龔凌霄,池靜雯,王 靜,任雨晴,孫寶國(guó)
(北京工商大學(xué),北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,中國(guó)-加拿大食品營(yíng)養(yǎng)與健康聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,食品添加劑與配料北京高校工程研究中心,北京 100048)
山藥(DioscoreaoppositaThunb)為薯蕷科(Dioscoreaceae)植物薯蕷地下塊莖,是我國(guó)傳統(tǒng)的藥食同源性植物[1-3],在河南、東北三省、河北等地廣泛種植[4]。目前,山藥的成分及功能已被廣泛的研究和報(bào)道[5-6]。
山藥中含有維生素、蛋白質(zhì)[7]、淀粉[8]、游離氨基酸等多種營(yíng)養(yǎng)成分,鈣、磷和鐵等一些礦物質(zhì)的含量也極為豐富[9-12],其中的功能性活性成分包括多糖、多酚類化合物、皂苷、尿囊素、膽甾醇、麥角甾醇、膽堿等[13-14],具有抗氧化、抗腫瘤、降血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)機(jī)體免疫等多種生理作用,廣泛應(yīng)用于功能性食品、保健品和藥品等行業(yè)[15-17]。
現(xiàn)階段,有關(guān)山藥中功能性成分作用的體外評(píng)價(jià)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不斷被報(bào)道,對(duì)其功能性作用機(jī)制的研究也逐漸深入[18-19]。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外近年對(duì)山藥中功能性成分的研究,對(duì)其中主要功能性成分的理化性質(zhì)及作用機(jī)制進(jìn)行概述,旨在為山藥中功能性成分的深入研究提供參考。
多糖作為山藥中的主要活性成分,在山藥中含量豐富?，F(xiàn)階段,在山藥多糖中已檢測(cè)到的單糖組成包括葡萄糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖、木糖、葡萄糖醛酸、半乳糖醛酸等,而山藥多糖的組分也會(huì)隨山藥品種及提取條件的不同存在差異[20]。
如表1所示,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,現(xiàn)對(duì)山藥多糖的主要功能性作用機(jī)理歸納整理。
表1 山藥多糖的功能性研究及機(jī)理探討
山藥多糖調(diào)節(jié)機(jī)體免疫的主要作用機(jī)制為促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1型極化、提高T細(xì)胞增殖及調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路、激活吞噬細(xì)胞的吞噬功能等。體外研究表明,山藥多糖可促進(jìn)巨噬細(xì)胞向M1型極化[21-23],而M1型巨噬細(xì)胞有殺滅微生物、促進(jìn)炎癥的作用[24-25],山藥多糖還可激活吞噬細(xì)胞的吞噬能力[26];動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明,山藥多糖可促進(jìn)小鼠免疫脾臟指數(shù)的增加、提高機(jī)體免疫[27];可降低小鼠的肝指數(shù)、血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性及丙二醛(MDA)含量,增加谷胱甘肽(GSH)含量,對(duì)卡介苗(BCG)和脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的小鼠免疫性肝損傷有一定緩解作用和保護(hù)作用[28-29],還可升高結(jié)腸癌小鼠血清中的CD4+T和CD8+T比值,提高荷瘤裸鼠的免疫力[30]。
山藥多糖可通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)抗氧化酶的系統(tǒng)活力、增強(qiáng)腦組織ATP酶活性和抑制衰老基因表達(dá)來(lái)達(dá)到延緩器官衰老和提高機(jī)體抗氧化能力的作用[31-33]。山藥中含有多種抗氧化活性的多糖組分[34],體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)山藥多糖濃度在0.025～0.25 g/L范圍內(nèi)時(shí),可顯著性抑制神經(jīng)細(xì)胞缺氧性凋亡[35];山藥多糖劑量的升高也可加大酶原的降解、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡蛋白caspa3 se-3和caspase-8蛋白酶原的活化、減弱細(xì)胞劃痕愈合率,控制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[36]。
