烏骨雞黑色素的研究進(jìn)展

蔣明+李智+董蓮花+陳斌

摘要：烏骨雞具有極高的藥用價值、營養(yǎng)價值和觀賞價值，而這些價值的物質(zhì)基礎(chǔ)主要是黑色素，本文就黑色素細(xì)胞產(chǎn)生、遷移及黑色素的生成、理化性質(zhì)、相關(guān)信號通路、生理功能和與其相關(guān)的營養(yǎng)因素進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：烏骨雞；黑色素細(xì)胞；神經(jīng)嵴；信號通路；酪氨酸酶

我國烏骨雞資源非常的豐富，品種繁多，具有烏皮、烏骨和烏肉的“三烏”特征，烏雞肉游離脂肪酸高、膽固醇低、富含人體必需氨基酸，同時還含有豐富的維生素和微量元素，具有極高的藥用價值、營養(yǎng)價值，而這些價值的物質(zhì)基礎(chǔ)主要是黑色素，隨著人們生活水平和保健意識的提高，“綠色食品”、“黑色食品”受到人們越來越廣泛的青睞，烏骨雞更是成為人們的雞肉首選，因此開展烏雞黑色素沉積規(guī)律及相關(guān)的研究意義非常重大。

1、黑色素細(xì)胞的產(chǎn)生和遷移

意大利科學(xué)家Sangiovanni于1819年首次在烏賊皮膚中發(fā)現(xiàn)，并表明其形態(tài)結(jié)構(gòu)與烏賊的皮膚色素沉著之間有著一定的關(guān)聯(lián)，當(dāng)時他把黑色素細(xì)胞命名為“色素胞”（chromatophores），后來到了1837年，Henle在人體的皮膚也發(fā)現(xiàn)了此類細(xì)胞，而且證實了皮膚色素的沉積與此細(xì)胞有著關(guān)聯(lián)，隨后黑色素細(xì)胞逐漸引起科研者的重視，其中主要的研究集中物種間黑色素細(xì)胞的鑒定、比較以及黑色素細(xì)胞來源的問題，尤其是Bloch等建立的多巴染色方法在黑色素細(xì)胞的研究上發(fā)揮了非常大的作用。

黑色素細(xì)胞起源于神經(jīng)系統(tǒng)，神經(jīng)系統(tǒng)在原腸胚的形成期階段中形成，主要集中在背部外胚層和中胚層接觸時期。在脊椎動物中，除了眼睛上的視網(wǎng)膜上皮細(xì)胞外，幾乎所有的黑色素細(xì)胞都是起源于神經(jīng)嵴。神經(jīng)嵴細(xì)胞根據(jù)軸段的不同可以分為心區(qū)神經(jīng)嵴細(xì)胞、軀干神經(jīng)嵴細(xì)胞、顏面神經(jīng)嵴細(xì)胞和迷走神經(jīng)嵴細(xì)胞，其中軀干部神經(jīng)細(xì)胞分化成神經(jīng)性和黑色素性的兩種細(xì)胞的。禽類軀干部神經(jīng)細(xì)胞體外的培養(yǎng)結(jié)果表明神經(jīng)性的細(xì)胞首先遷移，而黑色素性的細(xì)胞要在6小時后才逐漸遷移。神經(jīng)嵴細(xì)胞在遷移的初期，肌膜破解，鈣黏蛋白消失，神經(jīng)嵴細(xì)胞脫出，從而開始遷移，研究表明從軀干部神經(jīng)細(xì)胞分化的這兩種細(xì)胞存在兩種遷移途徑：一條途徑腹部，經(jīng)過體節(jié)腹部和神經(jīng)管之間遷移，最終形成感覺和交感神經(jīng)元，另外一條途徑體節(jié)和外胚層之間，即黑色素性的神經(jīng)嵴細(xì)胞，最終定位于外胚層，形成皮膚表皮上的黑色素細(xì)胞。

2、黑色素的合成及轉(zhuǎn)移

黑色素細(xì)胞定位于皮膚后，形成成熟的黑色素細(xì)胞，成熟的黑色素細(xì)胞大部分位于毛囊中，少數(shù)存在于表皮層的基底部，成熟的黑色素細(xì)胞中含有一種黑色素產(chǎn)生的細(xì)胞器—黑色素小體（Melanosome），黑色素小體起源于核周細(xì)胞質(zhì)，根據(jù)其產(chǎn)生黑色素的種類的類型又分為真黑色小體（Eumelanosome）和假黑色素小體（Phemelanosome），真黑色素小體的體形大，性狀為橢圓形，小體膜上有非常規(guī)則的糖蛋白，假黑色素小體的大小相對于真黑色小體小，而且呈圓形，膜上蛋白結(jié)構(gòu)也相對混亂。黑色素小體在黑色素細(xì)胞中的形成和成熟分為四個階段，第一個階段：黑色素前體，小泡狀，沒有黑色素；第二階段：黑色素小體，纖維狀，橢圓形；第三階段：黑色素小體顏色加深，里面基質(zhì)物質(zhì)密度加大；第四階段：小泡中充滿黑色素，小體逐漸變成黑色球形。

