黑色素細胞內黑色素體的生成

黑色素細胞（melanocyte）是由胚胎的神經嵴細胞（neural crest cell）分化而來，在胚胎的神經管（neural tube）閉合之後，一群尚未成熟的黑色素母細胞（melanoblast）開始移動進入表皮基底層（stratum basale）與毛囊等位置。在遷移、定居與成熟的過程中，它們受到多種訊號調控，比如幹細胞因子（stem cell factor，SCF）會結合黑色素母細胞與黑色素細胞表面的 c-Kit 受體，誘導這些細胞增殖與分化，之後成為能製造黑色素（melanin）的成熟黑色素細胞。若這些基因發生缺陷，便可能形成先天性的斑駁病（piebaldism）。當黑色素細胞抵達表皮後，在表皮基底層會伸出細長的樹突，與周圍約 30 至 40 個角質形成細胞（keratinocyte）建立聯繫。

黑色素細胞的形態（圖片來源：Laboratoires Servier，採用 CC BY-SA 3.0 授權）

胚胎神經嵴的形成。神經板（neural plate）；神經板緣（neural plate border）；表皮（epidermis）；匯集（convergence）；神經褶（neural fold）；神經溝（neural groove）；神經嵴（neural crest）；神經管（neural tube）（圖片來源：NikNaks，採用 CC BY 4.0 授權）

表皮基底層的位置。表皮與真皮結構，角質層（stratum corneum）、透明層（stratum lucidum）、顆粒層（stratum granulosum）、棘層（stratum spinosum）、基底層（stratum basale）；黑色素細胞（melanocyte）；真皮（dermis）；板層顆粒（lamellar granules）；角質形成細胞（keratinocyte）；默克爾細胞（Merkel cell）（圖片來源：OpenStax College : J. Gordon Betts, Peter Desaix, Eddie Johnson.，採用 CC BY 3.0 授權）

SCF 與 c-kit 的訊號傳遞（圖片來源：Gabbianelli M and Testa U，採用 CC BY 2.0 授權）

黑色素細胞與角質形成細胞的連結（圖片來源：Liliana Bento-Lopes et al.，採用 CC BY 4.0 授權）

黑色素分子在人類可分為兩類，黑色或褐色的真黑色素（eumelanin）與黃色或紅色的棕黑色素（pheomelanin），其中真黑色素是 5,6-二羥基吲哚（5,6-dihydroxyindole，DHI）或 5,6-二羥基吲哚-2-羧酸（5,6-dihydroxyindole-2-carboxylic acid，DHICA）的衍生物；而棕黑色素則是苯並噻嗪（benzothiazine）或苯並噻唑（benzothiazole）的衍生物。黑色素是在黑色素細胞內的黑色素體（melanosome）裡合成與儲存，而黑色素體屬於溶小體（lysosome）相關胞器，與溶小體共享部分結構與分子特徵，但有專門製造與承載黑色素的能力。

真黑色素的其中一種結構（圖片來源：Roland Mattern，CC0 1.0 公共領域）

棕黑色素的其中一種結構（圖片來源：Roland Mattern，CC0 1.0 公共領域）

黑色素體的成熟可分為 4 個階段，第一期呈現較圓且內容物較不規則的囊泡，內部開始形成腔內纖維（intraluminal fibril）；到了第二期，這些纖維逐漸排列成清楚的網狀骨架，此時黑色素仍尚未大量累積，因此第一期與第二期常被視為早期黑色素體。這套內部骨架的主要構成蛋白是 PMEL，經過加工與運送後進入早期黑色素體，在裡面形成的骨架之後會和黑色素結合，讓黑色素在黑色素體內穩定分佈。到了第三期，黑色素合成開始活躍，並逐步沉積在纖維骨架上，原本清楚的內部結構開始被深色覆蓋。第四期已處於高度成熟，內部已充滿大量黑色素，幾乎無法再看見原先的腔內纖維排列，這時候黑色素體就會被轉交給角質形成細胞。

黑色素體的 4 個發展階段（圖片來源：Khan AQ et al. (2020)，採用 CC BY 4.0 授權）

酪胺酸酶（tyrosinase）負責啟動黑色素合成的早期步驟，是一種需要銅離子的膜蛋白酵素，將 L-酪胺酸（L-tyrosine）轉化為 L-多巴（L-DOPA），進一步推動後續各種黑色素的合成反應。若酪胺酸酶失去功能，黑色素就無法形成，會造成嚴重的眼皮膚白化症第一型（oculocutaneous albinism type 1）。黑色素體中還有酪胺酸酶相關蛋白1（TYRP1）與多巴色素互變異構酶（dopachrome tautomerase，DCT，又稱 TYRP2）共同參與黑色素形成與類型的調節。

黑色素合成路徑（圖片來源：Snyman M et al. (2024)，採用 CC BY-NC-ND 4.0 授權）

新生成的黑色素體多位於細胞核附近，在成熟的過程中會藉由微管（microtubule）、驅動蛋白（kinesin）與動力蛋白（dynein）系統向細胞週邊移動。當黑色素體接近樹突末端時，便由纖維狀肌動蛋白（F-actin）系統接手（與 Rab27a、melanophilin 與 myosin Va 形成複合體），使黑色素體移向細胞膜附近。隨後成熟黑色素體被轉移給角質形成細胞，這個轉移過程仍未完全釐清，目前提出的機制包括胞吐與胞吞作用、角質形成細胞吞噬黑色素細胞樹突末端（cytophagocytosis）、細胞膜融合或以膜性囊泡運送等方式。進入角質形成細胞後，黑色素體會聚集在細胞核周圍，大部分分布於朝皮膚表面外方向的細胞核上區域，形成帽狀排列，用意就是遮擋細胞核避免紫外光直射到細胞核內的 DNA，降低 DNA 被紫外光造成的損傷。

