山药化学成分与药理活性研究进展

陈梦雨，刘伟，侴桂新,3，王永丽,3*

(1.上海中医药大学 中药研究所，上海 201203；2.上海中医药大学附属曙光医院上海市中医临床重点实验室 肝病研究所，上海 201203;3.上海中药标准化研究中心，上海 201203)

山药为薯蓣科植物薯蓣(DioscoreaoppositaThunb.)的干燥根茎，是我国传统的药食同源食物之一，因其较好的药用保健功效和糯香可口的风味品质深得世人喜爱[1]，一直受到广大药物及农业研究者的关注。我国自夏、商起便开始种植山药，明清以来逐渐将其应用为药材，《神农本草经》《本草纲目》均将其列为上品[2]。山药以河南焦作(古怀庆府)所产最为道地，称为“怀山药”。性甘，平。归脾、肺、肾经。功效是补脾养胃，生津益肺，补肾涩精[3]。现代化学成分研究发现山药中主要含有多糖、氨基酸、脂肪酸、山药素类化合物、微量元素、淀粉、蛋白质等成分，其根茎中亦含有甾体、薯蓣皂苷、尿囊素、菲及联苄类等化学成分[4-6]。现代药理活性研究表明，山药具有降血糖、降血脂、抗氧化等多种功效。临床上广泛用于治疗糖尿病、肾炎、癌症等疾病。本文对其种属来源及真伪鉴别、化学成分及药理作用进行总结，以期为其进一步深入研究提供参考。

1 中药山药的种属来源及真伪鉴别

山药始载于《神农本草经》，记载其“主伤中，补虚羸，除寒热邪气，补中益气力，长肌肉，久服耳目聪明”，被列为上品[7]。主产于河南，是“四大怀药”之一，称为怀山药。《中华人民共和国药典》历次版本均有收载，其植物来源为薯蓣科植物薯蓣(D.oppositaThunb.)的干燥根茎，是药用山药的法定基源植物。

目前，在我国大面积种植的薯蓣属植物主要有4种：薯蓣(怀山药)(D.oppositeThunb.)、参薯(淮山药)(D.alataL.)、褐苞薯蓣(广西山药)(D.persimilisPrain et Burkill.)和山薯(广东山药)(D.fordiiPain et Burkill.)。近年来，山药的市场需求不断增长，同属植物褐苞薯蓣及参薯的根茎为山药习用品[8-9]，市场上亦混入了山药伪品，包括山薯、日本薯蓣(D.japonicaThunb.)及大戟科木薯(ManihotesculentaCrantz)的根茎，三者饮片性状与山药正品相似而混入市场，使药用市场流通的山药质量鱼龙混杂，严重影响其临床应用和产品研发。刘家水[10]等通过显微鉴别建立山药真伪品及习用品的快速区分方法，其中针晶束、石细胞的有无可作为区别山药混伪品重要的显微特征：山药、日本薯蓣、木薯无石细胞，褐苞薯蓣、参薯、山薯有石细胞；山药、参薯、山薯、日本薯蓣有草酸钙针晶束，褐苞薯蓣、木薯无草酸钙针晶束。陈新[11]介绍了山药及其混伪品的经验鉴别、原植物比较和显微鉴别，得出结论山药与其混伪品在一般性状比较接近，但是在山药商品经验鉴别和显微鉴别方面有明显差异(见表1)，性状鉴别中山药两端有凹窝，山薯、褐苞薯蓣、参薯两端无凹窝；显微鉴别中山药无中柱鞘石细胞环层，山薯、褐苞薯蓣、参薯有中柱鞘石细胞环层；山药、褐苞薯蓣、参薯无色素细胞，山薯有色素细胞。此外，山药红棕色筋脉点明显，日本薯蓣筋脉点不明显，也可作为区分薯蓣与日本薯蓣的鉴别点。

表1 山药及其混伪品的鉴别

2 山药化学成分研究进展

2.1 多糖

山药多糖是近年来山药研究的热点，作为主要活性成分之一，山药活性多糖具有降糖、抗氧化、抗肿瘤及增强免疫作用[1]。多糖的组成及结构较复杂，山药多糖包括均多糖、杂多糖及糖蛋白，其糖基组成和含量也各不相同[12]。JU Y等[13]从怀山药中分离出的多糖，经结构鉴定发现主要由甘露糖∶葡萄糖∶半乳糖∶葡萄糖醛酸(0.5∶1.2∶0.3∶0.3)的比例组成。乔善义等[14]从山药中得到两个均一多糖，均为[α-D-Glc(1→4)-]n型葡聚糖，分子量分别为63 000和7 400 Da。王刚等[15]分离纯化得到两个均一多糖S1和S2，均由葡萄糖组成，HPLC法测得山药总多糖含量为16.42%。吴丹[16]分离纯化得到一个中性多糖、一个酸性多糖，其中中性多糖由鼠李糖∶木糖∶甘露糖∶半乳糖(8∶16∶25∶10)的比例组成，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)的比例组成。张俊婷[17]分离纯化得到两个多糖CYP-1和CYP-2，经结构鉴定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)的比例组成，CYP-2由鼠李糖∶阿拉伯糖∶葡萄糖∶半乳糖(1∶2.05∶5.26∶8.16)的比例组成。目前报道山药多糖的提取方法有水提醇沉法、稀酸浸提法、碱液浸提法和酶解法，还有应用超声波和微波等技术进行辅助提取，其中水提醇沉法[18-19]最为常见。

