Transcript 14 丁良工黑色素代谢以及代谢异常带来的问题

黑色素（melanin)
生物技术系
丁良工
20081891
知识框架
黑色素的结构
黑素细胞
黑色素
黑素小体
黑色素的合成
黑色素的功能
黑色素合成的调节
美白
白化病
头发变白的原
因
分类
预防与治疗
防治过早白发
黑色素的结构
1.黑色素作为一种突出的吲哚多聚物,是脊椎动
物表层结构中最主要的色素。
2.黑色素的基础结构是一些共价交联的吲哚环
（如图）。吲哚多聚物的吲哚区在范得华力作
用下彼此重叠,由X射线衍射分析,重叠的层与层
间距为3.4Å,但其它一些成份的不规则插入使
一些多聚物区域形态不确定。
O
H
N
O
-
O
COOO
N
H
O
H
N
-
-
黑色素结构图（部分结构）
COO-
O
O
COO-
O
N
H
黑素细胞(melanocyte)
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黑素细胞是一种腺细胞, 合成和分泌黑色素。
它由黑素母细胞转变而成, 黑素母细胞发源
于胚胎的神经嵴,在妊娠第3 周左右与雪旺
细胞共同沿神经膜转移到人体三个主要部
位, 即皮肤、眼睛及软脑膜, 构成了黑素细胞
体系。
黑素细胞
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黑素母细胞经过一种物理能(如热、紫外线、
X 线等) 的刺激, 成熟而变成黑素细胞。皮肤
中约有400 万个黑素细胞, 平均每平方毫米
约有1500 个, 以腋窝、肛门、生殖器区及乳
晕等处最多。
黑素细胞超微结构模式图
黑素细胞
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黑素细胞：圆形、椭圆形、纺锤形、半月
形或不规则形, 胞核较小, 黑素细胞无桥粒及
弹力纤维, 但有2～ 10 个或长或短的树枝状
突起。这些树枝状突起与邻近的角质细胞
相连接甚至可达颗粒层, 每个黑素细胞与
20～ 36 个角朊细胞相连接称为表皮黑素单
位。
黑素细胞

黑素细胞：它的树枝状突起是用来将黑素
小体(melanosome)运输到角质细胞的管道,。
黑色素在角质细胞内受溶酶体的降解, 以后
经上皮细胞脱落而排出, 也可落入真皮内被
吞噬细胞吞噬运送到血循环中分解后由肾
排出。
黑素小体形成示意图
黑色素的合成
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黑色素在黑素细胞的黑素小体中形成。黑
素小体是一种溶酶体相关细胞器, 是合成黑
色素的场所。黑色素合成后, 沉积于黑素小
体中, 逐渐形成均匀一致的黑素颗粒, 成熟的
黑素颗粒沿微管、微丝运动, 被运输到黑素
细胞的树突上, 再到达相邻的角质细胞中。
黑素小体中黑色素的形成
黑色素的合成
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在黑素细胞中，Tyr在酪氨酸酶（trysinase）
催化下羟化生成多巴，多巴—旦形成后又可
反过来催化酪氨酸和酪氨酸酶的反应, 同时多
巴又在酪氨酸酶的作用下再氧化失去两个氢
原子变为多巴醌, 所形成的多巴醌进一步环化
和脱羧生成吲哚醌。黑色素即是吲哚醌的聚
合物。
人体若缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮
肤、毛发发“白”，称为白化病(albinism)
黑色素的生成
黑色素的形成
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黑色素的形成分四个阶段：
第Ⅰ 期：在高尔基空泡内酪氨酸与酪氨酸酶
组成丝状物, 尚无黑素。
第Ⅱ 期：丝状物在空泡内发育变为椭圆形, 其
中分子量为8000 的蛋白质相对交替排列, 开始
产生黑素。
第Ⅲ 期为主要黑素形成期, 黑素增多聚积在内
膜。
第Ⅳ 期黑素进一步增多充满整个椭圆形细胞
器完成了黑素化。
黑色素的合成
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黑色素不一定全都为黑色, 根据黑素化的程度
不同, 其颜色可为黄、红、褐、黑等色。人类
皮肤及头发的颜色不是取决于黑素细胞的数量,
而是取决于黑素小体的数量、大小、分布及黑
素化程度。不同种族的人皮肤中黑素细胞数大
体上是相同的, 但黑种人角朊细胞内的黑素小
体数量多, 形大, 黑素化程度深, 单个散在分布,
降解缓慢。而白种人则相反, 黑素小体量少、
形小、黑素化程度轻, 多聚集分布于吞噬溶酶
小体内, 容易发生降解。
黑色素的功能
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防晒：黑素小体能吸收长波及中波紫外线, 并