大量研究表明，黑色素的合成是由黑色素細(xì)胞內(nèi)酪氨酸在酪氨酸酶（Tyrosinase，TYR）的催化作用下，發(fā)生羥化從而啟動相關(guān)的生化反應(yīng)過程，今年來，也有科研者提出三酶理論來闡述黑色素生物合成，即多巴色素異構(gòu)酶、酪氨酸酶和二羥基吲哚算氧化酶。具體情況：酪氨酸酶催化酪氨酸生成多巴（3，4-二羥基丙苯氨酸），多巴再進(jìn)一步酪氨酸酶氧化成多巴醌，通過氧化和多聚化反應(yīng)，多巴醌變成多巴色素，多巴色素在多巴色素異構(gòu)酶的作用下，生成5，6-二羥基吲哚酸（DHICA），DHICA通過脫羧生成5，6-二羥基吲哚（DHI），再通過酪氨酸酶催化，生成5，6-吲哚醌（IQ），5，6-吲哚醌是真黑色素的前體，可以與其他中間產(chǎn)物結(jié)合生成真黑色素，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的酪氨酸酶活性降低的時候，多巴轉(zhuǎn)化成多巴醌的效率就會降低，此時細(xì)胞內(nèi)過量的谷胱甘肽（GSH）會多巴結(jié)合生成谷胱甘肽多巴，繼而在谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶的的催化下生成半胱氨酸多巴，最后生成脫黑色素。

黑色素合成后就會運輸?shù)焦潭ǖ膮^(qū)域沉積，黑色素的運輸包括細(xì)胞內(nèi)的運輸及細(xì)胞膜上的固定和細(xì)胞間的運輸，這些過程由微絲、微管和馬達(dá)蛋白共同完成，其中細(xì)胞間的運輸?shù)木唧w機(jī)理還沒有一個準(zhǔn)確的結(jié)論，目前認(rèn)為其可能是黑色素細(xì)胞以外分泌的方式將黑色素分泌到細(xì)胞間，然后由角質(zhì)細(xì)胞通過內(nèi)吞的方式吸收和固定。

3、黑色素的理化性質(zhì)

黑色素（melanin）是一類生物色素，源自于希臘語melanos （中文意思為黑的），由瑞典科學(xué)家Berzelius于1840年命名并使用。黑色素在機(jī)體的真皮層沉積，是一種保護(hù)性的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，物理性質(zhì)穩(wěn)定，幾乎不溶于所有溶劑和水，普遍存在機(jī)體中，特別是動物的眼球、毛發(fā)以及表皮組織中，隨著近年來對黑色素的不斷深入的研究，發(fā)現(xiàn)真黑色素是一種棕色或者黑色的含氮分子，里面含氮，但是不含硫，不溶或者微溶于堿性溶液。脫黑色素與真黑色素不同的是除了含氮外還含有硫，主要使得畜禽毛發(fā)呈現(xiàn)出棕色、紅色或者黃色，易溶解在堿性溶液中，機(jī)體組織呈現(xiàn)不同的顏色差異，除了與黑色素種類和比例的組成有關(guān)外，同時與黑色素的最后分布的位置也是有一定的關(guān)聯(lián)的。

4、黑色素在烏雞體內(nèi)的分布規(guī)律

在烏雞體內(nèi)，黑色素的沉積分布有著獨特的規(guī)律。它的發(fā)生不是同時的，而是按照一定的順序的，在胚胎發(fā)育5天左右時，雞胚背部皮膚首先出現(xiàn)黑色素，然后以背部為中心，分別向前后左右拓展，黑色素首先在骨膜肌膜和皮膚中沉積，接著在肌間結(jié)締組織，最后發(fā)生于肌纖維組織中，在肌肉中沉積，而烏雞骨骼中的黑色素則是由于黑色素細(xì)胞轉(zhuǎn)移所導(dǎo)致的。