2.2 氨基酸

氨基酸包括必需氨基酸和非必需氨基酸两种，蛋白质营养价值与人体所需的8种必需氨基酸的含量有密切的关系[20]。山药中含有18种氨基酸成分，8种是人体必需氨基酸，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为精氨酸、丝氨酸和天冬氨酸[21]。陈艳等[22]用氨基酸分析仪测定淮山药中17种氨基酸含量，总氨基酸质量分数高达7.256%，其中赖氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸等7种人体必需氨基酸占总氨基酸含量的25.32%。

2.3 脂肪酸

王勇等[23]利用气相色谱-质谱联用技术对脂肪酸甲酯化产物进行分离鉴定，共检测27种脂肪酸类成分，其中18种饱和脂肪酸，占脂肪酸总量的51%，十六烷酸为最主要成分；9种不饱和脂肪酸，占总脂肪酸量的49%，主要为亚油酸、亚麻酸和油酸。亚油酸和亚麻酸分别属于ω-6和ω-3多不饱和脂肪酸(PUFA)家族。现代大量临床研究表明，ω-6和ω-3 PUFA分别能够降低血清中胆固醇水平和甘油三酯水平。

2.4 山药素类成分

山药素类成分为山药较为特殊的一类化学成分，山药素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ最早由日本学者在1987年从零余子中分离鉴定出来[24]。山药素Ⅰ具有抑制α-D-葡萄糖苷酶的活性，可能是山药降糖作用的潜在活性成分之一[25]。朱金花等[26]采用HPLC法对怀山药四个部位(块茎、皮、茎叶、零余子)中山药素Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ进行含量测定(见表2[26])，发现怀山药的零余子和茎叶中均含有4个山药素化合物，山药皮中含有3个山药素化合物(山药素Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ)且含量均高于其他部位，块茎中含有2个山药素化合物(山药素Ⅰ、Ⅲ)。

表2 怀山药不同部位(皮，零余子，块茎和茎叶) 中山药素类成分的含量

2.5 尿囊素

尿囊素(allantoinum)化学名称为2,5-二氧代-4-咪唑烷基脲，属于咪唑类杂环化合物。具有镇静、局部麻醉等作用[27]，是皮肤良好的愈合剂和抗溃疡药剂。文庆等[28]采用HPLC法对山药中尿囊素进行含量测定，发现不同样品中尿囊素含量范围为0.21%～0.82%，初步拟定山药中尿囊素含量应≥0.3%，可为山药质量标准的完善提供参考。

2.6 微量元素

山药中富含微量元素Zn、Fe、Mn、Cu、Se和常量元素Ca，Zn、Fe可直接和间接影响蛋白质和核酸的合成及细胞繁殖功能，同时参与调节细胞免疫功能[29]，元素Ca在人体心血管疾病的发生和预防最发挥重要作用[21]。

2.7 淀粉

淀粉是山药中的主要碳水化合物，含量较高，一般为16%～20%，其组成及含量在山药生长过程中受环境影响较大[30]。WANG等[31]通过电镜扫描确定山药淀粉颗粒呈广椭圆形及椭圆形，大小主要在8 μm～80 μm，通过X-射线衍射图像可知其晶体结构为CB型。另有研究发现山药淀粉属于C型淀粉，酸水解后，淀粉晶体形态由C型转化为A型[32]。

2.8 其他类成分

白冰等[33]从山药中分离并鉴定了柠檬酸单甲酯、柠檬酸双甲酯、柠檬酸三甲酯、棕榈酸、油酸、β-谷甾醇醋酸酯等12个化合物[34]。刘军伟等[35]从山药地上部分石油醚部位中分离鉴定了11个化合物，分别为9，19-cyclolart-25-en-3β，24R-diol、cycloeucalenol、表木栓醇、(24S) -24-乙基胆甾-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，山药中还含有3,4-二羟基苯乙胺、多酚氧化酶、黄酮、蛋白质、甾醇类化合物及盐酸多巴胺。

