3.1.2　黑色素的形成與生物學(xué)作用

（1）黑色素細(xì)胞　醫(yī)學(xué)解剖學(xué)將人體皮膚分為三層：表皮、真皮和皮下組織。皮膚中除含有皮膚附屬器（毛發(fā)、毛囊、皮脂腺、汗腺及指趾甲等）外，還含有豐富的血管、淋巴管和神經(jīng)。在顯微鏡下觀察，皮膚是由多種形態(tài)各異的細(xì)胞組成，它們的生理功能各不相同。皮膚的表皮由兩大類細(xì)胞組成：一類是角質(zhì)形成細(xì)胞即角朊細(xì)胞，角朊細(xì)胞在向角質(zhì)細(xì)胞演變過(guò)程中形成基底層、棘細(xì)胞層、顆粒層和角質(zhì)層（在手掌和足跖，角質(zhì)層和顆粒層之間還有透明層）四個(gè)層；另一類是樹(shù)枝狀細(xì)胞，黑色素細(xì)胞是樹(shù)枝狀細(xì)胞的一種。黑色素細(xì)胞分化自胚胎組織。在胚胎發(fā)育的第8周和第11周之間，形成不定形的黑色素細(xì)胞——并向表層遷移，最終在表層定型，存在于皮膚、視網(wǎng)膜和毛囊部位。黑色素細(xì)胞是一種高度分化的細(xì)胞，其細(xì)胞漿內(nèi)有一種負(fù)責(zé)黑色素體內(nèi)合成的特殊細(xì)胞器——黑素小體。該細(xì)胞鑲嵌于表皮基底層細(xì)胞之間，平均每10個(gè)基底細(xì)胞中有1個(gè)黑色素細(xì)胞，其分布隨部位而不同。每個(gè)黑色素細(xì)胞與周圍的約36個(gè)角朊細(xì)胞構(gòu)成一個(gè)結(jié)構(gòu)和功能單位，被稱為表皮黑色素單位，該單位協(xié)同完成黑素的合成、轉(zhuǎn)輸和降解工作。黑色素細(xì)胞產(chǎn)生黑色素，傳遞給周圍的角朊細(xì)胞，停留在這些角朊細(xì)胞的細(xì)胞核中，防止染色體的光輻射損傷。皮膚的顏色來(lái)自于角朊細(xì)胞內(nèi)存儲(chǔ)的黑色素。研究表明皮膚及頭發(fā)的顏色并非取決于黑色素細(xì)胞的數(shù)量，而是取決于黑素小體的數(shù)量、大小、分布及黑素化程度。人體的正常與健康的膚色是黑色素合成與代謝平衡的結(jié)果。

（2）黑色素的生物學(xué)作用　對(duì)于人類而言，黑色素是防止紫外線對(duì)皮膚損傷的主要屏障。黑色素能吸收大部分紫外線，從而保護(hù)或減輕由于日光照射而引起的皮膚急性或慢性損傷。含黑色素較少的皮膚，通常容易發(fā)生日光性曬傷，長(zhǎng)期日曬后容易發(fā)生各種慢性皮膚損傷，嚴(yán)重者甚至引發(fā)癌變。研究顯示，基底細(xì)胞癌、鱗狀細(xì)胞癌和黑色素瘤等腫瘤在白種人中的發(fā)病率遠(yuǎn)高于黑種人。

黑色素還能保護(hù)體內(nèi)葉酸和類似的重要物質(zhì)的光分解。黑色素合成可增加人在炎熱氣候下的熱負(fù)荷，黑種人吸收陽(yáng)光中的熱能比白種人所吸收的熱能多30%。但是黑色素的形成會(huì)妨礙皮膚中維生素D的合成，因此在營(yíng)養(yǎng)不良的黑種人兒童中佝僂病更為常見(jiàn)。

（3）黑色素的產(chǎn)生　黑色素為高分子生物色素，主要由兩種醌型的聚合物組成，分別是真黑素和褐黑素。其中真黑素是皮膚中色素的最為重要的組成成分。皮膚中黑色素的形成過(guò)程包括黑色素細(xì)胞的遷移、分裂、成熟、黑素小體的形成、黑色素顆粒的轉(zhuǎn)運(yùn)以及黑色素的排泄等一系列生化過(guò)程。

黑色素細(xì)胞中黑色素的合成過(guò)程主要通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)（圖3-1）：①在酪氨酸酶的催化作用及氧化物質(zhì)的參與下，酪氨酸被氧化為多巴醌；②多巴醌進(jìn)一步氧化為多巴和多巴色素，多巴是酪氨酸酶底物，它被催化重新生成多巴醌；③多巴色素在互變酶的催化下轉(zhuǎn)變?yōu)?,6-二羥基吲哚（DHI）和5,6-二羥基吲哚羧酸（DHICA），并在各自的氧化酶作用下氧化生成真黑素；④在此過(guò)程中，多巴醌與半胱氨酸或谷胱甘肽反應(yīng)，生成半胱氨酰多巴，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)楹谏氐牧硗庖环N組成褐黑素，目前關(guān)于褐黑素在皮膚中的功能尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。

圖3-1　黑色素的生成

從生物化學(xué)的角度來(lái)看，黑色素的形成必須有基本原料酪氨酸，以及“三酶”“一素”“一基”共同完成。“三酶”主要是酪氨酸酶、多巴色素互變酶、DHICA氧化酶。酪氨酸酶屬于氧化還原酶，是黑色素形成的主要限速酶，因此其活性大小決定了黑色素形成的數(shù)量多少。多巴色素互變酶又稱酪氨酸酶相關(guān)蛋白，主要調(diào)節(jié)DHICA的生成速率，主要影響黑色素分子的大小、結(jié)構(gòu)和種類。DHICA氧化酶是酪氨酸酶同源的糖蛋白，除了參與黑色素的代謝，還影響黑色素細(xì)胞的生長(zhǎng)和死亡?！耙凰亍敝竷?nèi)皮素，又稱血管收縮肽，存在于血管內(nèi)壁，受雌激素和紫外線的影響?！耙换敝秆踝杂苫?，廣義上包括帶有未配對(duì)電子的原子、離子或功能基。在正常生物代謝過(guò)程中，機(jī)體會(huì)不斷產(chǎn)生氧自由基。氧自由基可被細(xì)胞內(nèi)防御系統(tǒng)快速清除，因此無(wú)細(xì)胞損害。當(dāng)機(jī)體暴露于電離子輻射、環(huán)境污染、放射性物質(zhì)等外部誘導(dǎo)因素下，細(xì)胞內(nèi)氧自由基大量生成，并分布于細(xì)胞膜和線粒體內(nèi)。由于其具有高度活潑性，氧自由基可以與細(xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，影響細(xì)胞的正常狀態(tài)。在皮膚結(jié)構(gòu)中，氧自由基可與結(jié)締組織中的膠原蛋白作用，導(dǎo)致共韌性降低引起皺紋，并參與黑色素形成的氧化過(guò)程，造成色素沉積。