毒理學(xué)關(guān)注閾值在化妝品安全評(píng)估中的應(yīng)用

張嘉琪 盤瑤

毒理學(xué)關(guān)注閾值方法是一種適合用于評(píng)估缺乏毒性資料但化學(xué)結(jié)構(gòu)明確且人體暴露量很低的化學(xué)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(píng)估，我國也將其納入到了2021年頒布的《化妝品安全評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》中。本文主要從毒理學(xué)關(guān)注閾值方法的發(fā)展歷程出發(fā)，對(duì)方法的原理、概念、數(shù)據(jù)庫的建立等內(nèi)容進(jìn)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(píng)估中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：毒理學(xué)關(guān)注閾值；化妝品安全評(píng)估；決策樹；植物提取物；皮膚致敏閾值

01概述毒理學(xué)關(guān)注閾值（Threshold of Toxicological Concern，TTC） 方法是一種在對(duì)大量化學(xué)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征和相關(guān)毒理學(xué)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，為不同類別化學(xué)物的人體暴露水平建立一個(gè)安全閾值的新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工具。如果人體實(shí)際的暴露量低于該閾值，就可以預(yù)測其不會(huì)對(duì)人體健康造成危害[1]。

TTC 方法最開始應(yīng)用于食品包裝材料領(lǐng)域。1958年，美國聯(lián)邦食品、藥品和化妝品法案認(rèn)為用于食品包裝材料的化學(xué)物有可能通過其包裝滲入到食品中，所以這些化學(xué)物應(yīng)當(dāng)作為食品添加劑來進(jìn)行安全評(píng)估[2]。但隨后人們意識(shí)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(duì)食品包裝材料的安全管理問題作出了報(bào)告，TTC 方法的原理由此被提出，即當(dāng)某種缺乏具體毒性數(shù)據(jù)的化學(xué)物對(duì)人體的暴露量低于某一閾值時(shí)，對(duì)人體健康產(chǎn)生的危害可以忽略不計(jì)[3]。

該方法符合歐盟（European Union，EU） 頒布的化妝品動(dòng)物試驗(yàn)禁令，因此其在歐洲率先被應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域。2007年歐洲化妝品協(xié)會(huì)（原 COLIPA） 就組織專家對(duì)其進(jìn)行研討，建議可以使用 TTC 方法對(duì)化妝品成分進(jìn)行安全評(píng)估[4]。2012年，歐盟消費(fèi)品安全科學(xué)委員會(huì)（SCCS） 就應(yīng)用 TTC 方法對(duì)化妝品和消費(fèi)品進(jìn)行安全性評(píng)估發(fā)布了意見（SCCP/1171/08）[5]。我國國家藥品監(jiān)督管理局于2021年發(fā)布的《化妝品安全評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》中，明確指出“對(duì)于化學(xué)結(jié)構(gòu)明確，且不包含嚴(yán)重致突變警告結(jié)構(gòu)的原料或風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)，含量較低且缺乏系統(tǒng)毒理學(xué)研究數(shù)據(jù)時(shí)，可參考使用毒理學(xué)關(guān)注閾值（TTC） 方法進(jìn)行評(píng)估”[6]?？梢?，TTC 方法在化妝品安全評(píng)估領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景十分廣闊，但在國內(nèi)只有較少文獻(xiàn)對(duì)該方法進(jìn)行過研究。

TTC 方法經(jīng)歷了日益完善的發(fā)展過程，1984年，Gold 等基于770種化學(xué)物的3000多個(gè)長期、慢性實(shí)驗(yàn)的毒性數(shù)據(jù)，建立了一個(gè)致癌潛因數(shù)據(jù)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(fēng)險(xiǎn)概率分布之間的關(guān)系，按照致癌風(fēng)險(xiǎn)為10－6外推，獲得了食品中化學(xué)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(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA） 規(guī)定為“食品包裝材料管理閾值”[9]。在非致癌物的數(shù)據(jù)庫研究方面， Munro 等人建立了一個(gè)包含613種嚙齒類和兔類動(dòng)物非致癌化學(xué)物的數(shù)據(jù)庫，通過分析這613種化學(xué)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)和毒性關(guān)系，首次提出了以結(jié)構(gòu)分類為基礎(chǔ)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(xué)物的 TTC 值，低于該值時(shí)可以認(rèn)為出現(xiàn)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(gè)數(shù)據(jù)庫，即包含致癌性數(shù)據(jù)的 CPDB 和包含來自其他毒理學(xué)終點(diǎn)數(shù)據(jù)的 Munro 數(shù)據(jù)庫，兩者的毒性效應(yīng)都是基于口服暴露后的全身效應(yīng)[12]。

