崔藝釩，張璐佳，豐 宇，陳 芳

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院 國家果蔬加工工程技術(shù)研究中心農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 教育部果蔬加工工程技術(shù)研究中心 北京 100083）

山藥（Chinese yam，CY）又稱薯蕷、土薯、薯藥等，為薯蕷科 （Dioscoreaceae） 薯蕷屬（Dioscorea L．）植物薯蕷（Dioscoreaopposita Thunb.）[1]。我國是山藥的原產(chǎn)地，自夏、商開始種植[2]，目前形成東北、華北、西北、華中華東、華南5 個(gè)產(chǎn)區(qū)，其中河南省種植面積達(dá)到7 萬hm2[3]。山藥味甘性平，歸脾、肺、腎經(jīng)[4]，主要功能成分包括多糖、多酚類化合物、皂苷、尿囊素等[5-6]。本文根據(jù)近5年研究，綜述山藥組成成分的理化性質(zhì)，功能活性及作用機(jī)制，并預(yù)測(cè)其應(yīng)用前景，為其作為藥食同源性食品的研究提供理論依據(jù)。

1 山藥主要活性成分研究

山藥營養(yǎng)物質(zhì)豐富，以古懷慶者（今河南焦作）最佳。如表1所示，以鐵棍山藥和普通山藥為例，顯示其營養(yǎng)成分的占比[7]。山藥中活性物質(zhì)有多糖、多酚、磷脂、山藥素（I、II、III、Ⅳ、V）、鹽酸山藥堿、槭素Ⅱ、多酚氧化酶等，包括皂苷、尿囊素、多巴胺、膽甾醇、β 谷甾醇、麥角甾醇、菜油甾醇等多種有機(jī)化合物，另外含有維生素C、微量元素I、Ca、Fe、P[3，8-9]。

表1 山藥的主要營養(yǎng)組成（%）Table 1 Main nutrient composition of Chinese yam（%）

近年來，國內(nèi)外的研究主要集中在多糖、多酚、薯蕷皂苷、尿囊素等物質(zhì)上，這些化學(xué)成分決定山藥的營養(yǎng)價(jià)值和作用活性。山藥多糖（Chinese yam polysaccharide，CYP）的干粉含量約為7.4%～13.5%[10]，主要由甘露糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、半乳糖及少量巖藻糖組成[11]。其組分隨提取條件的不同存在差異，低溫浸提得到的多糖主要由甘露糖組成，高溫煎煮得到的多糖主要由葡萄糖組成[12]。山藥多糖具有增強(qiáng)體液免疫、抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)胃腸道、降血糖等多種功能。

多酚是山藥中重要的抗氧化物質(zhì)，含量約為0.08%～0.11%[13-14]。研究發(fā)現(xiàn)，總酚含量由多至少依次為白肉山藥>紅肉山藥>黃肉山藥，而且肉色越深山藥的總酚化合物含量越高。由于總酚由類黃酮、酚酸和單寧這3 種酚類化合物構(gòu)成，研究山藥生長中多酚含量變化，發(fā)現(xiàn)類黃酮是最主要的酚類物質(zhì)，占到六成以上，主要由花青素和黃酮醇構(gòu)成[15]。紫山藥（Dioscoreaalata）的肉質(zhì)部和表皮均含有較多類黃酮化合物等酚類抗氧化物質(zhì)，并且山藥皮中含量較高[16]。

薯蕷皂苷（Diosgenin，DG）由螺甾烷型的薯蕷皂苷元和糖鏈以糖苷鍵相連，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，在山藥干粉中占0.6%～1.0%[17]，在皮中含量最高[18]。近年來，關(guān)于薯蕷皂苷的功能性研究主要集中在調(diào)節(jié)免疫、抗腫瘤、抗炎鎮(zhèn)痛、保護(hù)胃腸黏膜等方面。此外，在山藥小分子活性成分的研究領(lǐng)域，以尿囊素（Allantoin）、膽堿（Choline）的研究居多[5]。尿囊素是咪唑類化合物，分子式為C4H6N4O3，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。尿囊素是山藥主要的有效成分之一，占比在0.9%～1.0%之間，其含量在山藥及其產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)價(jià)上起著重要指標(biāo)作用[17]。

