山藥化學(xué)成分及皂苷類成分藥理作用的研究進展

范曉陽，侯彥婕，賈世艷，司瑞花，鄭博文，劉光珍

（1.山西省中醫(yī)藥研究院，山西 太原 030012；2.山西中醫(yī)藥大學(xué)，山西 晉中 030619；3.山西省中醫(yī)院，山西 太原 030012）

山藥，又名薯蕷，性平，味甘，歸脾、肺、腎經(jīng)，是多年生纏繞草質(zhì)藤本，根莖橫走，其藥用部位主要是根莖［1］。研究表明，山藥根莖中主要活性成分是甾體皂苷類、多糖、尿囊素等。皂苷類主要包括纖細(xì)薯蕷皂苷、薯蕷皂苷和延齡草皂苷等，此外還有黃酮類和菲醌類化合物，目前已經(jīng)從山藥根莖中分離出了20 多種化合物［2－3］。山藥中活性成分具有抗氧化、抗炎鎮(zhèn)痛、降低血糖和免疫調(diào)節(jié)等生物學(xué)活性［4］，已被用作合成治療冠心病的甾體激素和皂苷類藥物［5］的重要工業(yè)原料。本文通過查閱近年來相關(guān)文獻，對山藥中的化學(xué)成分進行歸納整理，并對皂苷類化合物的藥理作用進行綜述，以期為山藥的進一步開發(fā)利用提供一定的參考依據(jù)。

1 化學(xué)成分與提取工藝

根莖是山藥的主要藥用部位，其根莖中主要的化學(xué)成分為甾體皂苷類，此外，在山藥中還存在黃酮、酚苷類、菲類、甾醇、樹脂、淀粉和多糖等其他化合物，其中皂苷類占其化學(xué)成分的50%以上［3－6］。

1.1 皂苷類成分

山藥總皂苷主要包括纖細(xì)薯蕷皂苷、延齡草皂苷、薯蕷皂苷、穗菝葜甾苷以及由山藥總皂苷經(jīng)過水解得到的薯蕷皂苷元等活性成分。研究人員應(yīng)用不同的方法進行山藥總皂苷的提取，應(yīng)用復(fù)合酶法聯(lián)合超聲提取技術(shù)來提取山藥總皂苷，發(fā)現(xiàn)相關(guān)酶不會破壞薯蕷皂苷的結(jié)構(gòu)，而且還具有高效、快速的優(yōu)點［7］，在此基礎(chǔ)上，山藥先經(jīng)生物酶預(yù)處理后進行醇提酸解法能得到較高得率的山藥總皂苷［8］。除應(yīng)用上述的提取方法外，研究人員還采用兩步法大孔樹脂柱色譜法提取薯蕷皂苷，僅應(yīng)用水和乙醇做溶劑就能得到較高產(chǎn)量的薯蕷皂苷［9］，得到的薯蕷皂苷在進行雜質(zhì)的分離鑒定中發(fā)現(xiàn)其有黃山藥皂苷［10］。

1.2 多糖類成分

山藥水提取液中含有大量的多糖。XUE 等［11］采用單因素實驗、Box－Behnken 設(shè)計（BBD）和響應(yīng)面法（Response Surface Methodology，RSM）相結(jié)合的方式來研究超濾pH、溫度和壓力對薯蕷多糖提取率的影響，得出最佳的超濾液萃取條件為：pH 值6.5、20 ℃、0.03 MPa，并且確定山藥單糖組成為50.8%葡萄糖、24.2%甘露糖和11.8%半乳糖。在確定了最佳的提取工藝后，研究人員采用DEAE－Sepharose CL－6B 柱層析法從山藥提取液中分離出多糖，通過凝膠進一步純化，純化后的餾分為單組分多糖并含有醛酸，主要由葡萄糖、果糖和半乳糖組成［12－13］。在多糖的純化過程中，研究人員采用山藥多糖的保留率和相關(guān)蛋白的去除率作為相關(guān)的指標(biāo)，利用響應(yīng)面分析法確定木瓜蛋白酶法與Sevag法相結(jié)合為最佳脫蛋白工藝，利用此方法山藥多糖的蛋白去除率和多糖的保留率分別能達到90%和80%以上［14］。同時，研究人員也進行了山藥多糖的脫色工藝研究，通過比較反膠束溶液法、大孔樹脂法、雙氧水法以及活性炭法4 種方法的脫色效果，采用單因素結(jié)合響應(yīng)面的方法得出利用雙氧水脫色效果最好，脫色率和多糖保留率都能達到90%以上［15］。

