這些日子北京的天氣不是熱的要命

就是陰雨連綿

小編為了防曬和防雨好幾套衣服換來換去，頗有種手忙腳亂的感覺

然而就在前幾天，小編日常上網沖浪的時候刷到了一個話題：#高溫超42度曬黑元兇竟是熱#，一些媒體引用專家的言論，稱“高溫超過42°C會刺激皮膚中的酪氨酸酶活性提高115.2%，還會使黑色素細胞體積增大、功能活躍。”

小編低頭看了看自己辛辛苦苦防曬還是有了色差的胳膊……難不成是熱出來的？

那今天，就讓小編跟大家一起探討一下，到底是熱黑還是曬黑效果更明顯吧。

我們是怎么被曬黑的？

我們的皮膚每天都會接觸大量的光，其中最具有生物學相關性，也最常見的是來自太陽和一些人造光源的紫外光（200~400nm）。

圖1 太陽光譜和溫度接近的黑體輻射譜，可見光只是太陽光譜的很小一部分

為了方便討論，科學家將紫外線（UV）粗略區分為紫外線A、B、C三類（UVA：320~400nm；UVB：280~320nm；UVC：200~280nm）。臭氧層對UVC有很強的吸收作用，因此UVC幾乎不能到達地表，一般我們在天氣預報里看到的“紫外線強度”指的就是UVA和UVB的強度。

圖2 不同波長的光主要作用的皮膚部位

UVA主要作用于真皮層深部，但光子能量較低，對DNA損傷有限。UVA引發皮膚變黑的主要途徑是促使黑色素細胞釋放黑色素小體，從而導致即刻曬黑。這種曬黑一般會在幾天內消退。

UVB的光子能量較高，相較于UVA更容易引發細胞中的DNA損傷，這些損傷包括相鄰核苷酸組成二聚體，多聚體等，統稱為DNA光合產物。最常見的光合產物是環丁烷嘧啶二聚體和6，4 嘧啶- 嘧啶酮光合產物。常見的環丁烷嘧啶二聚體突變是紫外線傷害的特異性后果。光合產物可引起DNA 復制減少、突變，甚至可能致癌。

皮膚發紅、刺痛、蛻皮等較嚴重的曬傷一般認為主要由UVB引起。

圖3.不同波長紫外線對于皮膚的影響

皮膚細胞可以通過黑色素來吸收紫外線。強紫外線照射后，皮膚合成色素增加，可反饋增加光保護。此外，防曬霜中多種有機和無機的成分都能幫助中和紫外線對皮膚的作用，主要的保護機制是吸收、反射和物理遮蓋。

綜上所述，我們在談論被曬黑時，其實是在談論紫外線對皮膚的損傷以及皮膚本身的自我保護機制。這種自我反饋機制起效很快，正如許多人體驗過的一樣，夏天去海邊等陽光強烈的地方曬一星期，整個人可能就直接黑了一個色號~

同樣，防曬也是最直接有效的美白方式之一。

熱真的會讓人變黑嗎？

要討論這個問題，我們需要從黑色素本身的產生過程著手分析。

在人體中，黑色素屬于苯丙氨酸代謝路徑中某一條路徑的產物。控制這條代謝路徑效率的主要步驟是從酪氨酸到多巴這一步反應，也就是說酪氨酸酶的活性直接影響黑色素的最終產量。

圖4. 苯丙氨酸的代謝途徑，其中黑色素的代謝路徑標紅

我們小學二年級就學過，生物體中各種各樣的酶承擔了生化反應催化劑的角色。這些酶由于結構會隨著溫度變化發生改變，活性也會受到影響。作為人體自身產生的酶，酪氨酸酶一般被認為在體溫附近（37℃左右）活性最高，在例如42℃的高溫環境中由于酶的構象改變，其活性會降低。

從這個角度出發，我們似乎可以很簡單地得出結論——高溫會抑制酪氨酸酶的活性，因此高溫反而會讓人變白。

事實上，小編在一開始看到那條熱搜的時候，小腦瓜飛快地轉動了一下就得出了這個結論，于是信心滿滿地準備寫一篇文章反駁一下“無良媒體的造謠行徑”。

但是，作為物理學入門學生的小編發動了一下科研必備技能：查文獻

于是小編驚訝地發現，真的已經有論文研究過“高溫是否會促進黑色素生成”這個問題，而且正如專家所說，答案是肯定的！

在1998年發表在The Society for Investigative Dermatology上的一篇論文[1]中，研究者對他們培養的單層上皮細胞/黑色素細胞進行了連續幾天每天在42℃環境下暴露1小時的熱處理，并將結果與經過一定劑量UVB照射的樣品，以及未經處理的樣品進行了對比。

首先，經過熱處理之后，黑色素細胞的體積明顯增大（如下圖C所示），而只經過UVB照射的細胞（下圖B）則沒有明顯體積變化。

圖5. (A)未經過處理、(B)UVB暴露處理、(C)熱處理后黑色素細胞的顯微照片，可見熱處理后細胞體積明顯增大

一般來說，黑色素細胞體積的增大意味著細胞內部的細胞器（如線粒體、內質網、高爾基體等）數量增多，這使得黑色素合成能力直接上升；此外，黑色素細胞的樹突數量和長度增加也可以提高黑色素向角質細胞的轉運效率，讓皮膚更快變黑。