黑色素體的 4 個發展階段與微管傳輸的示意圖（圖片來源：Bao M et al. (2025)，採用 CC BY 4.0 授權）

黑色素體在角質形成細胞內保護細胞核（AI 生成示意圖）

陽光中的紫外光能夠讓皮膚變深，包含兩種時間尺度的反應。紫外光大致可分為 3 種，長波紫外線 UVA（波長介於 315-400 nm）、中波紫外線 UVB（280-315 nm）、短波紫外線 UVC（100-280 nm）。UVA 的能量是這 3 種中最低，但穿透力最強，可深入皮膚的真皮層；UVB 能量比 UVA 高，主要作用於表皮，容易直接傷害 DNA；UVC 能量最高，具有極強的 DNA 殺傷力，不過幾乎完全被臭氧層吸收，所以 UVC 通常不會達到地表。UVA 的波長所引起的即時色素變深，可在照射期間或照射後很快出現，一般維持數小時到一天左右。此時皮膚顏色加深主要來自黑色素細胞與角質形成細胞既有的黑色素受到 UVA 激發而發生氧化，以及原本存在的黑色素體重新分散與移動，並沒有明顯增加新的黑色素合成，其光防護能力有限。

真正與新生成的黑色素密切相關的是延遲性曬黑，在足夠紫外線照射後數日開始出現，並可持續數週甚至更久。這種反應大部分由 UVB 驅動，因為此機制主要是 DNA 損傷引起，特徵包括黑色素合成增加、黑色素體數量與黑化程度上升、黑色素細胞樹突更發達與黑色素轉移到角質形成細胞的程度提高。延遲性曬黑的起點在角質形成細胞，當 UVB 造成這種細胞的 DNA 損傷後，腫瘤抑制蛋白 p53 會被啟動，促使細胞表達前腦啡黑細胞促素皮促素（pro-opiomelanocortin，POMC）蛋白質。POMC 被切割後會產生多種胜肽，包括 α-黑色素細胞刺激素（α-MSH）、促腎上腺皮質素（ACTH）與 β-內啡肽（β-endorphin）。α-黑色素細胞刺激素與促腎上腺皮質素能夠作用於黑色素細胞膜上的 MC1R 受體，使細胞內的環腺苷酸（cAMP）上升，經過蛋白激酶 A（protein kinase A）與 CREB 相關轉錄調控，最後提高黑色素細胞特異性的 MITF 轉錄因子表達。MITF 轉錄因子之後會促進酪胺酸酶、TYRP1、DCT 與 PMEL 等蛋白質的表達，使黑色素細胞開始製造更多、更成熟的黑色素體，並將它們送往角質形成細胞。

前腦啡黑細胞促素皮促素（POMC）能產生多種胜肽。上方為全長的 POMC 蛋白質，下方則是切割後的產物（圖片來源：Robinson GN and Pickering RJ. (2024)，採用 CC BY 4.0 授權）

不過皮膚對紫外光的回應也不只經由 α-黑色素細胞刺激素這條路徑，上述也只是其中之一，紫外光會引起表皮內各類細胞共同啟動應變網路。膚色變深因此是皮膚面對光線壓力時所啟動的防禦反應，而黑色素本身並不能消除紫外光已造成的 DNA 損傷，那是 DNA 修復系統該做的處理；它所能提供的，是在未來曝曬中增加一層天然但有限的保護。

作者：水也佑

參考文獻：

1. Bao M et al. (2025). Melanosome Transport and Processing in Skin Pigmentation: Mechanisms and Targets for Pigmentation Modulation. Int. J. Mol. Sci.

2. dos Santos Videira IF et al. (2013). Mechanisms regulating melanogenesis. An Bras Dermatol.

3. Gabbianelli M and Testa U. (2009). Role Of Stem Cell Factor In The Reactivation Of Human Fetal Hemoglobin. Mediterr J Hematol Infect Dis.

4. Gilchrest BA et al. (1996). Mechanisms of ultraviolet light-induced pigmentation. Photochem Photobiol.

5. Khan AQ et al. (2020). Exosomes: Emerging Diagnostic and Therapeutic Targets in Cutaneous Diseases. Int. J. Mol. Sci.

6. Robinson GN and Pickering RJ. (2024). Melanocortins and Their Potential for the Treatment, Prevention and Amelioration of Complications of Diabetes. Diabetology.

7. Snyman M et al. (2024). The metabolism of melanin synthesis—From melanocytes to melanoma. Pigment Cell & Melanoma Research.

8. Yamaguchi Y and  Hearing VJ. (2009). Physiological factors that regulate skin pigmentation. Biofactors.

9. Yardman-Frank JM and Fisher DE. (2021). Skin pigmentation and its control: From ultraviolet radiation to stem cells. Exp Dermatol.

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