1.3 其他活性成分

山藥中除了含量豐富的皂苷類和多糖類成分外，還存在許多如氨基酸、菲醌類和酚類等生物活性成分。在研究山藥生物活性成分過程中，從山藥根莖中分離出兩個新的環(huán)二芳庚酮類化合物，化合物1的結(jié)構(gòu)確定為（1S，3R，5S）－1，7－二（4－羥基－3－甲氧基）－1，5－環(huán)氧－3－羥基庚烷，化合物2 的結(jié)構(gòu)為（1S，3S，5S）－1，7－二（4－羥基－3－甲氧基苯基）－1，5－環(huán)氧－3－羥基庚烷，二者互為旋光異構(gòu)體；同時研究人員又采用硅膠柱層析法、高效液相色譜法對山藥乙酸乙酯提取物進行植物化學(xué)研究，分離鑒定出4種新的酚類化合物和3種新的二苯乙烯衍生物［16－17］。氨基酸同樣可以用柱層析法來分離，研究人員以異硫氰酸苯酯為衍生劑，建立了一種柱前衍生與反高效液相色譜相結(jié)合的方式檢測出21種游離的氨基酸和水解氨基酸［18］，此方法可以適用于測定山藥提取物中各種氨基酸的含量。LI等［19］從山藥的石油醚和乙酸乙酯的提取液中分離得到8個甾體皂苷、3個固醇、2個二苯基庚烷、1個異香豆素、1個氨基酸和1個酚類衍生物，并對肺癌的細(xì)胞株進行了抗腫瘤活性檢測，證明其顯著有效。其他成分見表1。

表1 山藥中的化學(xué)成分

2 皂苷類成分的藥理作用

2.1 對肝臟的保護作用

肝臟是人體內(nèi)重要的代謝器官，在去除毒素，儲存糖原和蛋白質(zhì)合成方面起著重要的作用。隨著人類生活水平的提高，肝臟疾病的發(fā)病率逐年升高，嚴(yán)重威脅人們的健康，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，山藥在治療肝臟疾病方面有很好的作用和療效。

薯蕷皂苷能抑制CCl4誘導(dǎo)的急性肝損傷小鼠血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶（Alanine aminotransferase，ALT）和谷草轉(zhuǎn)氨酶（Aspartate aminotransferase，AST）活性的升高，可能是通過抑制脂質(zhì)過氧化、炎癥細(xì)胞因子的壞死和凋亡實現(xiàn)的［30］。薯蕷皂苷通過減低ALT和AST的活性和TNF－α、Bax 等相關(guān)基因表達來調(diào)控Bcl－2 mRNA的表達水平，進一步研究發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷是通過抑制炎癥和細(xì)胞凋亡來起到對肝臟的保護作用［31］。此外，薯蕷皂苷還能通過降低體內(nèi)MDA、iNOS 和NO 水平，調(diào)節(jié)TLR4/MyD88 通路，降低炎癥因子IL－1β、IL－6、TNF－α、IκBα、p50和p65的水平，實現(xiàn)炎癥修復(fù)，并改善氧化應(yīng)激反應(yīng)起到對肝臟的保護作用［32］。

脂肪性肝病分為兩類，酒精性脂肪性肝病和非酒精性脂肪性肝病。薯蕷皂苷在治療酒精性脂肪肝時，可以防止乙醇引起的線粒體超微結(jié)構(gòu)改變和凋亡，抑制乙醇誘導(dǎo)的細(xì)胞色素、腫瘤壞死因子和活化核因子κB 的表達，進而下調(diào)絲裂原活化蛋白激酶磷酸化水平來達到治療的目的［33］。而在非酒精性脂肪肝的研究中發(fā)現(xiàn)，山藥總皂苷可通過上調(diào)ACADM 和ACADS 等相關(guān)基因的表達，促進脂肪酸的氧化；下調(diào)SREBP－1c、FAS、ACC1 等的表達，抑制甘油三酯和膽固醇的合成；還有助于預(yù)防脂質(zhì)沉積，可能通過獨立途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞自噬，從而起到治療酒精性脂肪肝的效果［34］。

