毒理學關注閾值在化妝品安全評估中的應用

張嘉琪 盤瑤

毒理學關注閾值方法是一種適合用于評估缺乏毒性資料但化學結構明確且人體暴露量很低的化學物安全性的方法，其在歐盟已被廣泛使用于化妝品的安全評估，我國也將其納入到了2021年頒布的《化妝品安全評估技術導則》中。本文主要從毒理學關注閾值方法的發展歷程出發，對方法的原理、概念、數據庫的建立等內容進行闡述，并以植物提取物和皮膚致敏閾值的建立為例，就其在化妝品安全評估中的應用進行了探討。

關鍵詞：毒理學關注閾值；化妝品安全評估；決策樹；植物提取物；皮膚致敏閾值

01概述毒理學關注閾值（Threshold of Toxicological Concern，TTC） 方法是一種在對大量化學物的化學結構特征和相關毒理學數據分析的基礎上，為不同類別化學物的人體暴露水平建立一個安全閾值的新的風險評估工具。如果人體實際的暴露量低于該閾值，就可以預測其不會對人體健康造成危害[1]。

TTC 方法最開始應用于食品包裝材料領域。1958年，美國聯邦食品、藥品和化妝品法案認為用于食品包裝材料的化學物有可能通過其包裝滲入到食品中，所以這些化學物應當作為食品添加劑來進行安全評估[2]。但隨后人們意識到這些食品包裝材料只有極少一部分滲入到食品中，因此，1967年 Frawley 對食品包裝材料的安全管理問題作出了報告，TTC 方法的原理由此被提出，即當某種缺乏具體毒性數據的化學物對人體的暴露量低于某一閾值時，對人體健康產生的危害可以忽略不計[3]。

該方法符合歐盟（European Union，EU） 頒布的化妝品動物試驗禁令，因此其在歐洲率先被應用于化妝品領域。2007年歐洲化妝品協會（原 COLIPA） 就組織專家對其進行研討，建議可以使用 TTC 方法對化妝品成分進行安全評估[4]。2012年，歐盟消費品安全科學委員會（SCCS） 就應用 TTC 方法對化妝品和消費品進行安全性評估發布了意見（SCCP/1171/08）[5]。我國國家藥品監督管理局于2021年發布的《化妝品安全評估技術導則》中，明確指出“對于化學結構明確，且不包含嚴重致突變警告結構的原料或風險物質，含量較低且缺乏系統毒理學研究數據時，可參考使用毒理學關注閾值（TTC） 方法進行評估”[6]。可見，TTC 方法在化妝品安全評估領域的應用和發展前景十分廣闊，但在國內只有較少文獻對該方法進行過研究。

TTC 方法經歷了日益完善的發展過程，1984年，Gold 等基于770種化學物的3000多個長期、慢性實驗的毒性數據，建立了一個致癌潛因數據庫（Carcinogenic Potency Database，CPDB）[7]。1989年Rulis等通過分析 CPDB 中的343種嚙齒類致癌物的毒性資料，建立了慢性劑量與風險概率分布之間的關系，按照致癌風險為10－6外推，獲得了食品中化學物濃度的安全閾值0.15?g /（人·天）[8]。隨后，該閾值被被美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA） 規定為“食品包裝材料管理閾值”[9]。在非致癌物的數據庫研究方面， Munro 等人建立了一個包含613種嚙齒類和兔類動物非致癌化學物的數據庫，通過分析這613種化學物的化學結構和毒性關系，首次提出了以結構分類為基礎的多層次的 TTC 方法[10]。

在上述背景下，基于概率法得出了不同化學物的 TTC 值，低于該值時可以認為出現不良影響的概率是很低的[11]。目前廣泛使用的 TTC 閾值來自上述兩個數據庫，即包含致癌性數據的 CPDB 和包含來自其他毒理學終點數據的 Munro 數據庫，兩者的毒性效應都是基于口服暴露后的全身效應[12]。

