中主要含有多糖、氨基酸、脂肪酸、山藥素類化合物、微量元素、淀粉、蛋白質(zhì)等成分，其根莖中亦含有甾體、薯蕷皂苷、尿囊素、菲及聯(lián)芐類等化學(xué)成分[4-6]?，F(xiàn)代藥理活性研究表明，山藥具有降血糖、降血脂、抗氧化等多種功效。臨床上廣泛用于治療糖尿病、腎炎、癌癥等疾病。本文對(duì)其種屬來(lái)源及真?zhèn)舞b別、化學(xué)成分及藥理作用進(jìn)行總結(jié)，以期為其進(jìn)一步深入研究提供參考。

1 中藥山藥的種屬來(lái)源及真?zhèn)舞b別

山藥始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，記載其“主傷中，補(bǔ)虛羸，除寒熱邪氣，補(bǔ)中益氣力，長(zhǎng)肌肉，久服耳目聰明”，被列為上品[7]。主產(chǎn)于河南，是“四大懷藥”之一，稱為懷山藥。《中華人民共和國(guó)藥典》歷次版本均有收載，其植物來(lái)源為薯蕷科植物薯蕷(D.oppositaThunb.)的干燥根莖，是藥用山藥的法定基源植物。

目前，在我國(guó)大面積種植的薯蕷屬植物主要有4種：薯蕷(懷山藥)(D.oppositeThunb.)、參薯(淮山藥)(D.alataL.)、褐苞薯蕷(廣西山藥)(D.persimilisPrain et Burkill.)和山薯(廣東山藥)(D.fordiiPain et Burkill.)。近年來(lái)，山藥的市場(chǎng)需求不斷增長(zhǎng)，同屬植物褐苞薯蕷及參薯的根莖為山藥習(xí)用品[8-9]，市場(chǎng)上亦混入了山藥偽品，包括山薯、日本薯蕷(D.japonicaThunb.)及大戟科木薯(ManihotesculentaCrantz)的根莖，三者飲片性狀與山藥正品相似而混入市場(chǎng)，使藥用市場(chǎng)流通的山藥質(zhì)量魚(yú)龍混雜，嚴(yán)重影響其臨床應(yīng)用和產(chǎn)品研發(fā)。劉家水[10]等通過(guò)顯微鑒別建立山藥真?zhèn)纹芳傲?xí)用品的快速區(qū)分方法，其中針晶束、石細(xì)胞的有無(wú)可作為區(qū)別山藥混偽品重要的顯微特征：山藥、日本薯蕷、木薯無(wú)石細(xì)胞，褐苞薯蕷、參薯、山薯有石細(xì)胞；山藥、參薯、山薯、日本薯蕷有草酸鈣針晶束，褐苞薯蕷、木薯無(wú)草酸鈣針晶束。陳新[11]介紹了山藥及其混偽品的經(jīng)驗(yàn)鑒別、原植物比較和顯微鑒別，得出結(jié)論山藥與其混偽品在一般性狀比較接近，但是在山藥商品經(jīng)驗(yàn)鑒別和顯微鑒別方面有明顯差異(見(jiàn)表1)，性狀鑒別中山藥兩端有凹窩，山薯、褐苞薯蕷、參薯兩端無(wú)凹窩；顯微鑒別中山藥無(wú)中柱鞘石細(xì)胞環(huán)層，山薯、褐苞薯蕷、參薯有中柱鞘石細(xì)胞環(huán)層；山藥、褐苞薯蕷、參薯無(wú)色素細(xì)胞，山薯有色素細(xì)胞。此外，山藥紅棕色筋脈點(diǎn)明顯，日本薯蕷筋脈點(diǎn)不明顯，也可作為區(qū)分薯蕷與日本薯蕷的鑒別點(diǎn)。