2.2 降血糖作用

研究者將薯蕷皂苷注射到糖尿病模型的大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷對糖尿病大鼠心腦脂質(zhì)沉積有治療作用，還通過抑制3－羥基－3－甲基戊二酸單酰輔酶A 還原酶（3－h(huán)ydroxy－3－methyl glutaryl coenzyme A reductase，HMG－CoA 還原酶）mRNA 的表達水平，進而降低糖尿病大鼠體內(nèi)HMG－CoA 還原酶的水平［35］。另有研究發(fā)現(xiàn)，山藥總皂苷的水解物薯蕷皂苷元可降低細(xì)胞內(nèi)促凋亡蛋白Bax和Caspase－3表達，增強抗凋亡蛋白Bcl－2 表達，通過抑制細(xì)胞凋亡的作用改善糖尿病大鼠的癥狀［36］。在應(yīng)用薯蕷皂苷治療鏈脲佐菌素所誘導(dǎo)的2型糖尿病大鼠的過程中發(fā)現(xiàn)，薯蕷皂苷能抑制NF－κB、GRP78，ATF6，eIF2 的蛋白質(zhì)表達，上調(diào)IRS－1、GLUT－4，p－Akt 和p－AMPK 的蛋白質(zhì)表達，提高PFK、PK 和GK 活性，進而調(diào)節(jié)體內(nèi)糖代謝與脂代謝的平衡［37］。

2.3 抗炎作用

在應(yīng)用山藥總皂苷干預(yù)痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎時發(fā)現(xiàn)，山藥總皂苷可以改善大鼠滑膜組織狀況，降低體內(nèi)MKK4 和ICAM1 的蛋白表達，同時還能降低血清中CXCL1 的含量和增加ADP 的含量，機制為促進NALP3的mRNA 和蛋白水平，調(diào)節(jié)MAPK/PPARγ 通道的信號通路來顯示出抗炎作用［38］。在隨后的研究中又發(fā)現(xiàn)山藥總皂苷能降低半乳糖苷酶和葡萄糖醛酸酶的活性，還能提高谷胱甘肽過氧化物酶和總超氧化物歧化酶的活性，進而提高凋亡相關(guān)斑點樣蛋白NALP3 的mRNA和蛋白水平，通過調(diào)節(jié)溶酶體酶的抗氧化能力和NALP3內(nèi)聚腺苷來減輕痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎癥［39］。

薯蕷皂苷對其他關(guān)節(jié)炎也有很好的治療作用。山藥總皂苷可減少患有類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的大鼠滑膜組織中cd31標(biāo)記的微血管數(shù)量，抑制VEGF和STAT3蛋白表達，薯蕷皂苷可能通過抑制STAT3的表達和NF－κBp65與DNA 結(jié)合活性，從而治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎［40］。在治療膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎時，薯蕷皂苷通過顯著降低IL－17A、IL23p19的表達，抑制Th17細(xì)胞的分化和減少IL－17A的產(chǎn)生來對抗炎癥因子，起到抗炎作用［41］。

2.4 免疫調(diào)節(jié)作用

山藥總皂苷也具有一定的免疫調(diào)節(jié)作用，對自身免疫性疾病有很好的治療效果。山藥總皂苷可使再生障礙性貧血小鼠血清中的促炎細(xì)胞因子IL－2和IFN－γ的濃度顯著降低，抗炎細(xì)胞因子IL－4 顯著升高，薯蕷皂苷還能有效抑制細(xì)胞內(nèi)凋亡蛋白Caspase－3 的表達，抑制炎癥性TH1細(xì)胞因子進而發(fā)揮抗凋亡作用［42］，還可下調(diào)再障小鼠p－mTOR、p－S6 基因及蛋白表達，從而抑制T淋巴細(xì)胞的異常激活，改善骨髓造血功能，發(fā)揮免疫抑制作用［43］。在山藥總皂苷治療系統(tǒng)性紅斑狼瘡小鼠方面，山藥總皂苷可以抑制TNF－α的分泌來降低機體內(nèi)J774A.1 細(xì)胞炎癥水平，抑制UNC93B1/TLR7/TLR9 通路的活化，從mRNA 和蛋白水平上降低腎臟和脾臟UNC93B1的表達，起到免疫調(diào)節(jié)作用［44］。

2.5 抗腫瘤作用

在細(xì)胞凋亡與增殖的研究過程中，有些研究者發(fā)現(xiàn)山藥提取物對腫瘤細(xì)胞的凋亡有顯著作用。在應(yīng)用山藥水提物治療口腔癌時發(fā)現(xiàn)，山藥總皂苷能抑制人口腔癌細(xì)胞HSC－3的遷移能力和基質(zhì)金屬蛋白酶－2（Matrix metalloproteinase－2，MMP－2）的活性；研究還發(fā)現(xiàn)山藥總皂苷對MMP－2 的抑制作用是通過抑制HSC－3細(xì)胞中MMP－2啟動子上的核易位和cAMP反應(yīng)元件與激活蛋白－1 結(jié)合活性來實現(xiàn)的［45］。在薯蕷皂苷治療肺癌過程中發(fā)現(xiàn)，其在體外能誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞M2 向M1 轉(zhuǎn)變并抑制IL－10 分泌，同時可增強巨噬細(xì)胞的吞噬能力和下調(diào)巨噬細(xì)胞中STAT3和JNK信號通路。在腫瘤細(xì)胞中，薯蕷皂苷活化JNK 并抑制STAT3可以誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1 極化，而抑制JNK 并激活STAT3 可以向M2 極化［46］。薯蕷皂苷能夠抑制PI3K 和Akt的磷酸化，下調(diào)相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子NF－κB和SP-1信號通路［47］，還能明顯抑制金屬蛋白酶－9活性和mRNA的水平，因此表現(xiàn)出對腫瘤細(xì)胞的抗轉(zhuǎn)移作用［48］。薯蕷皂苷能夠下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤等抗凋亡蛋白的表達，進一步發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷是通過固有的線粒體Caspases信號通路使細(xì)胞神經(jīng)突收縮和細(xì)胞膜起泡等令細(xì)胞出現(xiàn)損傷，進而起到對腫瘤細(xì)胞的凋亡作用的［49］。