多糖調(diào)節(jié)胃腸道、預(yù)防結(jié)腸癌、促進(jìn)胃排空等多種功能也被證實(shí),其主要通過(guò)增強(qiáng)機(jī)體免疫[37]、調(diào)節(jié)炎癥介質(zhì)表達(dá)[38]及相關(guān)激素的酶活[39]、維護(hù)腸道屏障結(jié)構(gòu)的完整性達(dá)到的[40]。高辛等[39]發(fā)現(xiàn)多糖可起到控制硫代乙酰胺(TAA)引起的總膽紅素(TBIL)和ALT活性升高的現(xiàn)象,改善急性肝衰竭大鼠菌群失調(diào)和細(xì)菌易位情況;山藥多糖還能調(diào)節(jié)血管活性腸肽、胃動(dòng)素、生長(zhǎng)抑素和P物質(zhì)四種胃腸激素到正常水平,改善胃腸道對(duì)水和電解質(zhì)運(yùn)輸能力[41],其還被發(fā)現(xiàn)對(duì)腸道微生態(tài)失調(diào)大鼠具有顯著的調(diào)整作用,是理想的中藥微生態(tài)調(diào)節(jié)劑[42]。
多糖通過(guò)調(diào)節(jié)糖脂代謝相關(guān)酶活性、協(xié)同抗氧化作用及改善胰島素敏感性達(dá)到降血糖、降血脂作用。Li等[43]發(fā)現(xiàn)山藥多糖可有效減少糖尿病小鼠空腹血糖(FBG)、葡萄糖耐量(GT)、清除氧自由基[44]、降低NO/NOS水平以及血清中MDA含量,提高超氧化物歧化酶(SOD)、氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-PX)的活性[45]、降低血糖水平[46]和抑制糖尿病并發(fā)癥;其可提高胰島細(xì)胞的存活率[47],對(duì)改善血小板功能起到有效作用。此外,還可降低糖尿病小鼠體內(nèi)血糖(GLU)、總膽固醇(TC)、甘油三酯(TG)及低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)的濃度,緩解體重減輕的狀況,具有調(diào)節(jié)糖尿病小鼠糖脂代謝紊亂的作用[48]。
多酚類物質(zhì)是分子內(nèi)具有多個(gè)羥基酚類成分的總稱,其包括黃酮類、酚酸類、單寧類、花色苷類等[49],是廣泛存在于植物體內(nèi)的天然化合物,具有較高的生物活性。研究表明,山藥皮中多酚類化合物的含量較多[50],其中類黃酮(Flavonoids)作為主要的酚類物質(zhì),在山藥中占到六成以上[51]。多酚是山藥中有效的抗氧化活性物質(zhì),可有效的清除體內(nèi)自由基,具有降血脂功能,并對(duì)山藥的感官和風(fēng)味產(chǎn)生影響。
如表2所示,山藥多酚還原能力強(qiáng),可通過(guò)抑制烷氧基和烷過(guò)氧基,清除亞硝酸鹽及DPPH自由基,調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激達(dá)到良好的抗養(yǎng)化性[52-53]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明,山藥多酚可有效降低高脂血癥大鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量,作用機(jī)制主要是抑制與脂肪合成有關(guān)酶的活性和膽固醇和不飽和脂肪酸的氧化[54]。研究發(fā)現(xiàn),山藥根莖中所含的酚類衍生物具有較好的抗神經(jīng)炎癥和神經(jīng)保護(hù)活性,其分離物可增加小鼠神經(jīng)2a(N2a)細(xì)胞中的神經(jīng)突向外生長(zhǎng),作為C6神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞中的生長(zhǎng)因子(NGF)誘導(dǎo)劑、對(duì)脂多糖(LPS)激活的小膠質(zhì)細(xì)胞BV-2細(xì)胞中NO產(chǎn)生起到抑制作用,主要作用機(jī)制為抑制c-Jun N末端激酶(JNK)信號(hào)通路[55]。因此,此類活性成分可作為神經(jīng)退行性疾病的潛在調(diào)控因子[56]。此外,酚類物質(zhì)與山藥在加工和貯藏過(guò)程中產(chǎn)生的褐變有很大的關(guān)系[57],因此對(duì)山藥多酚進(jìn)行深入研究將對(duì)預(yù)防植物褐變有積極的作用。