将其转变为无害的热能散发掉, 保护皮肤免受
有害光线的伤害,
防老化：它能消除皮肤中受紫外线照射后产生
的具有损害作用的游离基及毒性氧, 并能保护
皮肤避免因环境因素引起的弹力纤维变性, 防
止过早老化。
防癌变：表皮细胞核周围的黑素小体能减少光
子直接碰撞细胞核, 保护易受损害的DNA , 不使
其突变, 防止皮肤癌的发生。。
黑色素代谢的调节
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(一) 遗传：遗传基因决定了皮肤的基本肤
色。蓝眼晴红头发的极白的人种, 黑素细胞
内黑素小体极少,几乎没有第Ⅲ、Ⅳ期黑素
化深的黑素小体, 在角朊细胞内没有黑素，
而在黑种人主要见到许多第Ⅳ期的黑素小
体。
黑色素代谢的调节
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( 二) 硫氢基(-SH) 表皮中正常存在的-SH
能与酪氨酸酶中的铜离子结合而抑制其机
能, 正常时-SH与酪氨酸酶间经常保持一定的
平衡关系, 任何使表皮中-SH 减少的因素均
可使黑素形成增多。
黑色素代谢的调节

(三) 内分泌
1. 垂体: 中叶分泌的促黑素细胞激素(M
SH) 能迅速激活酪氨酸酶, 有认为M SH 是通
过细胞内环磷酸腺苷(cAM P) 的增高来激活
酪氨酸酶的, cAM P 的 增高也有利于黑素小
体转运到角朊细胞中去。也有认为M SH 能
使血清中铜含量增加或使皮肤内-SH 含量减
少, 故能使色素增多。
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促黑素细胞激素（MSH）：有α、β两种，
均为直链多肽类激素。α为13肽，β为18肽。
产生MSH的细胞分散在垂体前叶，MSH分
泌受下丘脑促黑激素释放因子（MRF）及
促黑激素细胞释放抑制因子（MIF）的影响。
黑色素代谢的调节
2. 肾上腺: 肾上腺皮质激素在正常情况下通过抑
制垂体分泌M SH 而使黑素形成减少, 它还能减低黑
素细胞对M SH 的感受性。肾上腺髓质激素亦有抑制
M S H 的作用。
3. 性腺: 黄体酮、雄激素, 尤其是雌激素均能直接
刺激黑素细胞产生黑素, 也可能是由于这些性激素
解除了-SH 对酪氨酸酶的抑制作用而使色素增加。
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黑色素代谢的调节
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4. 甲状腺: 甲状腺素是氧化过程刺激剂, 可促
进黑色素形成过程中之氧化过程, 或能使皮
肤中SH 减少, 而使色素增多。
黑色素代谢的调节
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(四) 紫外线：
a.使皮肤中的-SH 氧化破坏而增加酪氨酸酶
的活性
b.直接刺激黑素细胞
c.发生光氧化作用使黑素细胞及黑素小体
数量增加, 黑素化程度加深, 并加速黑素小体
的转运。
黑色素代谢的调节
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(五) 角朊细胞因子:
a.角朊细胞释放的细胞因子如碱性成纤维细
胞生长因子、内皮素、干细胞生长因子等分子
量高者能刺激黑素细胞的生长, 分子量低者能
促进树枝状突起的生长及黑素的合成, 如有
cAM P 参与则其作用提高10～ 20 倍。
b.角朊细胞释放的白细胞介素6 及肿瘤坏死因
子对黑素细胞的生长和黑素的合成则有抑制作
用。
黑色素代谢的调节

(六)其他因素 :
a.交感神经: 交感神经过度兴奋时产生黑素抑制因子, 对
促黑素细胞激素有拮抗作用而使色素减退。副交感神经
作用相反。
b.微量元素: 铜、锌离子参与黑素的形成。铁、银、砷、
汞、铋等可与-SH 结合, 使酪氨酸酶活性增强, 而使色素
增加。
c.维生素: 复合维生素B、叶酸能促进氧化可使色素增加。
泛酸则参与酪氨酸酶的合成。维生素C 为还原剂, 能使黑
素中间产物变成还原型而使色素减退。维生素E 为抗氧
化剂, 可使色素减退。维生素A 缺乏可使毛囊角化过度,
消耗了SH 而使色素增加。烟酸缺乏可增加对光敏感性
而引起色素沉着。
黑色素代谢的病理
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(一) 黑素母细胞分化的缺陷：从神经嵴移
行到皮肤的黑素母细胞不能成活或不能分
化成熟为黑素细胞。如斑驳病, 初生时即有
不规则白斑及白发, 患处没有黑素细胞, 为常
染色体显性遗传所致。
黑素代谢的病理
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(二) 黑素细胞的缺陷 皮损处原有的黑素