2.6 降尿酸作用

目前全球高尿酸血癥的發(fā)病率逐年增高，嘌呤代謝紊亂和尿酸鹽排泄增強是導(dǎo)致高尿酸血癥的主要原因。研究人員發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷通過上調(diào)有機陰離子轉(zhuǎn)運體1和有機陰離子轉(zhuǎn)運體3蛋白表達，下調(diào)尿酸鹽轉(zhuǎn)運體1蛋白表達來發(fā)揮降尿酸作用，進而對腺嘌呤和乙胺丁醇誘導(dǎo)的高尿酸血癥大鼠起到治療作用［50］。薯蕷皂苷能降低高尿酸血癥大鼠血清中尿酸和肌酐的水平，機制為下調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運體－9 和上調(diào)有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋－1（organicaniontransporter－1，OAT－1）的活性。薯蕷皂苷的代謝物薯蕷皂苷元能顯著抑制尿酸鹽的再吸收，機制為抑制尿酸鹽重吸收轉(zhuǎn)運子和促進三磷酸腺苷結(jié)合轉(zhuǎn)運蛋白G的活性［51］，促進OAT－1和抑制尿酸鹽轉(zhuǎn)運體1蛋白水平的表達，此外還可通過抑制黃嘌呤氧化酶的活性來治療高尿酸血癥和起到對腎臟的保護作用［52］。

2.7 在腎病中的治療作用

在臨床治療腎病的過程中，劉光珍教授從“凉血化瘀”論治腎病，將山藥、鬼箭羽和白花蛇舌草按照最佳配伍制成復(fù)方蛇龍膠囊，經(jīng)動物實驗證實，該配伍在緩解腎臟炎癥損傷、保護腎小球濾過功能等方面具有一定的作用，而且還有減少蛋白尿、防止足細(xì)胞損傷的功效［53］。其機制是通過上調(diào)腎病大鼠腎小球足細(xì)胞裂孔隔膜上Nephrin 蛋白、Podocin 蛋白及mRNA 的表達，改善腎小球超微結(jié)構(gòu)的病理變化，從而降低阿霉素腎病大鼠的蛋白尿［54］。

在實驗研究方面也證明了山藥總皂苷對治療腎病有很大作用。山藥總皂苷能顯著降低血清中BUN 水平［55］，抑制Wnt 信號通路，下調(diào)TGF－β1 表達，從而起到保護系膜細(xì)胞的作用，減輕腎臟細(xì)胞損傷［56］。在脂多糖致腎損傷研究中，薯蕷皂苷元抑制了ROS 的水平，減輕氧化應(yīng)激；抑制let－7i/TLR4/MyD88 信號通道減輕炎癥，從而發(fā)揮保護腎臟作用［57］。在某些研究中還發(fā)現(xiàn)，山藥總皂苷對高果糖導(dǎo)致的腎損傷也具有良好的保護作用，山藥總皂苷可通過調(diào)節(jié)TGF－betal/Smad 信號通路抑制腎纖維化，降低腎臟中尿素的含量，從而達到調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的目的［58］。

3 小結(jié)

山藥作為一種傳統(tǒng)的藥食同源植物，其來源廣泛、價格低廉，具有保肝、抗炎、抗腫瘤、降血糖及免疫調(diào)節(jié)等生物活性，在新藥開發(fā)和疾病的預(yù)防、治療方面具有廣闊前景，但仍有很多問題有待解決，如藥物在體內(nèi)吸收、分布、代謝、排泄過程及作用機制和毒副作用不明等。因此，在加強對山藥皂苷藥物進行藥效學(xué)評價的同時，還需進一步采用現(xiàn)代技術(shù)手段對山藥皂苷的藥效成分精確分析并對其作用機制進行深入研究。