表2 山藥多酚的功能性研究及機(jī)理探討
尿囊素(allaniotn)是咪唑類雜環(huán)化合物,分子式為C4H6N4O3,又名l-脈基間二氮雜戊烷-2,4-二酮或5-脈基海因,常作為評(píng)價(jià)山藥品質(zhì)的指標(biāo)之一,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 尿囊素的分子結(jié)構(gòu)式
如表3所示,尿囊素可以改善肌膚,加強(qiáng)皮膚中蛋白與水相結(jié)合、修復(fù)上皮組織、促進(jìn)傷口愈合、軟化角質(zhì)層蛋白,對(duì)魚(yú)鱗病及手足皸裂等多種皮膚病都有一定的改善作用[58-60];還起到鎮(zhèn)定、對(duì)局部產(chǎn)生麻醉、消炎和抑制細(xì)菌滋生作用[61-63]。其可通過(guò)促進(jìn)胃黏液的合成及分泌的機(jī)制來(lái)治療胃潰瘍,還可通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化活性、促進(jìn)脂質(zhì)代謝的機(jī)制來(lái)治療糖尿病[64]。有報(bào)道發(fā)現(xiàn),山藥尿囊素可促進(jìn)子宮ERα和GPR30的表達(dá),發(fā)揮雌激素樣作用[65]。此外,尿囊素可提高農(nóng)作物根系活力及體內(nèi)酶活性,促進(jìn)土壤中有益微生物數(shù)量增長(zhǎng),展現(xiàn)出良好的肥料作用[66-67]。
表3 山藥中尿囊素的功能性研究及機(jī)理探討
薯蕷皂苷(Diosgenin)分布于山藥的根、莖、葉等各個(gè)部位,其中以皮中的含量最高,其分子式為C27H42O3,是由螺甾烷型的薯蕷皂苷元和糖鏈以糖苷鍵相連,分子量大小為414,結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 薯蕷皂苷的結(jié)構(gòu)式
如表4所示,近年來(lái)對(duì)薯蕷皂苷的功能以及藥理作用的研究越來(lái)越多,薯蕷皂苷具有調(diào)節(jié)免疫、抗艾滋病、預(yù)防白血病、抗腫瘤、抗炎鎮(zhèn)痛、保護(hù)胃腸黏膜等多種藥理作用。
薯蕷皂苷抗炎癥、消腫鎮(zhèn)痛等作用現(xiàn)已經(jīng)被應(yīng)用到某些抗炎類藥物中,如阿司匹林[68]、金剛藤口服液等[69];Li等[70]發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷對(duì)帕金森癥大鼠運(yùn)動(dòng)缺陷、炎癥等具有有效的減緩作用,其抗炎機(jī)制主要是調(diào)節(jié)酶活及炎癥相關(guān)的信號(hào)通路、抑制炎癥因子的表達(dá)等[71-72]。
薯蕷皂苷主要通過(guò)清除自由基、減少細(xì)胞損傷、調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激等機(jī)制達(dá)到抗氧化作用[73],還可增加膽汁分泌、抑制膽固醇吸收,表現(xiàn)出良好的降血脂功效[74-75]。Son等[76]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷可有效升高血漿中高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)的水平、SOD、GSH-PX及CAT的含量,通過(guò)comet分析發(fā)現(xiàn)對(duì)紅細(xì)胞和淋巴細(xì)胞DNA損傷有所減少,同時(shí)對(duì)抗氧化酶活性也有一定的影響。
薯蕷皂苷在降低心腦血管疾病發(fā)生等方面的效果明顯,可有效的減少心肌細(xì)胞中的鈣超載、調(diào)節(jié)相關(guān)信號(hào)通路[77-80]。薯蕷皂苷中含有雙糖鏈水溶性甾體皂苷,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)建立大鼠離體心臟缺血再灌注損傷模型,對(duì)比心肌單向動(dòng)作電位和乳酸脫氫酶的變化等指標(biāo),發(fā)現(xiàn)此成分可以有效的保護(hù)和修復(fù)大鼠離體缺血再灌注損傷的心臟、防止心血管疾病的發(fā)生[77]。