细胞被毁灭, 如白癜风认为是自身免疫、神
经化学介质或自身中间产物破坏所致。
(三) 酪氨酸酶合成的缺陷 病变处可见黑素
细胞, 但缺乏酪氨酸酶不能产生黑素, 如白化
病为先天性酪氨酸酶合成缺陷, 使皮肤、眼
睛及毛发色素缺失，为常染色体隐性遗传
或为性联隐性遗传。
黑素代谢的病理
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(四) 黑素小体形成的缺陷 黑素小体大小形态
受遗传控制, 如神经纤维瘤病患者黑素小体比
正常人大10 倍以上, 故出现咖啡斑, 为常染色体
显性遗传。
(五) 黑素小体转运的缺陷 黑素小体的转运必
须有两个条件, 一为转运黑素小体的树枝状突
起, 另一为接受黑素小体的角朊细胞, 两者均要
正常。如慢性日光损害及慢性湿疹等, 使角朊
细胞水肿或增殖, 黑素细胞的树枝状突变粗短,
均可使黑素小体转运发生障碍而使色素减退。
美白
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利用对黑色素形成过程的干扰可以减
少皮肤黑色素的合成，下面就是一些
具体的方法。
美白
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皮肤美白剂 其作用原理大致可分为:
(1) 酪氨酸酶活性抑制剂: 熊果苷、曲酸、甲基龙胆
酸、皮质类固醇、氢醌等。
(2) 黑素细胞毒性剂: 4 - 羟基苯甲醚、N - 乙酰基- 4
- S 半胱氨基酚等。
(3) 黑素运输阻断剂: 维A 酸和壬二酸等。
(4) 自由基清除剂: 超氧化物歧化酶、生育酚等。
(5) 防晒剂: 对氨基苯甲酸酯类、肉桂酸酯类、二苯
甲酮类等。
(6) 皮肤剥脱剂: 果酸、亚油酸、a - 亚麻酸等。
(7) 内皮素拮抗剂: 具有拮抗内皮素的致黑素作用。
白化病(albinism)
白化病是一种较常见的皮肤及其附属器
官黑色素缺乏所引起的疾病，由于先天
性缺乏酪氨酸酶，或酪氨酸酶功能减退，
黑色素合成发生障碍所导致的遗传性白
斑病。这类病人通常是全身皮肤、毛发、
眼睛缺乏黑色素，眼呈浅蓝色， 虹膜
和瞳孔呈现淡粉色，怕光，看东西时总
是眯着眼睛。皮肤、眉毛、头发及其他
体毛都呈白色或白里带黄。白化病属于
家族遗传性疾病，为常染色体隐性遗传，
常发生于近亲结婚的人群中。
白化病的分类
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a. 全身性白化病即眼皮肤型白化病
(Oculocutaneous albinism ,OCA),OCA至少包括
10 种类型
b.局部性白化病即眼型白化病(Ouclar
albinism ,OA),OA包括4 种类型。
OCA
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(1) 经典类型Ⅰ(酪氨酸酶缺乏) (OCA1) ：
常染色体隐性遗传病。
特征是:在皮肤、毛囊、眼睛等部位的黑色
素细胞中,黑色素生物合成减少或缺乏。此
类型个体完全缺乏黑色素,毛囊当温育在包
含酪氨酸或多巴的组化溶液时,不能产生黑
色素反应产物。该症由酪氨酸酶基因
( Tyrosinase gene , TYR) 控制。
眼皮肤型白化病(OCA)
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(2) OCA2 ：这种眼皮肤型白化病(酪氨酸酶
阳性) 为常染色体隐性遗传病。出生时缺乏
可检测到的黑色素,但在儿童和成人期,眼睛
和头发等位置会增加一些色素。多巴毛囊
试验呈现阳性。皮肤、毛发和眼睛等处的
黑色素生物合成减少。
眼皮肤型白化病(OCA)
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表现出症状的个体虹膜见光透明,眼底凹槽
反光减少或消失,由于视神经束不能正确定
位,有眼球水平震颤和羞明畏光症状。
可能是与黑色素形成相关的膜运蛋白不正
常引起。
眼皮肤型白化病(OCA)
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(3) OCA3：即棕色OCA 表型上有别于OCA1 ,
遗传上有别于OCA2 ，也是常染色体隐性遗
传病，该病由酪氨酸酶相关蛋白1 基因(TRP
- 1) 控制。这一基因编码一种和酪氨酸酶相
关的蛋白,氨基酸序列与酪氨酸酶有52 %的
同源性。患者的皮肤和头发表现轻度棕色,
虹膜蓝灰白色 ，两眼震颤，表型为OCA3
的个体的黑色素细胞呈现棕色。
眼型白化病(OA)
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眼型白化病(OA)主要为OA1 ,是眼白化病中