圖1 山藥活性物質(zhì)（薯蕷皂苷和尿囊素）的分子結(jié)構(gòu)Fig.1 Molecular structures of Chinese yam active constituents （diosgenin and allantoin）

2 山藥的營養(yǎng)功能研究

山藥氣味平和，溫補(bǔ)而不驟，微香而不燥，是中醫(yī)常用的一味健脾補(bǔ)氣良藥[19]。關(guān)于山藥營養(yǎng)功效始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，稱“能補(bǔ)虛贏，益氣力，久服耳目聰明，輕身延年”?！侗静菥V目》將其概括為“益腎氣，健脾胃，止泄痢，化痰涎，潤皮”五大功用[5]。

2.1 調(diào)節(jié)免疫

如表2所示，CYP 可提高T 淋巴細(xì)胞增殖能力和 NK 細(xì)胞活性，同時(shí)促進(jìn)白細(xì)胞介素2（Interleukin-2，IL-2）、腫瘤壞死因子（Tumor necrosis factor α，TNF-α）、干擾素-γ（Interferonγ，IFN-γ）、主要組織相容性復(fù)合體（Major histocompatibility complex，MHC）水平升高[20-23]。除了增強(qiáng)體液免疫，CYP 還能促進(jìn)吞噬細(xì)胞向M1型極化，激活其吞噬能力，增強(qiáng)細(xì)胞免疫功能[24]，其中作用機(jī)制包括調(diào)節(jié)Toll 樣受體4 （Toll like receptor 4，TLR4）-核因子κB（Nuclear factor κB，NFκB），促進(jìn)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶（Extracellular -signal regulated protein kinase，ERK）、c-Jun N 末端蛋白激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）、p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38） 磷酸化，激活絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）途徑[25]。除此之外，可以緩解卡介苗和脂多糖 （Lipopolysaccharide，LPS） 誘導(dǎo)的肝指數(shù)、脾指數(shù)降低[26]。

表2 山藥免疫功能研究現(xiàn)狀Table 2 Research status of immune function of Chinese yam

低劑量薯蕷皂苷治療可以促進(jìn)抗菌肽（Antimicrobial peptide，AMP）表達(dá)，上調(diào)AMP 相關(guān)基因如β-防御素（β-defensin）、RegIIIγ，增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞（Intestinal epithelial cell，IEC）增殖，從而激活免疫；而高劑量薯蕷皂苷可以減少促炎因子和固有層單核細(xì)胞（lamina propria mononuclear cells，LPMC）水平，控制過度的適應(yīng)性免疫反應(yīng)?？傊?，薯蕷皂苷可以通過修復(fù)腸黏膜屏障，發(fā)揮腸道免疫功能[27]。

此外，研究顯示飼喂山藥皮能夠提升腸道酶活性和抗炎水平，增加短鏈脂肪酸 （Short-chain fatty acids，SCFAs）含量，抑制腸道病原體生長。作為水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料添加劑，提升鯉魚免疫力[6]。

2.2 抗炎

體內(nèi)炎癥反應(yīng)與阿爾茲海默癥（Alzheimer's disease，AD）、炎癥性腸病（Inflammatory bowel disease，IBD）、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖等慢性疾病的發(fā)生息息相關(guān)[29]。如表3所示，山藥全粉明顯上調(diào)碳酸酐酶活性，下調(diào)iNOS、COX-2、IL-1β、IL-6、TNF-α 等炎癥因子水平，對(duì)炎癥有干預(yù)效果[30]。山藥皮提取物可以顯著降低一氧化氮（Nitric oxide，NO）、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子（Granulocyte -macrophage colony -stimulating factor，GM-CSF）的表達(dá)，促進(jìn)p65 核位移，并且抑制ROS 產(chǎn)生，通過轉(zhuǎn)錄因子NF-E2 相關(guān)因子2（Nuclear factor （erythroid-derived 2）-like 2，Nrf2）核位移，上調(diào)下游抗氧化酶，如血紅素加氧酶（Heme oxygenase，HO）-1、腺嘌呤二核苷酸醌氧化還原酶（NADPH quinine oxidoreductase，NQO）-1[31]。

表3 山藥抗炎功能研究現(xiàn)狀Table 3 Research status of anti-inflammatory function of Chinese yam

