乌骨鸡黑色素的研究进展

蒋明+李智+董莲花+陈斌

摘要：乌骨鸡具有极高的药用价值、营养价值和观赏价值，而这些价值的物质基础主要是黑色素，本文就黑色素细胞产生、迁移及黑色素的生成、理化性质、相关信号通路、生理功能和与其相关的营养因素进行了阐述。

关键词：乌骨鸡；黑色素细胞；神经嵴；信号通路；酪氨酸酶

我国乌骨鸡资源非常的丰富，品种繁多，具有乌皮、乌骨和乌肉的“三乌”特征，乌鸡肉游离脂肪酸高、胆固醇低、富含人体必需氨基酸，同时还含有丰富的维生素和微量元素，具有极高的药用价值、营养价值，而这些价值的物质基础主要是黑色素，随着人们生活水平和保健意识的提高，“绿色食品”、“黑色食品”受到人们越来越广泛的青睐，乌骨鸡更是成为人们的鸡肉首选，因此开展乌鸡黑色素沉积规律及相关的研究意义非常重大。

1、黑色素细胞的产生和迁移

意大利科学家Sangiovanni于1819年首次在乌贼皮肤中发现，并表明其形态结构与乌贼的皮肤色素沉着之间有着一定的关联，当时他把黑色素细胞命名为“色素胞”（chromatophores），后来到了1837年，Henle在人体的皮肤也发现了此类细胞，而且证实了皮肤色素的沉积与此细胞有着关联，随后黑色素细胞逐渐引起科研者的重视，其中主要的研究集中物种间黑色素细胞的鉴定、比较以及黑色素细胞来源的问题，尤其是Bloch等建立的多巴染色方法在黑色素细胞的研究上发挥了非常大的作用。

黑色素细胞起源于神经系统，神经系统在原肠胚的形成期阶段中形成，主要集中在背部外胚层和中胚层接触时期。在脊椎动物中，除了眼睛上的视网膜上皮细胞外，几乎所有的黑色素细胞都是起源于神经嵴。神经嵴细胞根据轴段的不同可以分为心区神经嵴细胞、躯干神经嵴细胞、颜面神经嵴细胞和迷走神经嵴细胞，其中躯干部神经细胞分化成神经性和黑色素性的两种细胞的。禽类躯干部神经细胞体外的培养结果表明神经性的细胞首先迁移，而黑色素性的细胞要在6小时后才逐渐迁移。神经嵴细胞在迁移的初期，肌膜破解，钙黏蛋白消失，神经嵴细胞脱出，从而开始迁移，研究表明从躯干部神经细胞分化的这两种细胞存在两种迁移途径：一条途径腹部，经过体节腹部和神经管之间迁移，最终形成感觉和交感神经元，另外一条途径体节和外胚层之间，即黑色素性的神经嵴细胞，最终定位于外胚层，形成皮肤表皮上的黑色素细胞。

2、黑色素的合成及转移

黑色素细胞定位于皮肤后，形成成熟的黑色素细胞，成熟的黑色素细胞大部分位于毛囊中，少数存在于表皮层的基底部，成熟的黑色素细胞中含有一种黑色素产生的细胞器—黑色素小体（Melanosome），黑色素小体起源于核周细胞质，根据其产生黑色素的种类的类型又分为真黑色小体（Eumelanosome）和假黑色素小体（Phemelanosome），真黑色素小体的体形大，性状为椭圆形，小体膜上有非常规则的糖蛋白，假黑色素小体的大小相对于真黑色小体小，而且呈圆形，膜上蛋白结构也相对混乱。黑色素小体在黑色素细胞中的形成和成熟分为四个阶段，第一个阶段：黑色素前体，小泡状，没有黑色素；第二阶段：黑色素小体，纤维状，椭圆形；第三阶段：黑色素小体颜色加深，里面基质物质密度加大；第四阶段：小泡中充满黑色素，小体逐渐变成黑色球形。

大量研究表明，黑色素的合成是由黑色素细胞内酪氨酸在酪氨酸酶（Tyrosinase，TYR）的催化作用下，发生羟化从而启动相关的生化反应过程，今年来，也有科研者提出三酶理论来阐述黑色素生物合成，即多巴色素异构酶、酪氨酸酶和二羟基吲哚算氧化酶。具体情况：酪氨酸酶催化酪氨酸生成多巴（3，4-二羟基丙苯氨酸），多巴再进一步酪氨酸酶氧化成多巴醌，通过氧化和多聚化反应，多巴醌变成多巴色素，多巴色素在多巴色素异构酶的作用下，生成5，6-二羟基吲哚酸（DHICA），DHICA通过脱羧生成5，6-二羟基吲哚（DHI），再通过酪氨酸酶催化，生成5，6-吲哚醌（IQ），5，6-吲哚醌是真黑色素的前体，可以与其他中间产物结合生成真黑色素，当细胞内的酪氨酸酶活性降低的时候，多巴转化成多巴醌的效率就会降低，此时细胞内过量的谷胱甘肽（GSH）会多巴结合生成谷胱甘肽多巴，继而在谷氨酰转肽酶的的催化下生成半胱氨酸多巴，最后生成脱黑色素。