薯蕷皂苷還通過(guò)改善氧化應(yīng)激反應(yīng)、增強(qiáng)機(jī)體生理功能、提高免疫力達(dá)到對(duì)生殖系統(tǒng)的保護(hù)作用[81-82]。當(dāng)山藥提取物作用于少弱精子癥小鼠模型中,發(fā)現(xiàn)其能縮短少弱精子癥小鼠勃起潛伏期,提高睪丸組織中的SOD活性、降低MDA含量,并提高精子質(zhì)量及生殖和免疫器官的臟器系數(shù)[83]。
薯蕷皂苷的抗腫瘤、預(yù)防癌癥作用顯著。Chen等[84]研究發(fā)現(xiàn)薯蕷皂苷可抑制肝癌細(xì)胞中的一種致癌因子(TAZ)的表達(dá),從而間接的抑制肝癌細(xì)胞的增長(zhǎng)、誘導(dǎo)細(xì)胞的凋亡、抑制細(xì)胞遷移和侵襲,因此薯蕷皂苷將是治療人類癌癥的潛在性藥物[85-86]。
除上述所介紹的主要功能性成分外,山藥中還含膽堿、低聚糖等功能性成分。
膽堿(Choline)為三甲基氨的氫氧化物,為卵磷脂和鞘磷脂組成部分,是神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿的前體物質(zhì),可作為不穩(wěn)定甲基的來(lái)源,同時(shí)也是肺表面活性劑的組分。作為一種重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),膽堿對(duì)機(jī)體生長(zhǎng)、骨骼發(fā)育以及脂肪的代謝和產(chǎn)生都起到重要作用[87]。目前對(duì)于山藥中膽堿的分離和檢測(cè)方式也有一定的報(bào)道[88]。
目前低聚糖已被證實(shí)具有潤(rùn)腸通便、安全排毒、提高機(jī)體免疫力、增進(jìn)礦物質(zhì)吸收、預(yù)防結(jié)腸癌、調(diào)節(jié)微生態(tài)平衡、促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng)繁殖等作用[89-90],在益生功能方面已得到廣泛的應(yīng)用[91]。Chen等[92]利用雙氧水水解法提取山藥中的低聚糖,發(fā)現(xiàn)對(duì)羥基自由基有良好的清除作用;Zeng等[93]通過(guò)對(duì)小鼠子宮增重和乳腺癌細(xì)胞系的增殖分析、并通過(guò)血清藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)雌激素活性作用機(jī)理進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)腺苷和阿布丁是山藥中的兩種有效化合物,在雌激素樣中起重要作用。
山藥作為一種傳統(tǒng)藥食兩用的材料,是我國(guó)保健食品的重要原料,在我國(guó)具有幾千年的種植和食用歷史。中醫(yī)認(rèn)為山藥具補(bǔ)脾養(yǎng)胃、生津益肺、補(bǔ)腎澀精等功效,現(xiàn)代藥理研究證實(shí)山藥具有抗氧化、抗腫瘤、降血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)機(jī)體免疫等多種生理作用。然而,上述藥理作用的研究主要集中于體外細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn),山藥及功能性成分對(duì)人體的保健作用機(jī)制尚不清楚。此外,山藥雖然已被廣泛用于食品和藥品,但開(kāi)發(fā)和利用仍以傳統(tǒng)飲片為主,山藥中的功能性成分如多糖、薯蕷皂苷、尿囊素等卻未被充分挖掘。
由于人們不健康的生活及飲食習(xí)慣而導(dǎo)致的各類慢性疾病發(fā)病率逐漸增加,山藥中豐富的功能活性成分對(duì)慢性疾病的保健價(jià)值逐漸凸顯。為進(jìn)一步開(kāi)拓山藥的藥食應(yīng)用,需加強(qiáng)以下兩方面的研究:山藥原料的示范種植及原料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定,山藥由于受區(qū)域氣候、地質(zhì)、生長(zhǎng)習(xí)性等因素的影響,不同品種、不同樣品之間的成分具有較大差異,為保證山藥產(chǎn)品的保健作用,需通過(guò)規(guī)范種植和制定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以確保山藥原料成分組成的穩(wěn)定性;利用基因組學(xué)、代謝組學(xué)等現(xiàn)代技術(shù)闡明山藥及功能性成分對(duì)人體保健的作用機(jī)制,明確功能性成分的量效、構(gòu)效關(guān)系,使山藥的開(kāi)發(fā)利用從粗放型向精準(zhǔn)型趨近。
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