進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，山藥中主要抗炎成分為多酚類物質(zhì)和皂苷類物質(zhì)，山藥皮中的多酚成分包含沒食子酸、阿魏酸等[32]。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，山藥多

酚能夠促進(jìn)神經(jīng)生長因子 （Nerve growth factor，NGF）表達(dá)，抑制NO 水平，主要作用機(jī)制為抑制JNK 信號(hào)通路[14，33]。紫山藥（Dioscorea alata）中的花青素可以降低小鼠體內(nèi)促炎因子水平，改善氧化應(yīng)激，提升一系列緊密連接蛋白（Tight junction protein 1，ZO-1）水平，維護(hù)屏障完整[16]。薯蕷皂苷的抗炎機(jī)制是通過抑制蛋白激酶（Casein kinase，CK）-2，激活JNK、NF-κB，激活子蛋白（Activator protein，AP）-1，抑制巨噬細(xì)胞分泌炎性因子，并且可以促進(jìn)脂肪細(xì)胞分化，抑制肥胖誘導(dǎo)的炎癥[34]；抑制Toll 樣受體 （Toll-like receptors，TLR）TLRNFκB 信號(hào)通路，緩解帕金森癥（Parkinson's Disease，PD）誘導(dǎo)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)障礙及炎癥[35]；在過敏小鼠體內(nèi)增強(qiáng)腸道T 細(xì)胞免疫，消除體內(nèi)過敏原，發(fā)揮抗炎作用[36]；阻斷IKKβ/IRS-1 通路，改善內(nèi)皮紊亂及胰島素抵抗，通過MAPK/Akt/NFκB 信號(hào)通路緩解動(dòng)脈粥樣硬化病變相關(guān)炎癥[37]。

2.3 改善胃腸屏障

山藥具有健脾補(bǔ)虛，治療腸胃失調(diào)，促進(jìn)消化的功效。如表4所示，山藥組分能夠有效緩解抗生素誘導(dǎo)的體重降低，增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)，使宿主代謝表型趨于正常，從而改善腸道失調(diào)[4]。另外，還可以預(yù)防急性胃潰瘍，其機(jī)制與氧化應(yīng)激作用有關(guān)[38]。

表4 山藥改善胃腸屏障功能研究現(xiàn)狀Table 4 Research status of beneficial gastrointestinal barrier function of Chinese yam

CYP 能顯著抑制脾虛小鼠胃排空（Gastric emptying，GE）及小腸推進(jìn)（Small intestinal propulsion，SIP），促進(jìn)小腸吸收[39]。胃腸激素又稱腦腸肽，其水平與腸道蠕動(dòng)及傳輸密切相關(guān)。將CYP 與雙歧桿菌結(jié)合制備微生態(tài)調(diào)節(jié)劑，可以改善胃腸道對(duì)水和電解質(zhì)的運(yùn)輸能力，調(diào)節(jié)腦腸肽水平[40]。CYP 還能夠上調(diào)有益菌，下調(diào)有害菌，改善菌群多樣性，增加SCFA 生成[41]。CYP 可以調(diào)節(jié)脾虛小鼠體內(nèi)環(huán)氧化酶2 （Cyclooxygenase-2，COX-2）、誘導(dǎo)性一氧化氮合酶 （Induced nitric oxide synthase，iNOS）、IL-1β、IL-6、TNF-α 的 表達(dá)。綜上所述，CYP 主要通過增強(qiáng)機(jī)體免疫，調(diào)節(jié)炎癥因子水平及相關(guān)激素酶活，維護(hù)腸道屏障完整性，達(dá)到治療胃潰瘍，調(diào)節(jié)腸道菌群的作用[42]。

臨床采用尿囊素鋁治療胃炎及消化性潰瘍患者，研究表明，尿囊素具有抗刺激物，消炎抑菌，生肌作用，可用于胃及十二指腸潰瘍，能夠減輕有害物對(duì)胃黏膜細(xì)胞的損傷，保護(hù)胃腸黏膜[43]。