黑色素合成后就会运输到固定的区域沉积，黑色素的运输包括细胞内的运输及细胞膜上的固定和细胞间的运输，这些过程由微丝、微管和马达蛋白共同完成，其中细胞间的运输的具体机理还没有一个准确的结论，目前认为其可能是黑色素细胞以外分泌的方式将黑色素分泌到细胞间，然后由角质细胞通过内吞的方式吸收和固定。

3、黑色素的理化性质

黑色素（melanin）是一类生物色素，源自于希腊语melanos （中文意思为黑的），由瑞典科学家Berzelius于1840年命名并使用。黑色素在机体的真皮层沉积，是一种保护性的物质结构，物理性质稳定，几乎不溶于所有溶剂和水，普遍存在机体中，特别是动物的眼球、毛发以及表皮组织中，随着近年来对黑色素的不断深入的研究，发现真黑色素是一种棕色或者黑色的含氮分子，里面含氮，但是不含硫，不溶或者微溶于碱性溶液。脱黑色素与真黑色素不同的是除了含氮外还含有硫，主要使得畜禽毛发呈现出棕色、红色或者黄色，易溶解在碱性溶液中，机体组织呈现不同的颜色差异，除了与黑色素种类和比例的组成有关外，同时与黑色素的最后分布的位置也是有一定的关联的。

4、黑色素在乌鸡体内的分布规律

在乌鸡体内，黑色素的沉积分布有着独特的规律。它的发生不是同时的，而是按照一定的顺序的，在胚胎发育5天左右时，鸡胚背部皮肤首先出现黑色素，然后以背部为中心，分别向前后左右拓展，黑色素首先在骨膜肌膜和皮肤中沉积，接着在肌间结缔组织，最后发生于肌纤维组织中，在肌肉中沉积，而乌鸡骨骼中的黑色素则是由于黑色素细胞转移所导致的。

黑色素在乌鸡各组织中几乎都有分布，但是各组织中的含量也是有一定的差异，胡泗才等研究发现，在泰和乌骨鸡体内，黑色素主要分布在胸膜、腹膜、骨膜、腱膜以及真皮和皮下组织中，而且黑色素在各组织中分布规律为骨膜>皮肤>肌肉>内脏。但在潘珂等结果中却发现腿肌中黑色素的含量却高于皮肤，刘向萍等利用黑色等级的方法来判断泰和乌骨鸡各组织黑色素沉积的差异，研究结果表明各组织中的黑色素沉积差异显著，以上研究者研究乌鸡各组织中的含量时，虽然存在一定的差异，但是结果均表明乌鸡黑色素在各组织中的含量是不同的。耿拓宇等还发现黑色素会随着周龄的增加而变浅，而且黑色素含量在性别间也存在一定的差异，母鸡体内黑色素的沉积率明显高于公鸡，而具体原因在刘辉的文章中解释是由于黑色素转氨酶对年龄和性别比较敏感所导致的；耿拓宇等通过关联分析同时还发现皮肤中黑色素的含量与乌鸡的体重呈负相关，这一发现对于乌鸡的选育工作有一定的指导意义。

5、乌鸡黑色素的生理功能

中国传统的中医把乌骨鸡作为药用鸡，而且发现其黑色程度越深，药效就更加好，现代医学研究结果表明，乌骨鸡的药用价值和食用价值在于乌鸡体内沉积的黑色素，而且许多科研者通过实验研究也证实黑色素具有清除机体的自由基、延缓衰老、抗紫外线、抗氧化和提高机体免疫力等生理功能。

5.1富集微量元素

乌鸡黑色素能够富集Cu、Mn、Fe、Co和Ni等微量元素，上述元素可以直接参与机体的细胞免疫，而且这些微量元素是三大物质代谢途径中关键酶的激活剂、辅酶和参与一些维生素的合成。还可以抑制由于诱导剂所导致的基因突变，所以说黑色素从某种程度上还是一类抗诱变剂，其中的铁元素是血红素的主要组成物质，参与体内氧气的运输，因此常用于病人和特殊人群的功能和营养食品。这些微量元素主要以二价和三价的形式存在黑色素和黑色素细胞中，Bilińska等通过研究牛眼虹膜、小鼠黑色素瘤、马黑色素瘤以及人体黑色素瘤的结果表明，铜离子和锌离子在黑色素中含量高于其他组织中。陈晓东等通过利用红外线谱对黑色素和KBr压片进行测定，发现pH对黑色素和金属离子的络和作用有一定的影响，黑色素与金属离子作用的位点是其内部的羰基。