需要特別注意的是，TTC 方法適用于評(píng)估化學(xué)結(jié)構(gòu)明確、能夠有效估計(jì)人體暴露量、濃度較低且缺乏毒性數(shù)據(jù)的化學(xué)物，但該方法不適用于金屬或金屬化合物、有很強(qiáng)生物蓄積性物質(zhì)（如多鹵化二噁英、二苯并呋喃或聯(lián)苯）、強(qiáng)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(zhì)、高分子質(zhì)量的物質(zhì)和化學(xué)結(jié)構(gòu)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(yīng)用的化學(xué)基礎(chǔ)，它是一種化學(xué)物分類方法，基于化學(xué)物的結(jié)構(gòu)及其毒性的關(guān)系，根據(jù)33個(gè)與化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)的問題，將化學(xué)物分為 Cramer I 類、II 類和 III 類[14]，具體見表2。因此，許多化學(xué)物的安全暴露水平可以根據(jù)其化學(xué)結(jié)構(gòu)和具有相似結(jié)構(gòu)特征的化學(xué)物的已知毒性來確定。

隨著科技的進(jìn)步，越來越多的計(jì)算機(jī)軟件或程序可用于對(duì)化學(xué)物及化妝品成分進(jìn)行 Cramer 分類。例如，ToxTree軟件可提供對(duì)化學(xué)物的 Cramer 分類的評(píng)估[15]，Cosmos NG 和SpheraCosmolife可提供對(duì)某一特定暴露量是否會(huì)超過其對(duì)應(yīng)的 TTC 值的評(píng)估[16]，這些工具同時(shí)也促進(jìn) Cramer 分類方法的不斷更新[17]。

02TTC 方法在化妝品領(lǐng)域的發(fā)展Kroes等人分析表明，根據(jù)化學(xué)物不同的吸收和代謝方式，可以實(shí)現(xiàn)將外部劑量外推到內(nèi)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(yīng)用于化妝品領(lǐng)域遇到的挑戰(zhàn)主要有兩方面，一方面需要建立一個(gè)對(duì)口服毒性研究期間產(chǎn)生的內(nèi)部劑量進(jìn)行相關(guān)評(píng)估的數(shù)據(jù)庫，另一方面來自于暴露途徑。

首先，建立 TTC 數(shù)據(jù)庫一直受到極大關(guān)注，這些數(shù)據(jù)庫為 TTC 方法在不同領(lǐng)域的應(yīng)用提供了閾值計(jì)算的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。由于 Munro 數(shù)據(jù)庫中納入的化妝品相關(guān)化合物較少[19]，而數(shù)據(jù)庫的完整性對(duì)于 TTC 閾值的確定非常關(guān)鍵。針對(duì)化妝品原料，歐盟 SEURAT-1 COSMOS 項(xiàng)目對(duì)用于化妝品相關(guān)的化學(xué)物進(jìn)行了非致癌 TTC 的深入研究。該項(xiàng)目獲得的 Cosmos-TTC 數(shù)據(jù)庫包含552種化學(xué)物（495種化妝品成分），為化妝品相關(guān)物質(zhì)提供了更可靠的閾值[20]。為了擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫的化合物覆蓋范圍，同時(shí)對(duì)重復(fù)劑量毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，以獲得實(shí)用且保守的閾值，2017年 Yang 等人將 Cosmos-TTC 和 Munro 兩個(gè)數(shù)據(jù)庫聯(lián)合起來建立了新的“聯(lián)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(shù)據(jù)庫中 Cramer 類別 I、II 和 III 中的238、76和162種香料化學(xué)物整合到 Federated DB 中，得出了對(duì)應(yīng)的 TTC 值[22]。這四種不同數(shù)據(jù)集的 TTC 值概述，具體見表3。