需要特別注意的是，TTC 方法適用于評估化學結構明確、能夠有效估計人體暴露量、濃度較低且缺乏毒性數據的化學物，但該方法不適用于金屬或金屬化合物、有很強生物蓄積性物質（如多鹵化二噁英、二苯并呋喃或聯苯）、強致癌物（如黃曲霉毒素、亞硝基化合物、氧化偶氮類等）、類固醇、蛋白質、高分子質量的物質和化學結構未知的混合物等[13]，其具體的排除原因見表1。

Cramer 決策樹是 TTC 方法建立和應用的化學基礎，它是一種化學物分類方法，基于化學物的結構及其毒性的關系，根據33個與化學結構有關的問題，將化學物分為 Cramer I 類、II 類和 III 類[14]，具體見表2。因此，許多化學物的安全暴露水平可以根據其化學結構和具有相似結構特征的化學物的已知毒性來確定。

隨著科技的進步，越來越多的計算機軟件或程序可用于對化學物及化妝品成分進行 Cramer 分類。例如，ToxTree軟件可提供對化學物的 Cramer 分類的評估[15]，Cosmos NG 和SpheraCosmolife可提供對某一特定暴露量是否會超過其對應的 TTC 值的評估[16]，這些工具同時也促進 Cramer 分類方法的不斷更新[17]。

02TTC 方法在化妝品領域的發展Kroes等人分析表明，根據化學物不同的吸收和代謝方式，可以實現將外部劑量外推到內部劑量，因此 TTC 方法能夠用于化妝品的局部暴露[18]。但是，目前將 TTC 方法應用于化妝品領域遇到的挑戰主要有兩方面，一方面需要建立一個對口服毒性研究期間產生的內部劑量進行相關評估的數據庫，另一方面來自于暴露途徑。

首先，建立 TTC 數據庫一直受到極大關注，這些數據庫為 TTC 方法在不同領域的應用提供了閾值計算的數據基礎。由于 Munro 數據庫中納入的化妝品相關化合物較少[19]，而數據庫的完整性對于 TTC 閾值的確定非常關鍵。針對化妝品原料，歐盟 SEURAT-1 COSMOS 項目對用于化妝品相關的化學物進行了非致癌 TTC 的深入研究。該項目獲得的 Cosmos-TTC 數據庫包含552種化學物（495種化妝品成分），為化妝品相關物質提供了更可靠的閾值[20]。為了擴大數據庫的化合物覆蓋范圍，同時對重復劑量毒性數據進行匯總，以獲得實用且保守的閾值，2017年 Yang 等人將 Cosmos-TTC 和 Munro 兩個數據庫聯合起來建立了新的“聯合集”（Federated DB）[21]。隨后，2020年 Patel 等人將日用香料研究所（Research Institute for Fragrance Materials，RIFM）TTC 數據庫中 Cramer 類別 I、II 和 III 中的238、76和162種香料化學物整合到 Federated DB 中，得出了對應的 TTC 值[22]。這四種不同數據集的 TTC 值概述，具體見表3。

Cosmos-TTC 數據集中的 Cramer II 類沒有提出 TTC 值，是因為 Cramer II 類和 III 類化學物的分布在該數據集中有重疊[23]。SCCS 認為，目前 Federated DB 數據集提

出的 Cramer III 類和 I 類分別為2.3、46μg/kg bw/day 的

閾值適用于化妝品相關物質的安全評估[24]

其次，人體對大多數化妝品的接觸都是通過皮膚暴露進行的，但對于大多數物質來說，目前進行的重復劑量口服研究要比重復劑量皮膚研究多得多。因此，可用的皮膚重復劑量研究數據庫太小，無法得出有意義的概率分布和閾值。除此之外，許多物質通過口服的暴露量是高于通過皮膚的暴露量的，使用基于口服重復劑量數據的閾值來評估應用于皮膚的成分還有很多有待解決的問題[24]。

