头发颜色是人与人之间，外貌上最明显的差异之一。许多基因都会影响头发的颜色，最近发表的论文报告，在基因组上找到 200 多处遗传变异与发色相关，不过除了导致红发的 MC1R 以外，其他基因的影响力都不是太大。[1][2]
参与色素生成的 MC1R 基因
不论现实世界或虚构人物，像是历史上初到东亚的荷兰人、《灌篮高手》的樱木花道、《银河英雄传说》的吉尔菲艾斯、《圣经》的耶洗别（Jezebel），都以鲜明的红发特色为人瞩目。过去研究发现，与红色头发关系最密切的基因是 MC1R。
MC1R 如何影响头发颜色？此一基因的蛋白质产物属于“G蛋白偶联受器（G Pprotein-coupled receptor）”，表现部位是皮肤表面，以及毛发中的黑素细胞（melanocyte）。MC1R 参与的细胞讯号传递路径，会导致细胞合成深色的色素“真黑素（eumelanin ）”。在多种哺乳动物中，若是失去 MC1R讯号传递，黑素细胞将无法生产真黑素，而改为合成红色或黄色的“褐黑素（pheomelanin）”。
不过影响人类头发红色与否，不只 MC1R 基因一个因素；除了红发以外，人类头发还有很多种颜色，或许同时受到许多基因影响。探讨这类遗传变异与外貌特征之间关系的问题，最近英国建构的遗传数据库“UK Biobank”，不但样本众多，而且有着详细的资讯记录，成为合适的研究材料。
导致红发的基因与影响力
为了寻找影响发色的基因，研究团队一共选择数据库中 343234 位英国人纳入分析；至于头发颜色，则来自每个人的自我申报。约 34 万位研究对象中，红发占的比例不高，女生是 5.2%，男生是 3.8%，平均为 4.6%。（数据库取样中女生比男生更多 2.5 万人）
研究者采用简称为 GWAS，也就是近来流行的“全基因组关联分析（Genome-wide association study）”，发现基因组上与红发关系最明显的位置，位于第 16 号染色体，毫不意外地正是 MC1R 基因所在的区域一带。
然而，假如只考虑 MC1R 一个基因在不同受测者间的 DNA 变异，大概只能解释红发 73% 的遗传度（heritability）。也就是说，的确有些人的 MC1R 基因变异版本与红发高度相关，或许可称之为“红发版 MC1R”，却也有人配备红发版的基因，可是发色仍是淡棕或金发。显然除了 MC1R以外，还有其他遗传变异也影响一个人是否会是红发。
这次分析中，研究者也在基因组上其他位置，找到与红发相关的 DNA 变异，不过这些变异的影响力，当然都远远不如 MC1R。考虑所有已知的变异一起计算，能解释的红发遗传度将上升到 90%。
从金发到黑发，受众多基因微幅影响
除了比例不高的红发者以外，数据库中大部分人的发色介于黑色到金色之间，可以视为由深到浅色的一条光谱，分为 4 种：黑色（女 1.5%、男 7.4%、平均 4.2%）、深棕色（女 37.2%、男 37.2%、平均 37.2%）、浅棕色（女 42.5%、男 40.0%、平均 41.1%）、金色（女 12.7%、男 10.0%、平均 11.5%）。研究团队将这 4 种发色一起分析。（仍有 1.4% 的人不属于上述 5 种发色）
整体看来，一共侦测到大约 200 处的遗传变异，与黑、棕、金发色有关，不过每一处变异的影响程度似乎都不是很大。至少这批 DNA 差异中，没有一个对发色的影响力，有到 MC1R对红发与否那么强烈。根据这些新找到的 DNA 变异，金发的遗传度大概能解释 73%，棕发则是 47%。
许多影响发色的遗传变异，并不会改变基因转译后的蛋白质序列，因此应该是透过改变基因调控的方式，比方说基因表现量的增减，或是基因作用时机的变化，来影响发色。
至于影响发色的细胞种类，目前已知至少有 3 种细胞牵涉其中，除了合成色素的黑素细胞之外，还有角质细胞（keratinocyte）与纤维母细胞（fibroblast）。
相当有意思的是，头发呈现什么颜色与色素有关，但是会影响发色的基因不一定如 MC1R般，是直接影响细胞的色素制造，也有些基因的作用，是改变头发的生长方式，或是影响头发的质地（texture）。
也值得一提的是，UK Biobank 成立至今，已经嘉慧了世界各地众多研究者，完成不少品质优秀的论文。好的数据库，真的对科学研究帮助很大！[3][4]
文／寒波
延伸阅读：分析5.58亿年前胆固醇，追寻最古老的埃迪卡拉纪动物参考文献：
1. Morgan, M. D., Pairo-Castineira, E., Rawlik, K., Canela-Xandri, O., Rees, J., Sims, D., … & Jackson, I. J. (2018). Genome-wide study of hair colour in UK Biobank explains most of the SNP heritability. Nature communications, 9(1), 5271.
https://www.nature.com/articles/s41467-018-07691-z
2. Hair colour gene study sheds new light on roots of redheads’ locks
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-12/uoe-hcg121018.php?
3. 灭亡万年的尼安德塔人，他们的DNA对现代人有哪些影响？
http://neanderthaldna.pixnet.net/blog/post/219211197
4. 造血干细胞的遗传变异，与血癌有什么关系？
https://geneonline.news/index.php/2018/08/15/blood-forming-stem-cells-and-blood-cancer/