Cosmos-TTC 數(shù)據(jù)集中的 Cramer II 類沒有提出 TTC 值，是因?yàn)?Cramer II 類和 III 類化學(xué)物的分布在該數(shù)據(jù)集中有重疊[23]。SCCS 認(rèn)為，目前 Federated DB 數(shù)據(jù)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(guān)物質(zhì)的安全評(píng)估[24]

其次，人體對(duì)大多數(shù)化妝品的接觸都是通過皮膚暴露進(jìn)行的，但對(duì)于大多數(shù)物質(zhì)來說，目前進(jìn)行的重復(fù)劑量口服研究要比重復(fù)劑量皮膚研究多得多。因此，可用的皮膚重復(fù)劑量研究數(shù)據(jù)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(zhì)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(fù)劑量數(shù)據(jù)的閾值來評(píng)估應(yīng)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(jìn)行安全評(píng)估時(shí)，需要考慮不同代謝途徑的差異是否會(huì)影響從口服數(shù)據(jù)得出的 TTC 值的適用性，化學(xué)物的理化特性和化妝品的使用方式都會(huì)影響用于與 TTC 值相比較的內(nèi)部暴露劑量[25]。

03TTC 方法在化妝品安全評(píng)估中的應(yīng)用

近年來，含有植物成分的化妝品、消費(fèi)品逐漸增多，植物提取物的安全性也受到越來越多的關(guān)注。植物提取物是成分復(fù)雜的混合物，由于天然化學(xué)成分多數(shù)是未知的，其毒性數(shù)據(jù)也十分缺乏，TTC 方法可以很好的解決這一難題[26]。對(duì)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(duì)于具有潛在遺傳毒性物質(zhì)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(píng)估[28]。

由于建立 TTC 方法所使用的數(shù)據(jù)庫中的毒性資料主要來源于動(dòng)物的系統(tǒng)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(jìn)行化妝品安全評(píng)估需要主要考慮的毒性效應(yīng)，因此很有必要建立針對(duì)皮膚致敏的 TTC 方法。

有研究對(duì)可用的皮膚致敏性數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)，即使是未經(jīng)測試的化學(xué)物，也可以認(rèn)為是沒有明顯致敏風(fēng)險(xiǎn)的。首先假設(shè)所有化學(xué)物中有20%是致敏劑，以洗發(fā)水和除臭劑為示例產(chǎn)品類型計(jì)算其 DST，原因是洗發(fā)水是一種廣泛使用的淋洗產(chǎn)品，預(yù)計(jì)其暴露量較低，而除臭劑是一種廣泛使用的駐留產(chǎn)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(píng)估因子（Sensitization Assessment Factor，SAF）為100或300的任何產(chǎn)品[30]。

這與Rulis研究致癌性時(shí)采取的方法類似，但兩者的根本區(qū)別是， DST 不是單個(gè)值，應(yīng)用于不同 SAF 產(chǎn)品時(shí)會(huì)有所不同。此外，DST 的單位為μg/cm?，該值的大小取決于產(chǎn)品的使用方式（即單位皮膚表面積使用的產(chǎn)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(duì)其進(jìn)行致敏性試驗(yàn)。然而，DST 只是一種概率方法，由于數(shù)據(jù)集有限，分析中也存在不確定性，它并不能保證每一種化學(xué)物的安全性[31]。

簡而言之，DST 方法基于 TTC 原則，即使未對(duì)化學(xué)物進(jìn)行致敏性測試，也可以確定化學(xué)物的皮膚致敏風(fēng)險(xiǎn)[32]。由于在確定 TTC 的致癌性和系統(tǒng)毒性時(shí)使用了95%的概率水平，所以通常認(rèn)為此概率是合適的。但是化學(xué)物的皮膚致敏效力可能很強(qiáng)或極強(qiáng)，這使得應(yīng)用 DST 方法進(jìn)行化妝品安全評(píng)估時(shí)產(chǎn)生了較大的不確定性。隨后有研究對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)，將化學(xué)物分類為無反應(yīng)性、無代謝反應(yīng)性和反應(yīng)性化學(xué)物，同時(shí)設(shè)置無反應(yīng)性、無代謝反應(yīng)性化學(xué)物的 DST 為900μg/cm?，使用該值將有助于減少對(duì)此類化學(xué)物進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)的需要。對(duì)于反應(yīng)性化學(xué)物則需要逐個(gè)進(jìn)行安全評(píng)估，通過上述改進(jìn)可以提高 DST 方法的可靠性和穩(wěn)定性[33]。