最常见的一种。此症由X 连锁的性状传递,
男性患者表现出完全的表型症状,视觉敏锐
度显著降低,表现水平和偶尔螺旋眼球震颤,
显著畏光,眼科学检查显示虹膜半透明,视网
膜中央凹发育不全,色素沉积不足;杂合子女
性仅表现轻度视网膜和皮肤症状,在眼周围
底部呈现综合型色素。OA1 座位位于X 染色
体短臂远端, 编码一个424个氨基酸的蛋白。
白化病的预防与治疗
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1.白化病大多是遗传性的，而遗传性的疾病
用药物治疗大多治标不治本，所以治疗的
根本方法只能寄希望于基因治疗，从基因
的尺度上来进行根本的治疗。
2.对于白化病患者要尽量避免接触过多的紫
外线，容易皮肤病变。
3.避免近亲结婚，积极预防，产前进行基因
诊断。
头发变白的原因
毛皮质位于毛表皮的
内侧， 是由含有许多
黑色素的细小纤维质
细胞所组成。纤维质
细胞的主要成份是角
质蛋白。
头发变白的原因
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黑头发是因为头发中有黑色素,黑色素是由
存在于毛发根部的黑色素细胞合成。合成
黑色素需要酪氨酸、维生素C等物质的参与,
同时还要有充足的血液供应与正常功能的
黑色素合成系统存在,才能最终合成黑色素,
使头发变黑,其中任何一个环节发生问题都
会造成黑色素合成障碍而出现白头发。
头发变白的原因
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
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1.黑色素细胞数量减少或消失，由于酪氨酸
是生成黑色素的原料，所以它的供应直接
影响到黑色素的生成。
2.酪氨酸酶的结构有问题，这是由于遗传导
致的先天性黑色素缺少，在白化病里介绍。
3.微量金属元素的缺乏，如铜离子，因为它
是酪氨酸酶辅因子，缺少它酪氨酸酶就不
能行使正常功能
头发变白的原因
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

4.体内有酪氨酸酶抑制物质，或者能够调控黑
色素形成过程中其他酶的辅因子。
5.黑素体由黑色素细胞向毛皮质细胞移行障碍。
6.一定程度的心理刺激可以使机体处于紧张状
态而产生应激反应,促发剧烈持久的神经内分泌
紊乱,导致体内儿茶酚胺分泌增加,使末梢血管
收缩而引起微循环障碍。儿茶酚胺中的去甲肾
上腺素(NE)可以加强松果体激素即褪黑激素的
合成。
头发变白的原因
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褪黑激素能引起皮肤黑素细胞收缩，还能
激活血小板,增加血液粘滞度,加重微循环障
碍。上述原因可能引起供应皮肤毛球营养
的微循环障碍和(或)毛球黑色素细胞功能受
损,从而破坏了毛球黑色素的正常合成或运
送而使头发早白并表现出其它一些症状。
头发变白的原因
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7.机体相关基因的突变能导致毛球黑色素细
胞的死亡而使头发变白，如酪氨酸酶相关
蛋白过氧化氢酶的突变。
8.维生素B6或B12缺乏也可使头发灰白。动
物实验证明当黑鼠饲料中缺乏叶酸、泛酸
及维生素B1、B2、B6的营养食物时,鼠毛即
由黑变白。国外医学研究揭示,维生素E具有
防治白发的神奇作用。
头发变白的原因
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9.血液偏酸与头发早白：医学研究发现,黄
发的产生多与血液偏酸有关。如果人们长
期过多地摄取动物脂肪类食物和糖类食品,
使体内酸性代谢产物过多,如乳酸、丙酮酸、
碳酸等积蓄便产生酸性毒素,使头发中半胱
氨酸、胱氨酸的含量下降,而磺丙氨酸含量
明显上升,导致头发发黄、变白。
防治头发过早变白
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根据前面所阐述的干扰黑色素正常代谢的
原因，可得到一些防治非基因层面的过早
白头的方法。
防治头发过早变白
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1.保持良好的精神状态（原因前已述及）
2.合理膳食，让身体能够吸收所需的所有营
养物质，这对于防治很有用，但是如若已
经长了白头发，要针对病因补充充足的所
缺因子（具体的微量元素和维生素前已阐
明）
3.向医生咨询具体的措施，因为可能是身体
别的病牵连了黑素细胞。
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注：参考文章见文件夹里，这里从略。