圖6. 單層培養黑色素細胞的酪氨酸酶（多巴氧化酶）活性測量結果

此外，研究者發現，經過UVB和高溫處理后，酪氨酸酶活性輕微上升了2~5%，如圖6所示，高溫處理后的酪氨酸酶活性反而更高一些，非常反直覺。

凝膠電泳法顯示，42℃熱處理后酪氨酸酶活性升至對照組115.2%——但這發生在實驗室單層細胞中，實際人體因汗液蒸發降溫，表皮很難持續達42℃。

在2023年發表在iScience上的另一篇論文[2]中，中南大學的研究團隊在研究長期受熱對皮膚組織影響時，對人體皮膚組織進行了41℃處理，發現基底層黑色素顆粒顯著增加。這與一種被稱為熱激紅斑或火激紅斑的皮膚病癥狀類似。

圖7. 經過Masson-Fontana染色的正常皮膚與患有火激紅斑（EAI）的皮膚切片，這種染色會將黑色素顆粒染成深色，可見EAI皮膚中黑色素含量明顯偏高。

此外，這篇文獻中主要研究了高溫誘導黑色素合成的分子生物學機制，不過這就完全超出了小編的知識范圍了，有興趣的讀者可以自行查看文獻[2]來學習相關內容~

基于這兩篇文獻，我們來做一個小小的總結：除了紫外線照射，高溫也會刺激皮膚主動合成黑色素，所以說怕曬黑的朋友們在夏天除了需要防曬，防止皮膚長時間處于過高溫度（例如40℃以上）也是必要的~

圖8.小紅書等社交平臺經常見到這類捂得嚴嚴實實的防曬攻略，但是防曬的同時也請記得注意不要太熱哦

越熱越黑vs越冷越黑

聊完了高溫和紫外線導致黑色素合成的故事，小編想到了還有一些動物在不同的溫度下顏色深淺不一樣。相信有和小編一樣喜歡云吸貓（或者真的養了貓）的讀者們已經想到了，沒錯，小編想的就是暹羅貓！

圖9. 同一只暹羅貓在夏天和冬天的照片，猜猜哪張是夏天拍的？

回顧我們上面介紹過的，黑色素的合成需要經過酪氨酸酶的調控。在大部分生物體中，酪氨酸酶的活性對溫度并沒有太過敏感，環境溫度的改變不至于使得體表顏色發生劇烈變化。

然而，暹羅貓體內的酪氨酸酶則相當不同。暹羅貓，喜馬拉雅兔等動物身上編碼酪氨酸酶的TYR基因發生了功能性突變，這種突變使得它們的酪氨酸酶對于溫度相當敏感。當溫度升高到35℃以上時，這些動物體內的酪氨酸酶活性大幅降低，此時它們的體毛呈現出淡淡的棕黃色甚至接近白色；當溫度低于35℃時，酪氨酸酶的活性恢復正常，此時它們的體毛就會呈現出深棕色甚至黑色。

圖10. 一只喜馬拉雅兔，其毛色和分布與暹羅貓很像

結合這一特征，我們就可以了解到這些動物身上的“重點色”的生物學起源：耳朵、四肢、尾巴、面部都屬于身體末梢，體溫相對較低，這些部位的酪氨酸酶活性更高，因此長出的毛發顏色更深，而身體的主要部分體溫更高，酪氨酸酶的活性就更低，毛色因此更淺。

其實這種基因突變并不局限于這些小動物，1991年發表在Journal of Clinical Investigation上的一篇文獻就報道了一例具有類似基因突變的患者，他身上的酪氨酸酶在37℃以上就會失活，因此他身上的毛發也出現了顏色不均勻分布的現象。

圖11. 基因突變者的毛發樣本，可以看到顏色并不均勻

當我們忙著和紫外線斗智斗勇時，恐怕沒想到熱也會在防曬衣下悄悄搗亂。高溫中變黑的皮膚，與空調房里揣著爪子的暹羅貓，看似風馬牛不相及，實則共享著同一把溫度鑰匙。

小編現在在想，下次出門前，除了涂防曬霜，或許也該對天氣預報里的高溫紅色預警多看一眼。

參考資料：

[1] Nakazawa K , Sahuc F , Damour O ,et al.Regulatory effects of heat on normal human melanocyte growth and melanogenesis: comparative study with UVB.[J].Journal of Investigative Dermatology, 1998, 110(6):972-977.DOI:10.1046/j.1523-1747.1998.00204.x.

[2] Zhang L , Zeng H , Jiang L ,et al.Heat promotes melanogenesis by increasing the paracrine effects in keratinocytes via the TRPV3/Ca2+/Hh signaling pathway[J].iScience, 2023, 26(5).DOI:10.1016/j.isci.2023.106749.

[3] King R A , White J G , Spritz R A .Temperature-sensitive tyrosinase associated with peripheral pigmentation in oculocutaneous albinism.[J].Journal of Clinical Investigation, 1991, 87(3):1046-53.DOI:10.1172/JCI115064.

[4] 周春燕, 藥立波, 高國全, 等. 生物化學與分子生物學[M]. 10版. 北京: 人民衛生出版社, 2023.

[5] 奈特 (NETTER F H), 安德森 (ANDERSON B E). 奈特繪圖版醫學全集——第4卷：皮膚系統[M]. 劉躍華, 主譯. 2版. 北京: 科學出版社, 2017.

編輯：K.Collider