2.4 調(diào)節(jié)糖脂代謝

山藥具有調(diào)節(jié)糖脂代謝的功效。山藥中抗性淀粉可以減緩餐后血糖效應(yīng)，其中，黏液蛋白也發(fā)揮了降血糖的功效[5]。如表5所示，CYP 能提高己糖激酶（Hexokinase，HK）、琥珀酸脫氫酶（Succinate dehydrogenase，SDH）活性，降低血清總膽固醇（Total cholesterol，TC）、甘油三酯（Triglyceride，TG）、低密度脂蛋白膽固醇（Low density lipoprotein cholesterol，LDL-C）、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量，增加高密度脂蛋白膽固醇（High density lipoprotein cholesterol，HDL-C）含量[32，47-48]。除此之外，CYP 顯著增加胰島細(xì)胞存活率，促進(jìn)抗凋亡基因bcl-2 的表達(dá)，上調(diào)胰島素受體 （INSR）、胰島素受體底物（Insulin receptor substrate，IRS）、磷脂酰肌醇3 激酶（Phosphatidylinositol 3kinase，PI3K）水平，改善胰島素分泌[10，49]。并且協(xié)同抗氧化作用，激活超氧化物岐化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）、GSH-Px，發(fā)揮降血糖、血脂的功能[42，50]。

表5 山藥調(diào)節(jié)糖脂代謝功能研究現(xiàn)狀Table 5 Research status of regulating glucose and lipid metabolism function of Chinese yam

山藥中的尿囊素具有抗氧化作用，能夠降低肌酐（Creatinine，Cre）、血尿素氮（Blood urea nitrogen，BUN）、尿酸（Uric acid，UA）、堿性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）等腎臟功能相關(guān)酶活性，保護(hù)肝臟和腎臟。并且改善胰島β 細(xì)胞形態(tài)功能，促進(jìn)胰高血糖素樣肽-1 （Glucagon like peptide-1，GLP-1）釋放，有效治療糖尿病[51]。

薯蕷皂苷在動(dòng)物水平上可以有效緩解高膽固醇飲食誘導(dǎo)的高膽固醇血癥。其作用機(jī)制為增加膽汁分泌，緩解氧化應(yīng)激引起的DNA 損傷，降低血漿和肝臟中TC 水平，從而抑制膽固醇吸收[52-53]。

2.5 抗氧化

體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證明，山藥具有抗氧化及抗衰老活性。如表6所示，CYP 具有還原性和自由基清除活性，可以下調(diào)促凋亡蛋白Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bcl-2 assaciated X protein，Bax）水平[54-55]。此外，CYP 通過調(diào)節(jié)p53/p21 衰老基因相關(guān)通路，抑制神經(jīng)細(xì)胞缺氧性凋亡和大腸桿菌生長[56]。數(shù)據(jù)顯示，CYP 呈劑量依賴型，可調(diào)節(jié)血清、肝、腦、心、脾等組織的氧化應(yīng)激，抑制脂質(zhì)過氧化（Lipid peroxidation，LPO），降低過氧化物酶（Peroxidase，POD）、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）和三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate，ATP）相關(guān)酶的活力水平[57]?？寡趸瘷C(jī)制是通過清除自由基，調(diào)節(jié)系統(tǒng)相關(guān)酶活力，抑制衰老基因表達(dá)而實(shí)現(xiàn)。山藥低聚糖也能夠清除自由基，實(shí)現(xiàn)抗氧化功效[8]。

表6 山藥的抗氧化功能研究現(xiàn)狀Table 6 Research status of antioxidation function of Chinese yam

山藥中含有的多酚類物質(zhì)具備強(qiáng)還原性，其酚羥基既能與蛋白質(zhì)結(jié)合，又能與金屬離子發(fā)生螯合作用，并且可以清除體內(nèi)自由基，抗脂質(zhì)過氧化，調(diào)節(jié)胞內(nèi)氧化應(yīng)激[58-59]。

薯蕷皂苷對(duì)心肌梗塞模型鼠的治療與其抗氧化作用密切相關(guān)，它通過提高GSH、SOD、CAT、GSH-Px、谷胱甘肽還原酶（Glutathione reductase，GR）的活性，減少紅細(xì)胞和淋巴細(xì)胞DNA 損傷，同時(shí)清除自由基，緩解氧化應(yīng)激[60]。

2.6 其它

除上述提到的營養(yǎng)活性以外，山藥的功能還集中體現(xiàn)在抗腫瘤免疫[29]，改善認(rèn)知，增肌，促進(jìn)愈合[61]以及雌激素樣作用[62]等方面，研究現(xiàn)狀如表7所示。

