黑色素

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黑色素名词解释：

黑色素是广泛存在于生物体内的重要色素，在人和动物的毛发、表皮(肤)和眼球组织中含量较高，它具有保护体内细胞免受辐射损伤、防止内部组织过热等功能。

人体中黑色素异常增加或减少都可能导致疾病。如恶性黑色素肿瘤中黑色素含量很高，而“白化病”患者却非常缺乏黑色素。研究黑色素在人和生物体内的功能具有重要的理论意义和现实意义。

黑色素主要分两大类，一类是真黑色素(eumelanin)，它不含硫原子，呈黑色或暗棕色，如人体的黑发、乌贼鱼的墨汁中含有大量真黑色素。

另一类是浅黑色素(phaeomelanin，或称脱黑色素)，它含有硫原子，为黄色或棕红色，在人的红头发、公鸡红羽毛中含量较多。

1965年，陈(Y．M．Chen)等人研究认为生物体内黑色素的形成是一个十分复杂的过程，它与生物体含有的酪氨酸酶密切相关。

酪氨酸酶普遍存在于人和动植物体内，它是由二价铜离子与酶蛋白结合的金属酶，兼有加氧酶和氧化酶的双重功能。在生物体内真黑色素的合成首先是酪氨酸在酪氨酸酶的作用下加氧生成多巴，多巴经酶促氧化生成多巴醌，以后再经非酶反应形成一系列中间产物－多巴色素、5，6－二羟基吲哚－2－羧酸、5，6－二羟基吲哚、5，6－吲哚醌等，这些中间产物(或称前体)经聚合形成真黑色素。

浅黑色素的形成过程由酪氨酸到多巴醌与真黑色素是一致的，在多巴醌以后的反应中有半胱氨酸(Cys)参加，先生成5－SCys－多巴和5－S－Cys－多巴醌，经关环、脱羧变成苯骈噻嗪的衍生物，后者再经醇醛缩合生成分子量更大的浅黑色素。

黑色素的产生过程简示如下：

浅黑色素……←←5－S－Cys－多巴

真黑色素形成的详细反应机理还不清楚，它的确切结构尚待进一步研究和确定。在实验室，真黑色素可用多巴经酪氨酸酶氧化或自动氧化合成；里珀(H．S．Raper)和玛森(H．S．Mason)等人分别于1928年和1948年在实验室合成。这些通过人工合成途径获得的黑色素与从生物体提取的黑色素类似，因而可用来进一步研究黑色素的结构、性质和功能。

在动物体中，真黑色素是通过Cys的巯基与黑色素蛋白相连的，二者结合很牢，分离真黑色素需要浓酸长时间的水解。浅黑色素中最简单的是毛发色素B和C，可由人的红头发和鸡的红羽毛用稀酸提取，得到粉红色溶液，其颜色随H 浓度值的高低而改变，用碱中和至中性出现沉淀，继续加碱又重新溶解呈橙黄色，但在酸中加热则脱羧成红色。在鸡羽毛中还发现毛发色素E和F，它们在酸性溶液中呈红色，在碱性溶液中呈紫色。毛发色素B、C、E、F结构已清楚，它们的母体化合物已于1974年由伯劳泰(G．Prota)等合成。

黑色素的物理性质和化学性质多以真黑色素为研究对象。真黑色素极难溶解，它能吸收可见光和紫外光，因此很难用一般光谱法研究。

黑色素含有稳定的自由基，多巴黑色素的电子自旋共振谱(ESR)缺乏精细结构。黑色素的自由基性质可能是它防护辐射的原因。除正常的电子自旋外，黑色素经可见光或紫外光照射还能诱发附加的不成对电子，因此推测在视觉的光化学过程中黑色素可能起某种作用。一般化学处理不影响黑色素的ESR信号．但用高浓度的Cu² 离子、顺磁性的Cd³ 等离子可影响其信号，说明这些离子影响黑色素ESR谱原因是磁相互作用而不是化学相互作用。

1967年布瑞恩格(F．W．Bruenger)和1976年伯茨(A．M．Potts)等人的研究资料表明，黑色素的化学性质一般很稳定，但对金属离子有很强的亲和力，亲和力随原子量和离子电荷增加而增大。如它对碱土金属离子亲和力比对碱金属离子大，在二价阳离子中Pb² 亲和力最强，Cu² 次之。