04展望

TTC 方法應(yīng)用于化妝品領(lǐng)域的安全評(píng)估，綜合考慮了不同化學(xué)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、不同的代謝途徑、毒性數(shù)據(jù)庫是否完善，已經(jīng)被證實(shí)是一種科學(xué)的且具有實(shí)用價(jià)值的安全評(píng)估方法。然而，目前 TTC 方法仍然在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和局部暴露等方面存在著一些有待解決的關(guān)鍵問題。因此，還應(yīng)當(dāng)通過擴(kuò)大毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫、完善補(bǔ)充決策樹等不同的方式來增加該方法在化妝品領(lǐng)域應(yīng)用的準(zhǔn)確性和可靠性，使 TTC 方法能有效保護(hù)人群健康，提高化妝品的質(zhì)量安全。

參考文獻(xiàn)

[1]KROES R， KLEINER J， RENWICK A. The threshold of toxicological concern concept in risk assessment[J]. Toxicol Sci， 2005，86（2）：226-230.

[2]US FD ＆ C Act . Federal food，drug and cosmetic Act，as amended Title 21 U. S. Code，U. S. Washington： Governmental Printing Office， 1958.

[3]FRAWLEY J P. Scientific evidence and common sense as a basis for food-packaging regulations[J]. Food CosmetToxicol， 1967，5（3）：293-308.

[4]HALL B， TOZER S， SAFFORD B， et al . European consumer exposure to cosmetic products， a framework for conducting population exposure assessments[J]. FOOD AND CHEMICAL TOXICOLOGY， 2007，45（11）：2097-2108.

[5]SCCS，SCENIHR， SCENIHR. OPINION ON Use of the Threshold of Toxicological Concern （TTC） Approach for Human Safety Assessment of Chemical Substances with focus on Cosmetics and Consumer Products[S].2012.

[6]國家食品藥品監(jiān)督管理總局.化妝品安全評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則（2021年版）[S].2022.

[7]GOLD L S， SAWYER C B， MAGAW R， et al. A carcinogenic potency database of the standardized results of animal bioassays[J]. Environ Health Perspect， 1984，58：9-319.

[8]RULIS A M. De minimis and the threshold of regulation[M]// FELIX C W. Food protection technology. Chelsea， Michigan： Lewis Publishers Inc，1986.

[9]鄭明嵐 ， 周少英 ， 劉學(xué)軍 ， 等.毒理學(xué)關(guān)注閾值（TTC）在化學(xué)物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的應(yīng)用[J].衛(wèi)生研究 ， 2010，39（05）：639-642.

[10]MUNRO I C， FORD R A， KENNEPOHL E， et al. Thresholds of Toxicological Concern Based on Structure-Activity Relationships[J]. Drug Metabolism Reviews， 1996，28（1-2）：209-217.

[11]MORE S J， BAMPIDIS V， BENFORD D， et al. Guidance on the use of the Threshold of Toxicological Concern approach in food safety assessment[J]. EFSA Journal， 2019，17（6）.

[12]SCENIHR S S. OPINION ON Use of the Threshold of Toxicological Concern （TTC） Products[S].2012.

[13]CANADY R， LANE R， PAOLI G， et al. Determining the applicability of threshold of toxicological concern approaches to substances found in foods[J]. Crit Rev Food Sci Nutr， 2013，53（12）：1239-1249.? [14]MUNRO I C， RENWICK A G， DANIELEWSKA- NIKIEL B . The Threshold of Toxicological Concern （TTC） in risk assessment[J]. Toxicology Letters， 2008，180（2）：151-156.