綜上所述，使用 TTC 方法進行安全評估時，需要考慮不同代謝途徑的差異是否會影響從口服數據得出的 TTC 值的適用性，化學物的理化特性和化妝品的使用方式都會影響用于與 TTC 值相比較的內部暴露劑量[25]。

03TTC 方法在化妝品安全評估中的應用

近年來，含有植物成分的化妝品、消費品逐漸增多，植物提取物的安全性也受到越來越多的關注。植物提取物是成分復雜的混合物，由于天然化學成分多數是未知的，其毒性數據也十分缺乏，TTC 方法可以很好的解決這一難題[26]。對于植物提取物，Kawamoto 等人研究得出，90?g/day 的 TTC 值是足夠保守的[27]。對于具有潛在遺傳毒性物質的情況，Mahony 等人也提出了10?g/day 的 TTC 值用于植物提取物的安全評估[28]。

由于建立 TTC 方法所使用的數據庫中的毒性資料主要來源于動物的系統毒性研究，因此獲得的 TTC 閾值僅涉及口服給藥后的全身毒性[29]。而皮膚致敏等局部毒性是進行化妝品安全評估需要主要考慮的毒性效應，因此很有必要建立針對皮膚致敏的 TTC 方法。

有研究對可用的皮膚致敏性數據進行了概率分析，建立了皮膚致敏閾值（Dermal Sensitization Threshold， DST），低于該閾值時，即使是未經測試的化學物，也可以認為是沒有明顯致敏風險的。首先假設所有化學物中有20%是致敏劑，以洗發水和除臭劑為示例產品類型計算其 DST，原因是洗發水是一種廣泛使用的淋洗產品，預計其暴露量較低，而除臭劑是一種廣泛使用的駐留產品，可提供較高的暴露量。兩者的 DST 分別為1.64和0.55μg/ cm?，不超過可接受暴露水平（Acceptable Exposure Level，AEL）的概率為95%。除此之外，它們也適用于致敏評估因子（Sensitization Assessment Factor，SAF）為100或300的任何產品[30]。

這與Rulis研究致癌性時采取的方法類似，但兩者的根本區別是， DST 不是單個值，應用于不同 SAF 產品時會有所不同。此外，DST 的單位為μg/cm?，該值的大小取決于產品的使用方式（即單位皮膚表面積使用的產品量、淋洗與駐留等）。如果皮膚使用量足夠低，使用 DST 將不需要對其進行致敏性試驗。然而，DST 只是一種概率方法，由于數據集有限，分析中也存在不確定性，它并不能保證每一種化學物的安全性[31]。

簡而言之，DST 方法基于 TTC 原則，即使未對化學物進行致敏性測試，也可以確定化學物的皮膚致敏風險[32]。由于在確定 TTC 的致癌性和系統毒性時使用了95%的概率水平，所以通常認為此概率是合適的。但是化學物的皮膚致敏效力可能很強或極強，這使得應用 DST 方法進行化妝品安全評估時產生了較大的不確定性。隨后有研究對該方法進行了改進，將化學物分類為無反應性、無代謝反應性和反應性化學物，同時設置無反應性、無代謝反應性化學物的 DST 為900μg/cm?，使用該值將有助于減少對此類化學物進行動物試驗的需要。對于反應性化學物則需要逐個進行安全評估，通過上述改進可以提高 DST 方法的可靠性和穩定性[33]。

04展望

TTC 方法應用于化妝品領域的安全評估，綜合考慮了不同化學物的化學結構、不同的代謝途徑、毒性數據庫是否完善，已經被證實是一種科學的且具有實用價值的安全評估方法。然而，目前 TTC 方法仍然在基礎數據庫和局部暴露等方面存在著一些有待解決的關鍵問題。因此，還應當通過擴大毒理學數據庫、完善補充決策樹等不同的方式來增加該方法在化妝品領域應用的準確性和可靠性，使 TTC 方法能有效保護人群健康，提高化妝品的質量安全。

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