撰文：斯蒂芬妮.帕帕斯          2023年8月11日

人类各种各样的皮肤、头发和眼睛颜色，是由体内不同类型的黑色素决定的。（图片：盖蒂图片社）

人类的皮肤、头发和眼睛有各种各样的颜色，但到目前为止，科学家们只知道驱动这种变异的基因多样性的一小部分。现在，新的研究发现了，几十种可能产生这种广泛多样性的基因。

在一项全基因组筛查中，研究人员确定了169种可能与人类色素沉着有关的基因，其中135种以前不知道起作用。研究作者报道，由于色素在人体内广泛分布，其中一些基因可能与皮肤癌症黑色素瘤甚至帕金森病等疾病有关，帕金森病会影响大脑中对运动很重要的区域的色素细胞。

“色素沉着本身在人类变异和进化的背景下都很有趣，但在疾病的背景下也是如此。”研究负责人乔安娜·威索卡是斯坦福大学和霍华德.休斯医学研究所的发育生物学家，她告诉《生活科学》。

色彩的多样性

人类的皮肤、眼睛和头发颜色，来自一种名为黑色素的色素，黑色素有棕色和黑色两种形式，称为真黑色素，黄红色两种形式称为褐黑色素。每种黑色素的表达量以及平衡度决定了，一个人是乌黑的头发还是火红的头发，肤色和眼睛颜色也是如此。（眼睛中的黑色素越多，颜色就越深。蓝眼睛的人虹膜中缺乏黑色素，而绿眼睛的人只有一层黑色素。）

威索卡说，被称为黑色素细胞的细胞会产生黑色素，但深色人和浅色人的区别不在于黑色素细胞数量，而在于这些黑色素细胞产生的黑色素量。

威索卡和她的团队周四（8月10日）在《科学》杂志上写道，之前的研究揭示了黑色素细胞成熟，和黑色素生成背后的一些基因，但仅足以解释23%至35%的人类肤色变化。为了找出哪些其他基因可能会导致人类色素沉着，研究人员进行了一项全基因组研究。

首先，他们必须区分高黑色素和低黑色素的黑色素细胞。为了做到这一点，他们利用黑色素的光散射特性，对实验室培养皿中的细胞进行了分类，黑色素描述了光照射色素时的行为。这种新方法包括将荧光照射在流经通道的细胞上，根据黑色素水平，有效地分离了人类黑色素细胞和黑色素瘤细胞（黑色素细胞的癌性版本）。

接下来，研究人员使用CRISPR-Cas9基因编辑技术系统地进入细胞，一次一个地突变每个基因。研究小组推断，如果断裂的基因与黑色素生成或黑色素细胞成熟有关，黑色素细胞中的色素水平会下降，然后被分类工具检测到。

这种方法返回了169个基因的列表，研究人员随后在真实的人体组织中，检查了这些基因的活性水平——在这种情况下，是包皮环切术后捐赠的婴儿包皮样本。他们发现，肤色较深的婴儿，近70%的基因比肤色较浅的婴儿更活跃。

保护性色素

威索卡说，并不是每个基因都一定能驱动黑色素的产生。虽然有些决定了黑色素细胞是如何成熟的以及它们产生了多少色素，但另外的可能以更体表的方式参与其中。

这些基因主要分为两类：一组帮助调节基因，另一组影响核内体运输。核内体是细胞内穿梭物质的微小运输包，研究人员仔细分析了每组中的一个基因，发现其中一个基因参与了黑素体的成熟，黑素体是制造和储存黑素细胞内色素的微小细胞器官。威索卡说，另一种调节黑素体的pH值，确保将色素拼凑在一起的酶，能够正常工作。

黑色素不仅仅是装饰性的；它可以保护皮肤和眼睛免受阳光的伤害。它也出现在大脑中一个叫做脑黑质的结构中，黑质的名字意思是“黑色物质”。该结构的高黑色素含量保护细胞免受反应分子的影响，但在帕金森病中，脑黑质细胞会死亡，从而黑色素减少。

威索卡说：“我们在黑色素细胞中发现的一些通路，是否对大脑的神经保护也很重要，这是一个有趣的问题。”