5.2抗衰老作用

徐幸莲等乌骨鸡和普通肉鸡饲喂果蝇，研究结果表明乌骨鸡能够显著延长果蝇的平均寿命，但是对于果蝇最高寿命的影响却不显著，通过测定这两组果蝇体内的脂褐素，发现乌鸡黑色素能够显著降低果蝇体内中的脂褐素的含量，脂褐素我们也称之为老年素，是一种黄褐色的不规则的小颗粒，通常沉淀在肝脏、心肌和神经等衰老组织中，是机体衰老的一种判断指标。辜清等利用泰和乌骨鸡或者黑色素饲喂老年小鼠一个月后，通过酶组织化学的方法观察其体内相关酶类的变化，结果显示肾脏、肝脏和肠内的Mg2+-ATPase（镁激活三磷酸腺苷酶），5-Nase（5-核苷酸酶），G-6-Pase（6-磷酸酶）和SDH（琥珀酸脱氢酶）酶的活性相对于普通饲喂小鼠都明显的增强，而MAO（血清单胺氧化酶）酶活却降低，这些酶类的变化表明乌鸡黑色素参与维持内环境的稳定和机体的代谢，从而起到延缓衰老的作用。王哲鹏等也发现果蝇在饲喂乌鸡黑色素后（两组实验：分别饲喂0.2mg/mL和0.02mg/mL）的寿命能够显著的提高，这两组实验中果蝇的延寿率分别达到了54.9%和70.2%，实验结果中还发现乌鸡黑色素对果蝇还有一定的排铅解毒的功效，铅在动物体内目前研究发现主要存在两种功能，一种是增加体内的自由基，从而引起机体的氧化损伤；第二种是降低SOD（抗氧化物酶）在体内的水平，促进机体内由于氧化应激所导致的损伤。因此作者推断乌鸡黑色素可能是一种抗氧化剂，通过抑制机体内部铅所引起的氧化应激，最终延长果蝇的平均寿命。李欣等实验中也发现饲喂黑色素的小鼠的肝脏和血液中GSH-PX（谷胱甘肽）的水平也是显著显著的升高了，而MDA（丙二醛）活力却显著的降低，这些结果同样表明乌鸡体内的黑色素具有抗氧化的作用。

5.3抵抗紫外线

蔡华珍等为了研究乌鸡黑色素对紫外线的抵抗能力，用紫外线直接照射与不同浓度黑色素水悬液混合的德氏乳杆菌和唾液链球菌，实验结果表明黑色素对紫外线抵抗力依赖于黑色素水悬液的浓度和时间的长短，当其浓度大于0.009mg/mL时，黑色素才能抵抗紫外线对上述两种菌种的伤害和保护食品中的Vc（维生素C），而且这种能力随着浓度的增加而增强，随着紫外线的时间的延长，这种能力也会逐渐的降低，但是还是高于未加黑色素的对照组。对紫外线的抵抗能力不仅仅只限于乌黑体内的黑色素，这种能力是普遍存在的，苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis，Bt）是一种能够自然产生黑色素的一种菌株，邓音乐等在Bt上发现能够产生黑色素的Bt菌株经过紫外线照射后的存活率是不产黑色素Bt的17倍，具体机制是由于黑色素能够保护杀虫晶体蛋白结构中色氨酸和组氨酸免被紫外线破坏。

7、与黑色含量相关的营养因素

由于乌鸡的主要的作用物质是其体内中的黑色素，因此，通过提高乌骨鸡体内黑色素的含量来提高其滋补价值是乌鸡育种工作主要目的，但是常规的品种选育时间周期长，见效缓慢，因此许多科研者开始考虑从营养调控的角度来增加乌鸡黑色素的含量。前文中提及黑色素是由于酪氨酸在酪氨酸酶的作用下，通过一系列非常复杂的生物转化最后生成的，其中与黑色素形成过程的关键和限速酶就是酪氨酸酶，酪氨酸酶的在黑色素细胞中表达量和活性的到底直接影响中黑色素合成的数量和数度。于是大家就考虑从增加饲料中酪氨酸的含量和通过添加剂改变酪氨酸酶的活性的角度上研究其对乌鸡体内黑色素含量。黎观红等研究发现对于5到8周龄的泰和乌鸡，随着日粮中酪氨酸含量的增加（分别为0.402%、0.521%和0.640%），胸肌中黑色素含量极显著的增多，而皮肤和腿肌中黑色素含量却未差异不显著，对于9到12周龄的乌鸡，胸肌和腿肌中的黑色素显著的增加，皮肤仍然不受酪氨酸含量的影戏，而且试验中酪氨酸水平不影响乌鸡生产性能。赵艳平等研究表明当饲料中酪氨酸水平达到0.98%时，1到4周龄的泰和乌骨鸡肝脏中黑色素含量最高，当水平达到1.18%时，心脏、皮肤和肌肉中黑色素含量达到了最高。许兰娇等发现饲粮中增加铜的水平可以增加不同周龄乌鸡组织和血清中酪氨酸活性，其最佳浓度为30mg/kg，其机理在于酪氨酸酶是一种金属酶，其活性中心含有两个铜离子，增加饲料中铜的水平可以改变酪氨酸酶的活性。黎观红等还发现通过增加硒元素能够增加处于热应激条件下的乌鸡血清及下丘脑中α-MSH的含量，从而通过α-MSH-MC1RcAMP-TRP通路增加肝脏、胸肌和皮肤中黑色素的含量，硒的最佳添加浓度为0.5mg/kg。除了通过增加饲料中金属元素外，也有科研者发现添加中草药也可以提高酪氨酸酶活性来增加乌骨鸡体内黑色素含量。

参考文献（略）