3 山药药理作用研究进展

3.1 降血糖作用

大量研究表明山药多糖具有显著降血糖作用。LI等[36]采用地塞米松诱导的胰岛素抵抗性葡萄糖/脂质代谢糖尿病小鼠模型，评价不同浓度山药多糖混合物和不同分子量山药多糖HSY-I (>50 kDa)、HSY-II (10 to 50 kDa)、HSY-III (<10 kDa)的降血糖作用，发现HSY-I和HSY-II能够显著降低模型小鼠空腹血糖、胆固醇及甘油三酯，表明山药多糖具有显著降血糖作用。何云等[37]发现山药多糖的剂量和其对糖尿病大鼠的降糖作用在某种程度呈一定的正比关系，且有保护胰岛功能的作用。郜红利等[38]发现山药多糖可降低四氧嘧啶诱导糖尿病小鼠的空腹血糖，促进体重恢复，其作用机制可能与增加胰岛素分泌、改善受损坏的胰岛β细胞功能及清除过多自由基等有关。LWU等[39]研究发现山药水溶性成分(如多糖)与山药降血糖作用有关。此外，还有研究对山药多糖降血糖作用机制进行探讨，发现其作用可能与其具有调整脂质代谢紊乱、抑制氧化应激反应、提高糖代谢关键酶活性等有关[40-42]。

3.2 降血脂作用

山药淀粉成分被认为具有降血脂作用，PREMA P等[43]研究山药对于动脉粥样硬化模型小鼠的作用，发现小鼠喂养提纯山药淀粉，其血清中类脂质浓度、主动脉和心脏中的糖浓度显著降低[44]。WANG等[45]采用高脂血症大鼠比较了山药淀粉与马铃薯淀粉的降血脂作用，发现山药淀粉能显著降低模型大鼠血清中总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯，降低率分别为33.8%、27.5%和46.2%。马铃薯淀粉也降低三者水平，但结果并不显著。结果表明，山药淀粉可降低血脂水平，且作用显著优于马铃薯淀粉。

3.3 抗氧化作用

山药多糖与黄酮类成分发现具有不同程度抗氧化作用，王丽霞等[46]研究山药蛋白多糖体外抗氧化作用，发现山药蛋白多糖具有明显的抗氧化作用，能够清除自由基，同时减少红细胞的溶血[47]。张婧萱等[48]采用超声波乙醇浸提法提取淮山药中总黄酮，建立提取工艺，并发现随着黄酮类物质的浓度升高，其对·OH自由基的清除率也增大[49]。

3.4 调节脾胃功能

山药性缓和，适合具有补中益气、调节脾胃的作用，常作为食疗和药疗的主要成分之一，如山药红枣粥、健胃消食片[50]。山药在临床上常用于治疗脾虚久泻、慢性肠胃炎等症，研究表明山药对正常大鼠的胃排空及血清淀粉酶的分泌有抑制作用，可增强小肠的吸收功能[51]。

3.5 抗肿瘤作用

山药多糖被认为是山药抗肿瘤主要活性成分，具有免疫调节和增强白细胞吞噬作用，对肿瘤治疗具有潜在作用。赵国华等[52]采用小鼠移植性实体瘤模型评价了山药多糖RDPS-Ⅰ的抗肿瘤作用，结果表明50 mg/kg RDPS-Ⅰ对Lewis肺癌有显著的抑制作用，但对B16黑色素瘤的抑制作用不明显；RDPS-Ⅰ剂量≥150 mg/kg时对Lewis肺癌和B16黑色素瘤均有显著的抑制作用。

3.6 免疫调节作用

郑素玲等[53]研究发现山药水煎液能明显改善老龄小鼠的游泳耐力，具有保护免疫器官，延缓小鼠衰老进程的功能。徐增莱等[54]研究发现，山药多糖可增强小鼠淋巴细胞的增殖能力，促进机体抗体的生成，增强小鼠碳廓清能力。

4 小结与展望

山药作为药食同源的食物之一，市场消耗量巨大，但目前市场销售的山药品种鱼龙混杂，目前仍没有规范统一的真伪品鉴别标准，2015年版《中国药典》中山药的质量标准仅包含有一般性状、显微与基于对照药材的薄层鉴别项，缺少含量测定项，亟待我们深入研究并建立完善的真伪品鉴别方法与质量标准。目前，对于山药化学成分中大分子的研究较多，小分子化合物的分离鉴定报道较少，山药中有效的化学成分仍然需要我们进一步研究。此外，虽然目前已经有许多山药药理作用研究报道，但确切的发挥药效的活性成分及其作用机制研究仍较少，仍有待进一步加强相关研究，并为建立山药科学合理的质量标准提供参考。