表7 山藥的其它營養(yǎng)功能研究現(xiàn)狀Table 7 Research status of other nutritional functions of Chinese yam

薯蕷皂苷對(duì)黑色素瘤細(xì)胞、結(jié)直腸癌、前列腺癌、乳腺癌、肝癌等多種癌細(xì)胞具有細(xì)胞毒性[62]。體外通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)凋亡及氧化反應(yīng)，發(fā)揮抗腫瘤作用；體內(nèi)可改變腸道菌群的組成，程序性死亡受體1 （Programmed cell death protein1，PD-1）抗體治療可增強(qiáng)這一功效，證明山藥能提高抗腫瘤免疫活性[63]。

除此之外，薯蕷皂苷能夠顯著改善衰老引起的認(rèn)知障礙，增強(qiáng)體內(nèi)抗氧化酶活力[64]。薯蕷皂苷處理能增強(qiáng)AD 小鼠的認(rèn)知功能，減少大腦皮層和海馬區(qū)淀粉狀斑塊和神經(jīng)元纖維節(jié)，還可以外源激活1，25D3-MARRS/PDIA3/ERp57 通路，觸發(fā)軸突生長，靶向治療AD 等神經(jīng)退行性疾病[65]。抗老化是薯蕷皂苷新開發(fā)的功能活性，可以促進(jìn)人類皮膚DNA 合成，溴脫氧尿苷的攝取，提高細(xì)胞內(nèi)環(huán)磷酸腺苷cAMP 水平，說明薯蕷皂苷可以用于老化皮膚上角化細(xì)胞增殖修復(fù)，且具有安全性[66]。

據(jù)報(bào)道，山藥中的尿囊素可以促進(jìn)未成熟小鼠子宮指數(shù)升高，增加雌二醇（Estradiol，E2）、促卵泡激素（Follicle-stimulating hormone，F(xiàn)SH）等雌性激素水平[61]。臨床數(shù)據(jù)顯示，尿囊素可以改善肌膚，促進(jìn)健康組織細(xì)胞再生，軟化角質(zhì)層蛋白，形成彈力的瘢痕表面，對(duì)魚鱗病、手足皸裂等多種皮膚病都有一定改善作用[67-68]。

總結(jié)上述文獻(xiàn)得出，山藥中活性成分能夠通過NF-κB、MAPK、AMPK、Akt、p53、Nrf2 等分子靶點(diǎn)，影響下游基因表達(dá)，調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和氧化還原酶活力，清除自由基及過氧化物，改善血糖水平，發(fā)揮免疫、抗炎、調(diào)節(jié)糖脂代謝、抗氧化等作用。其具體的分子機(jī)制如圖2所示。

圖2 山藥營養(yǎng)功能的作用機(jī)制Fig.2 Molecular mechanism of nutritional function of Chinese yam

3 展望

綜上所述，山藥資源有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，近年來，國內(nèi)外對(duì)山藥營養(yǎng)功能的研究大部分集中于體外水平和動(dòng)物水平，山藥對(duì)人體生理的調(diào)節(jié)機(jī)制研究不甚明確[73]。山藥成分復(fù)雜，其特征組分結(jié)構(gòu)尚不清晰，未來應(yīng)該進(jìn)一步明確山藥多糖、多酚的結(jié)構(gòu)組成。此外，利用多組學(xué)技術(shù)闡明山藥活性成分對(duì)人體保健的作用機(jī)制，靶向干預(yù)各類慢性疾病，響應(yīng)“精準(zhǔn)營養(yǎng)”的理念，將成為山藥營養(yǎng)研究的主要趨勢(shì)。

目前，新型冠狀病毒肺炎（Novel coronavirus pneumonia，NCP）疫情依舊嚴(yán)峻，免疫力低下是易感人群的一大特征，NCP 主要侵犯的器官是肺和脾[74]。通過食療提升機(jī)體免疫力，從而達(dá)到預(yù)防NCP 的功效，不失為良策。山藥作為一種藥食同源食材，在中醫(yī)上常用于治療脾胃虛弱，食少倦怠、營養(yǎng)不良、虛勞咳嗽等癥狀[2]。由此可見，將山藥開發(fā)成新型天然安全的免疫增強(qiáng)劑具有很大的研究價(jià)值。