表1 山藥及其混偽品的鑒別

2 山藥化學(xué)成分研究進(jìn)展

2.1 多糖

山藥多糖是近年來(lái)山藥研究的熱點(diǎn)，作為主要活性成分之一，山藥活性多糖具有降糖、抗氧化、抗腫瘤及增強(qiáng)免疫作用[1]。多糖的組成及結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，山藥多糖包括均多糖、雜多糖及糖蛋白，其糖基組成和含量也各不相同[12]。JU Y等[13]從懷山藥中分離出的多糖，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定發(fā)現(xiàn)主要由甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖∶葡萄糖醛酸(0.5∶1.2∶0.3∶0.3)的比例組成。喬善義等[14]從山藥中得到兩個(gè)均一多糖，均為[α-D-Glc(1→4)-]n型葡聚糖，分子量分別為63 000和7 400 Da。王剛等[15]分離純化得到兩個(gè)均一多糖S1和S2，均由葡萄糖組成，HPLC法測(cè)得山藥總多糖含量為16.42%。吳丹[16]分離純化得到一個(gè)中性多糖、一個(gè)酸性多糖，其中中性多糖由鼠李糖∶木糖∶甘露糖∶半乳糖(8∶16∶25∶10)的比例組成，酸性多糖由鼠李糖∶阿拉伯糖∶木糖∶甘露糖∶半乳糖(7∶3∶11∶19∶18)的比例組成。張俊婷[17]分離純化得到兩個(gè)多糖CYP-1和CYP-2，經(jīng)結(jié)構(gòu)鑒定CYP-1由鼠李糖∶阿拉伯糖∶甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖(1∶1.04∶2.72∶1.32∶5.10)的比例組成，CYP-2由鼠李糖∶阿拉伯糖∶葡萄糖∶半乳糖(1∶2.05∶5.26∶8.16)的比例組成。目前報(bào)道山藥多糖的提取方法有水提醇沉法、稀酸浸提法、堿液浸提法和酶解法，還有應(yīng)用超聲波和微波等技術(shù)進(jìn)行輔助提取，其中水提醇沉法[18-19]最為常見(jiàn)。

2.2 氨基酸

氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸兩種，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與人體所需的8種必需氨基酸的含量有密切的關(guān)系[20]。山藥中含有18種氨基酸成分，8種是人體必需氨基酸，其中含量最高的是谷氨酸，非必需氨基酸中含量由高到低依次為精氨酸、絲氨酸和天冬氨酸[21]。陳艷等[22]用氨基酸分析儀測(cè)定淮山藥中17種氨基酸含量，總氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)7.256%，其中賴氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸等7種人體必需氨基酸占總氨基酸含量的25.32%。

2.3 脂肪酸

王勇等[23]利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)脂肪酸甲酯化產(chǎn)物進(jìn)行分離鑒定，共檢測(cè)27種脂肪酸類成分，其中18種飽和脂肪酸，占脂肪酸總量的51%，十六烷酸為最主要成分；9種不飽和脂肪酸，占總脂肪酸量的49%，主要為亞油酸、亞麻酸和油酸。亞油酸和亞麻酸分別屬于ω-6和ω-3多不飽和脂肪酸(PUFA)家族。現(xiàn)代大量臨床研究表明，ω-6和ω-3 PUFA分別能夠降低血清中膽固醇水平和甘油三酯水平。

2.4 山藥素類成分

山藥素類成分為山藥較為特殊的一類化學(xué)成分，山藥素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ最早由日本學(xué)者在1987年從零余子中分離鑒定出來(lái)[24]。山藥素Ⅰ具有抑制α-D-葡萄糖苷酶的活性，可能是山藥降糖作用的潛在活性成分之一[25]。朱金花等[26]采用HPLC法對(duì)懷山藥四個(gè)部位(塊莖、皮、莖葉、零余子)中山藥素Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ進(jìn)行含量測(cè)定(見(jiàn)表2[26])，發(fā)現(xiàn)懷山藥的零余子和莖葉中均含有4個(gè)山藥素化合物，山藥皮中含有3個(gè)山藥素化合物(山藥素Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ)且含量均高于其他部位，塊莖中含有2個(gè)山藥素化合物(山藥素Ⅰ、Ⅲ)。

表2 懷山藥不同部位(皮，零余子，塊莖和莖葉) 中山藥素類成分的含量

2.5 尿囊素

尿囊素(allantoinum)化學(xué)名稱為2,5-二氧代-4-咪唑烷基脲，屬于咪唑類雜環(huán)化合物。具有鎮(zhèn)靜、局部麻醉等作用[27]，是皮膚良好的愈合劑和抗?jié)兯巹?。文慶等[28]采用HPLC法對(duì)山藥中尿囊素進(jìn)行含量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)不同樣品中尿囊素含量范圍為0.21%～0.82%，初步擬定山藥中尿囊素含量應(yīng)≥0.3%，可為山藥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的完善提供參考。