[15]PATLEWICZ G， JELIAZKOVA N， SAFFORD R J， et al. An evaluationof the implementation of the Cramer classification scheme in the Toxtree software[J]. SAR QSAR Environ Res， 2008，19（5-6）：495-524. [16]SELVESTREL G . SpheraCosmolife： a new tool for the risk assessment of cosmetic products[J]. ALTEX， 2021.

[17]CRONIN M T D， ENOCH S J， MADDEN J C， et al. A review of in silico toxicology approaches to support the safety assessment of cosmetics-related materials[J]. Computational Toxicology， 2022，21：100213.

[18]KROES R， RENWICK A G， FERON V， et al. Application of the threshold of toxicological concern （TTC） to the safety evaluation of cosmetic ingredients[J]. Food and Chemical Toxicology， 2007，45（12）：2533-2562.

[19]MUNRO I C， FORD R A， KENNEPOHL E， et al. Correlation of structural class with no-observed-effect levels： a proposal for establishing a threshold of concern[J]. Food Chem Toxicol， 1996，34（9）：829-867.

[20]European Commission， 2009. Regulation （EC） No 1223/2009 of the european parliament and of the Council of 30 november 2009 on cosmetic products. Off. J.Eur. Union 59-209.

[21]YANG C， BARLOW S M， JACOBS K L M， et al. Thresholds of Toxicological Concern for cosmetics- related substances： New database， thresholds， and enrichment of chemical space[J]. FOOD AND CHEMICAL TOXICOLOGY， 2017，109：170-193.

[22]PATEL A， JOSHI K， ROSE J， et al . Bolstering the existing database supporting the non-cancer Threshold of Toxicological Concern values with toxicity data on fragrance-related materials[J]. REGULATORY TOXICOLOGY AND PHARMACOLOGY， 2020，116.???? [23]YANG C， BARLOW S M， MULDOON JACOBS K L， et al. Thresholds of Toxicological Concern for cosmetics-related substances： New database， thresholds， and enrichment of chemical space[J]. Food and Chemical Toxicology， 2017，109：170-193.

[24]SCCS. THE SCCS NOTES OF GUIDANCE FOR THE TESTING OF COSMETIC INGREDIENTS AND THEIR SAFETY EVALUATION 11THREVISION[S].2021.

[25]楊輝 ， 賈旭東.毒理學(xué)關(guān)注閾值應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志 ， 2015，49（05）：452-456.

[26]RE T A， MOONEY D， ANTIGNAC E， et al. Application of the threshold of toxicological concern approach for the safety evaluation of calendula flower （Calendula officinalis） petals and extracts used in cosmetic and personal care products[J]. Food and Chemical Toxicology， 2009，47（6）：1246-1254.

[27]KAWAMOTO T， FUCHS A， FAUTZ R， et al . Threshold of Toxicological Concern （TTC） for Botanical Extracts （Botanical-TTC）derived from a meta-analysis of repeated-dose toxicity studies[J]. Toxicology Letters， 2019，316：1-9.

[28]MAHONY C， BOWTELL P， HUBER M， et al . Threshold of toxicological concern （TTC） for botanicals - Concentration data analysis of potentially genotoxic constituents to substantiate and extend the TTC approach to botanicals[J]. Food and Chemical Toxicology， 2020，138：111182.

[29]CARTHEW P， CLAPP C， GUTSELL S. Exposure based waiving： The application of the toxicological threshold of concern （TTC） to inhalation exposure for aerosol ingredients in consumer products[J]. Food and Chemical Toxicology， 2009，47（6）：1287-1295.???????? [30]SAFFORD R J. The Dermal Sensitisation Threshold —A TTC approach for allergic contact dermatitis[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology， 2008，51（2）：195-200.

[31]TLUCZKIEWICZ I， K?HNE R， EBERT R U， et al. Inhalation TTC values： A new integrative grouping approach considering structural， toxicological and mechanistic features[J]. Regulatory Toxicology and Pharmacology， 2016，78：8-23.

[32]SAFFORD R J， API A M， ROBERTS D W， et al. Extension of the