La³ 和Gd³ 的磁性不同，化学性质相同，它们对黑色素的亲和力相同，说明决定亲和力大小的是化学性质而不是磁性质。亲和力的另一种解释是黑色素中含有羧基、羟基等阴离子自由基，它们可与金属离子配位。黑色素可参与某些氧化还原反应，如它能氧化NADH，还原铁氰化钾等。

当黑色素与蛋白质结合后，其自由基活性点被掩盖，氧化还原能力大大降低。例如黑色素瘤中的黑色素与蛋白质结合后不能氧化NADH，但经水解分离后，它却具有氧化NADH的活性。过氧化氢、过氧乙酸等氧化剂能破坏黑色素并使之褪色。

浅黑色素可溶于稀碱溶液，用ESR研究表明它含有稳定的自由基。从黑色素瘤中提取的浅黑色素ESR谱比较强和宽，并有精细结构。

1979年，汉森(Hansson)等认为其中含有锰离子。漂白粉等强氧化剂可以使浅黑色素脱色、漂白。

人体中局部缺乏黑色素引起的疾病是“白癜风”，即局部皮肤脱色症，产生的原因可能与体内缺铜、使酪氨酸酶减少或活性降低有关。用铜类药物或紫外线辐射治疗，会增强酪氨酸酶及其催化活性，促进黑色素的生物合成，使病情缓解。

但完全缺乏黑色素的“白化病”者，皮肤、毛发乃至全身粉白，害怕阳光辐射，这是一种先天性的遗传病，患者体内缺乏合成酪氨酸或酪氨酸酶的功能，不能在皮肤、毛发和眼睛中生成黑色素，此病还没有彻底的根治方法。

恶性黑色素瘤的产生涉及黑色素细胞的癌变，了解黑色素的合成过程和性质对黑色素瘤的检测和治疗具有重要意义。检测皮肤表面的黑色素瘤并不困难，但恶性黑色素瘤的早期诊断却非易事。人们从黑色素瘤病人的尿或血液中检测黑色素合成的前体物质，从中寻找它们与恶性黑色素瘤转移的可能联系。

1974年，恩格卢朴(G．Agrup)等认为黑色素瘤中真黑色素和浅黑色素可能同时存在，这两种黑色素的前体分别是多巴和5－S－Cys－多巴，它们在黑色素肿瘤患者的组织和尿中已检测到，虽然健康人尿中也含有多巴和5－S－Cys－多巴，但浓度较低，而发现某些黑色素瘤转移病人尿的多巴排泄有异常增加。毛发色素B和C在健康人尿中尚未检测到，但在恶性黑色素瘤转移病人尿中已发现这两种色素。对恶性黑色素瘤转移的早期发现最有意义的是5－S－Cys－多巴的生化检测。当恶性黑色素瘤转移时，患者尿中5－S－Cys－多巴出现异常增加。

1973年，劳斯门(H．Rorsman)等用改进的荧光法测定色素组织和尿中的5－S－Cys－多巴，最小检测量可达0．025μg。这种生化检测法已成为监视黑色素瘤转移的常规方法。但此法也有一定的局限性，主要是5－S－Cys－多巴的排泄量还与日光曝晒有关，夏天的排泄量比冬天高，因此在冬季检查效果最好，或检查前四周内避免日光曝晒。除了生化法分析人体排泄的黑色素前体外，还可以用放射性同位素示踪的黑色素前体，使其选择性地达到合成黑色素的地点，用于检测和破坏肿瘤细胞。

这种示踪法也可以不用黑色素的前体，而利用氯丙嗪、碘奎宁等某些多环化合物与黑色素的特殊结合能力来搜寻黑色素，检测或治疗黑色素瘤。其中¹³¹I示踪的碘奎宁已用于检测人体黑色素瘤的转移。

黑色素的研究虽然取得一些进展，但还有一些尚待深入研究和极待开发的领域，包括真黑色素的确切结构，黑色素的生物合成反应的详细机理，黑色素的性质和功能，恶性黑色素瘤转移的早期诊断和较有效的治疗白癜风、白化病、恶性黑色素肿瘤等病的方法，都是引人注目的重要课题。

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(武汉大学季立才副教授撰)