2.6 微量元素

山藥中富含微量元素Zn、Fe、Mn、Cu、Se和常量元素Ca，Zn、Fe可直接和間接影響蛋白質(zhì)和核酸的合成及細(xì)胞繁殖功能，同時(shí)參與調(diào)節(jié)細(xì)胞免疫功能[29]，元素Ca在人體心血管疾病的發(fā)生和預(yù)防最發(fā)揮重要作用[21]。

2.7 淀粉

淀粉是山藥中的主要碳水化合物，含量較高，一般為16%～20%，其組成及含量在山藥生長(zhǎng)過(guò)程中受環(huán)境影響較大[30]。WANG等[31]通過(guò)電鏡掃描確定山藥淀粉顆粒呈廣橢圓形及橢圓形，大小主要在8 μm～80 μm，通過(guò)X-射線衍射圖像可知其晶體結(jié)構(gòu)為CB型。另有研究發(fā)現(xiàn)山藥淀粉屬于C型淀粉，酸水解后，淀粉晶體形態(tài)由C型轉(zhuǎn)化為A型[32]。

2.8 其他類成分

白冰等[33]從山藥中分離并鑒定了檸檬酸單甲酯、檸檬酸雙甲酯、檸檬酸三甲酯、棕櫚酸、油酸、β-谷甾醇醋酸酯等12個(gè)化合物[34]。劉軍偉等[35]從山藥地上部分石油醚部位中分離鑒定了11個(gè)化合物，分別為9，19-cyclolart-25-en-3β，24R-diol、cycloeucalenol、表木栓醇、(24S) -24-乙基膽甾-3β，5α，6β-三醇、豆甾-4-烯-3α，6β-二醇、(22E)-5α，8α-epidioxyergosta-6，22-dien-3β-ol、(3β，7α)-7-methoxystigmast-5-en-3-ol、1-正十六烷酸甘油酯、二十四烷酸、十六烷酸。此外，山藥中還含有3,4-二羥基苯乙胺、多酚氧化酶、黃酮、蛋白質(zhì)、甾醇類化合物及鹽酸多巴胺。

3 山藥藥理作用研究進(jìn)展

3.1 降血糖作用

大量研究表明山藥多糖具有顯著降血糖作用。LI等[36]采用地塞米松誘導(dǎo)的胰島素抵抗性葡萄糖/脂質(zhì)代謝糖尿病小鼠模型，評(píng)價(jià)不同濃度山藥多糖混合物和不同分子量山藥多糖HSY-I (>50 kDa)、HSY-II (10 to 50 kDa)、HSY-III (<10 kDa)的降血糖作用，發(fā)現(xiàn)HSY-I和HSY-II能夠顯著降低模型小鼠空腹血糖、膽固醇及甘油三酯，表明山藥多糖具有顯著降血糖作用。何云等[37]發(fā)現(xiàn)山藥多糖的劑量和其對(duì)糖尿病大鼠的降糖作用在某種程度呈一定的正比關(guān)系，且有保護(hù)胰島功能的作用。郜紅利等[38]發(fā)現(xiàn)山藥多糖可降低四氧嘧啶誘導(dǎo)糖尿病小鼠的空腹血糖，促進(jìn)體重恢復(fù)，其作用機(jī)制可能與增加胰島素分泌、改善受損壞的胰島β細(xì)胞功能及清除過(guò)多自由基等有關(guān)。LWU等[39]研究發(fā)現(xiàn)山藥水溶性成分(如多糖)與山藥降血糖作用有關(guān)。此外，還有研究對(duì)山藥多糖降血糖作用機(jī)制進(jìn)行探討，發(fā)現(xiàn)其作用可能與其具有調(diào)整脂質(zhì)代謝紊亂、抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)、提高糖代謝關(guān)鍵酶活性等有關(guān)[40-42]。