黑色素在烏雞各組織中幾乎都有分布，但是各組織中的含量也是有一定的差異，胡泗才等研究發(fā)現(xiàn)，在泰和烏骨雞體內(nèi)，黑色素主要分布在胸膜、腹膜、骨膜、腱膜以及真皮和皮下組織中，而且黑色素在各組織中分布規(guī)律為骨膜>皮膚>肌肉>內(nèi)臟。但在潘珂等結(jié)果中卻發(fā)現(xiàn)腿肌中黑色素的含量卻高于皮膚，劉向萍等利用黑色等級的方法來判斷泰和烏骨雞各組織黑色素沉積的差異，研究結(jié)果表明各組織中的黑色素沉積差異顯著，以上研究者研究烏雞各組織中的含量時，雖然存在一定的差異，但是結(jié)果均表明烏雞黑色素在各組織中的含量是不同的。耿拓宇等還發(fā)現(xiàn)黑色素會隨著周齡的增加而變淺，而且黑色素含量在性別間也存在一定的差異，母雞體內(nèi)黑色素的沉積率明顯高于公雞，而具體原因在劉輝的文章中解釋是由于黑色素轉(zhuǎn)氨酶對年齡和性別比較敏感所導(dǎo)致的；耿拓宇等通過關(guān)聯(lián)分析同時還發(fā)現(xiàn)皮膚中黑色素的含量與烏雞的體重呈負(fù)相關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)對于烏雞的選育工作有一定的指導(dǎo)意義。

5、烏雞黑色素的生理功能

中國傳統(tǒng)的中醫(yī)把烏骨雞作為藥用雞，而且發(fā)現(xiàn)其黑色程度越深，藥效就更加好，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究結(jié)果表明，烏骨雞的藥用價值和食用價值在于烏雞體內(nèi)沉積的黑色素，而且許多科研者通過實驗研究也證實黑色素具有清除機(jī)體的自由基、延緩衰老、抗紫外線、抗氧化和提高機(jī)體免疫力等生理功能。

5.1富集微量元素

烏雞黑色素能夠富集Cu、Mn、Fe、Co和Ni等微量元素，上述元素可以直接參與機(jī)體的細(xì)胞免疫，而且這些微量元素是三大物質(zhì)代謝途徑中關(guān)鍵酶的激活劑、輔酶和參與一些維生素的合成。還可以抑制由于誘導(dǎo)劑所導(dǎo)致的基因突變，所以說黑色素從某種程度上還是一類抗誘變劑，其中的鐵元素是血紅素的主要組成物質(zhì)，參與體內(nèi)氧氣的運輸，因此常用于病人和特殊人群的功能和營養(yǎng)食品。這些微量元素主要以二價和三價的形式存在黑色素和黑色素細(xì)胞中，Bilińska等通過研究牛眼虹膜、小鼠黑色素瘤、馬黑色素瘤以及人體黑色素瘤的結(jié)果表明，銅離子和鋅離子在黑色素中含量高于其他組織中。陳曉東等通過利用紅外線譜對黑色素和KBr壓片進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)pH對黑色素和金屬離子的絡(luò)和作用有一定的影響，黑色素與金屬離子作用的位點是其內(nèi)部的羰基。

5.2抗衰老作用

徐幸蓮等烏骨雞和普通肉雞飼喂果蠅，研究結(jié)果表明烏骨雞能夠顯著延長果蠅的平均壽命，但是對于果蠅最高壽命的影響卻不顯著，通過測定這兩組果蠅體內(nèi)的脂褐素，發(fā)現(xiàn)烏雞黑色素能夠顯著降低果蠅體內(nèi)中的脂褐素的含量，脂褐素我們也稱之為老年素，是一種黃褐色的不規(guī)則的小顆粒，通常沉淀在肝臟、心肌和神經(jīng)等衰老組織中，是機(jī)體衰老的一種判斷指標(biāo)。辜清等利用泰和烏骨雞或者黑色素飼喂老年小鼠一個月后，通過酶組織化學(xué)的方法觀察其體內(nèi)相關(guān)酶類的變化，結(jié)果顯示腎臟、肝臟和腸內(nèi)的Mg2+-ATPase（鎂激活三磷酸腺苷酶），5-Nase（5-核苷酸酶），G-6-Pase（6-磷酸酶）和SDH（琥珀酸脫氫酶）酶的活性相對于普通飼喂小鼠都明顯的增強(qiáng)，而MAO（血清單胺氧化酶）酶活卻降低，這些酶類的變化表明烏雞黑色素參與維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定和機(jī)體的代謝，從而起到延緩衰老的作用。王哲鵬等也發(fā)現(xiàn)果蠅在飼喂烏雞黑色素后（兩組實驗：分別飼喂0.2mg/mL和0.02mg/mL）的壽命能夠顯著的提高，這兩組實驗中果蠅的延壽率分別達(dá)到了54.9%和70.2%，實驗結(jié)果中還發(fā)現(xiàn)烏雞黑色素對果蠅還有一定的排鉛解毒的功效，鉛在動物體內(nèi)目前研究發(fā)現(xiàn)主要存在兩種功能，一種是增加體內(nèi)的自由基，從而引起機(jī)體的氧化損傷；第二種是降低SOD（抗氧化物酶）在體內(nèi)的水平，促進(jìn)機(jī)體內(nèi)由于氧化應(yīng)激所導(dǎo)致的損傷。因此作者推斷烏雞黑色素可能是一種抗氧化劑，通過抑制機(jī)體內(nèi)部鉛所引起的氧化應(yīng)激，最終延長果蠅的平均壽命。李欣等實驗中也發(fā)現(xiàn)飼喂黑色素的小鼠的肝臟和血液中GSH-PX（谷胱甘肽）的水平也是顯著顯著的升高了，而MDA（丙二醛）活力卻顯著的降低，這些結(jié)果同樣表明烏雞體內(nèi)的黑色素具有抗氧化的作用。