3.2 降血脂作用

山藥淀粉成分被認(rèn)為具有降血脂作用，PREMA P等[43]研究山藥對(duì)于動(dòng)脈粥樣硬化模型小鼠的作用，發(fā)現(xiàn)小鼠喂養(yǎng)提純山藥淀粉，其血清中類脂質(zhì)濃度、主動(dòng)脈和心臟中的糖濃度顯著降低[44]。WANG等[45]采用高脂血癥大鼠比較了山藥淀粉與馬鈴薯淀粉的降血脂作用，發(fā)現(xiàn)山藥淀粉能顯著降低模型大鼠血清中總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯，降低率分別為33.8%、27.5%和46.2%。馬鈴薯淀粉也降低三者水平，但結(jié)果并不顯著。結(jié)果表明，山藥淀粉可降低血脂水平，且作用顯著優(yōu)于馬鈴薯淀粉。

3.3 抗氧化作用

山藥多糖與黃酮類成分發(fā)現(xiàn)具有不同程度抗氧化作用，王麗霞等[46]研究山藥蛋白多糖體外抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)山藥蛋白多糖具有明顯的抗氧化作用，能夠清除自由基，同時(shí)減少紅細(xì)胞的溶血[47]。張婧萱等[48]采用超聲波乙醇浸提法提取淮山藥中總黃酮，建立提取工藝，并發(fā)現(xiàn)隨著黃酮類物質(zhì)的濃度升高，其對(duì)·OH自由基的清除率也增大[49]。

3.4 調(diào)節(jié)脾胃功能

山藥性緩和，適合具有補(bǔ)中益氣、調(diào)節(jié)脾胃的作用，常作為食療和藥療的主要成分之一，如山藥紅棗粥、健胃消食片[50]。山藥在臨床上常用于治療脾虛久瀉、慢性腸胃炎等癥，研究表明山藥對(duì)正常大鼠的胃排空及血清淀粉酶的分泌有抑制作用，可增強(qiáng)小腸的吸收功能[51]。

3.5 抗腫瘤作用

山藥多糖被認(rèn)為是山藥抗腫瘤主要活性成分，具有免疫調(diào)節(jié)和增強(qiáng)白細(xì)胞吞噬作用，對(duì)腫瘤治療具有潛在作用。趙國(guó)華等[52]采用小鼠移植性實(shí)體瘤模型評(píng)價(jià)了山藥多糖RDPS-Ⅰ的抗腫瘤作用，結(jié)果表明50 mg/kg RDPS-Ⅰ對(duì)Lewis肺癌有顯著的抑制作用，但對(duì)B16黑色素瘤的抑制作用不明顯；RDPS-Ⅰ劑量≥150 mg/kg時(shí)對(duì)Lewis肺癌和B16黑色素瘤均有顯著的抑制作用。

3.6 免疫調(diào)節(jié)作用

鄭素玲等[53]研究發(fā)現(xiàn)山藥水煎液能明顯改善老齡小鼠的游泳耐力，具有保護(hù)免疫器官，延緩小鼠衰老進(jìn)程的功能。徐增萊等[54]研究發(fā)現(xiàn)，山藥多糖可增強(qiáng)小鼠淋巴細(xì)胞的增殖能力，促進(jìn)機(jī)體抗體的生成，增強(qiáng)小鼠碳廓清能力。

4 小結(jié)與展望

山藥作為藥食同源的食物之一，市場(chǎng)消耗量巨大，但目前市場(chǎng)銷售的山藥品種魚(yú)龍混雜，目前仍沒(méi)有規(guī)范統(tǒng)一的真?zhèn)纹疯b別標(biāo)準(zhǔn)，2015年版《中國(guó)藥典》中山藥的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)僅包含有一般性狀、顯微與基于對(duì)照藥材的薄層鑒別項(xiàng)，缺少含量測(cè)定項(xiàng)，亟待我們深入研究并建立完善的真?zhèn)纹疯b別方法與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。目前，對(duì)于山藥化學(xué)成分中大分子的研究較多，小分子化合物的分離鑒定報(bào)道較少，山藥中有效的化學(xué)成分仍然需要我們進(jìn)一步研究。此外，雖然目前已經(jīng)有許多山藥藥理作用研究報(bào)道，但確切的發(fā)揮藥效的活性成分及其作用機(jī)制研究仍較少，仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)研究，并為建立山藥科學(xué)合理的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供參考。