5.3抵抗紫外線

蔡華珍等為了研究烏雞黑色素對紫外線的抵抗能力，用紫外線直接照射與不同濃度黑色素水懸液混合的德氏乳桿菌和唾液鏈球菌，實驗結(jié)果表明黑色素對紫外線抵抗力依賴于黑色素水懸液的濃度和時間的長短，當(dāng)其濃度大于0.009mg/mL時，黑色素才能抵抗紫外線對上述兩種菌種的傷害和保護(hù)食品中的Vc（維生素C），而且這種能力隨著濃度的增加而增強(qiáng)，隨著紫外線的時間的延長，這種能力也會逐漸的降低，但是還是高于未加黑色素的對照組。對紫外線的抵抗能力不僅僅只限于烏黑體內(nèi)的黑色素，這種能力是普遍存在的，蘇云金芽孢桿菌（Bacillus thuringiensis，Bt）是一種能夠自然產(chǎn)生黑色素的一種菌株，鄧音樂等在Bt上發(fā)現(xiàn)能夠產(chǎn)生黑色素的Bt菌株經(jīng)過紫外線照射后的存活率是不產(chǎn)黑色素Bt的17倍，具體機(jī)制是由于黑色素能夠保護(hù)殺蟲晶體蛋白結(jié)構(gòu)中色氨酸和組氨酸免被紫外線破壞。

7、與黑色含量相關(guān)的營養(yǎng)因素

由于烏雞的主要的作用物質(zhì)是其體內(nèi)中的黑色素，因此，通過提高烏骨雞體內(nèi)黑色素的含量來提高其滋補(bǔ)價值是烏雞育種工作主要目的，但是常規(guī)的品種選育時間周期長，見效緩慢，因此許多科研者開始考慮從營養(yǎng)調(diào)控的角度來增加烏雞黑色素的含量。前文中提及黑色素是由于酪氨酸在酪氨酸酶的作用下，通過一系列非常復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化最后生成的，其中與黑色素形成過程的關(guān)鍵和限速酶就是酪氨酸酶，酪氨酸酶的在黑色素細(xì)胞中表達(dá)量和活性的到底直接影響中黑色素合成的數(shù)量和數(shù)度。于是大家就考慮從增加飼料中酪氨酸的含量和通過添加劑改變酪氨酸酶的活性的角度上研究其對烏雞體內(nèi)黑色素含量。黎觀紅等研究發(fā)現(xiàn)對于5到8周齡的泰和烏雞，隨著日糧中酪氨酸含量的增加（分別為0.402%、0.521%和0.640%），胸肌中黑色素含量極顯著的增多，而皮膚和腿肌中黑色素含量卻未差異不顯著，對于9到12周齡的烏雞，胸肌和腿肌中的黑色素顯著的增加，皮膚仍然不受酪氨酸含量的影戲，而且試驗中酪氨酸水平不影響烏雞生產(chǎn)性能。趙艷平等研究表明當(dāng)飼料中酪氨酸水平達(dá)到0.98%時，1到4周齡的泰和烏骨雞肝臟中黑色素含量最高，當(dāng)水平達(dá)到1.18%時，心臟、皮膚和肌肉中黑色素含量達(dá)到了最高。許蘭嬌等發(fā)現(xiàn)飼糧中增加銅的水平可以增加不同周齡烏雞組織和血清中酪氨酸活性，其最佳濃度為30mg/kg，其機(jī)理在于酪氨酸酶是一種金屬酶，其活性中心含有兩個銅離子，增加飼料中銅的水平可以改變酪氨酸酶的活性。黎觀紅等還發(fā)現(xiàn)通過增加硒元素能夠增加處于熱應(yīng)激條件下的烏雞血清及下丘腦中α-MSH的含量，從而通過α-MSH-MC1RcAMP-TRP通路增加肝臟、胸肌和皮膚中黑色素的含量，硒的最佳添加濃度為0.5mg/kg。除了通過增加飼料中金屬元素外，也有科研者發(fā)現(xiàn)添加中草藥也可以提高酪氨酸酶活性來增加烏骨雞體內(nèi)黑色素含量。

參考文獻(xiàn)（略）