毒理学关注阈值在化妆品安全评估中的应用

张嘉琪 盘瑶

毒理学关注阈值方法是一种适合用于评估缺乏毒性资料但化学结构明确且人体暴露量很低的化学物安全性的方法，其在欧盟已被广泛使用于化妆品的安全评估，我国也将其纳入到了2021年颁布的《化妆品安全评估技术导则》中。本文主要从毒理学关注阈值方法的发展历程出发，对方法的原理、概念、数据库的建立等内容进行阐述，并以植物提取物和皮肤致敏阈值的建立为例，就其在化妆品安全评估中的应用进行了探讨。

关键词：毒理学关注阈值；化妆品安全评估；决策树；植物提取物；皮肤致敏阈值

01概述毒理学关注阈值（Threshold of Toxicological Concern，TTC） 方法是一种在对大量化学物的化学结构特征和相关毒理学数据分析的基础上，为不同类别化学物的人体暴露水平建立一个安全阈值的新的风险评估工具。如果人体实际的暴露量低于该阈值，就可以预测其不会对人体健康造成危害[1]。

TTC 方法最开始应用于食品包装材料领域。1958年，美国联邦食品、药品和化妆品法案认为用于食品包装材料的化学物有可能通过其包装渗入到食品中，所以这些化学物应当作为食品添加剂来进行安全评估[2]。但随后人们意识到这些食品包装材料只有极少一部分渗入到食品中，因此，1967年 Frawley 对食品包装材料的安全管理问题作出了报告，TTC 方法的原理由此被提出，即当某种缺乏具体毒性数据的化学物对人体的暴露量低于某一阈值时，对人体健康产生的危害可以忽略不计[3]。

该方法符合欧盟（European Union，EU） 颁布的化妆品动物试验禁令，因此其在欧洲率先被应用于化妆品领域。2007年欧洲化妆品协会（原 COLIPA） 就组织专家对其进行研讨，建议可以使用 TTC 方法对化妆品成分进行安全评估[4]。2012年，欧盟消费品安全科学委员会（SCCS） 就应用 TTC 方法对化妆品和消费品进行安全性评估发布了意见（SCCP/1171/08）[5]。我国国家药品监督管理局于2021年发布的《化妆品安全评估技术导则》中，明确指出“对于化学结构明确，且不包含严重致突变警告结构的原料或风险物质，含量较低且缺乏系统毒理学研究数据时，可参考使用毒理学关注阈值（TTC） 方法进行评估”[6]。可见，TTC 方法在化妆品安全评估领域的应用和发展前景十分广阔，但在国内只有较少文献对该方法进行过研究。

TTC 方法经历了日益完善的发展过程，1984年，Gold 等基于770种化学物的3000多个长期、慢性实验的毒性数据，建立了一个致癌潜因数据库（Carcinogenic Potency Database，CPDB）[7]。1989年Rulis等通过分析 CPDB 中的343种啮齿类致癌物的毒性资料，建立了慢性剂量与风险概率分布之间的关系，按照致癌风险为10－6外推，获得了食品中化学物浓度的安全阈值0.15?g /（人·天）[8]。随后，该阈值被被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA） 规定为“食品包装材料管理阈值”[9]。在非致癌物的数据库研究方面， Munro 等人建立了一个包含613种啮齿类和兔类动物非致癌化学物的数据库，通过分析这613种化学物的化学结构和毒性关系，首次提出了以结构分类为基础的多层次的 TTC 方法[10]。

在上述背景下，基于概率法得出了不同化学物的 TTC 值，低于该值时可以认为出现不良影响的概率是很低的[11]。目前广泛使用的 TTC 阈值来自上述两个数据库，即包含致癌性数据的 CPDB 和包含来自其他毒理学终点数据的 Munro 数据库，两者的毒性效应都是基于口服暴露后的全身效应[12]。

需要特别注意的是，TTC 方法适用于评估化学结构明确、能够有效估计人体暴露量、浓度较低且缺乏毒性数据的化学物，但该方法不适用于金属或金属化合物、有很强生物蓄积性物质（如多卤化二噁英、二苯并呋喃或联苯）、强致癌物（如黄曲霉毒素、亚硝基化合物、氧化偶氮类等）、类固醇、蛋白质、高分子质量的物质和化学结构未知的混合物等[13]，其具体的排除原因见表1。

Cramer 决策树是 TTC 方法建立和应用的化学基础，它是一种化学物分类方法，基于化学物的结构及其毒性的关系，根据33个与化学结构有关的问题，将化学物分为 Cramer I 类、II 类和 III 类[14]，具体见表2。因此，许多化学物的安全暴露水平可以根据其化学结构和具有相似结构特征的化学物的已知毒性来确定。

随着科技的进步，越来越多的计算机软件或程序可用于对化学物及化妆品成分进行 Cramer 分类。例如，ToxTree软件可提供对化学物的 Cramer 分类的评估[15]，Cosmos NG 和SpheraCosmolife可提供对某一特定暴露量是否会超过其对应的 TTC 值的评估[16]，这些工具同时也促进 Cramer 分类方法的不断更新[17]。

02TTC 方法在化妆品领域的发展Kroes等人分析表明，根据化学物不同的吸收和代谢方式，可以实现将外部剂量外推到内部剂量，因此 TTC 方法能够用于化妆品的局部暴露[18]。但是，目前将 TTC 方法应用于化妆品领域遇到的挑战主要有两方面，一方面需要建立一个对口服毒性研究期间产生的内部剂量进行相关评估的数据库，另一方面来自于暴露途径。

首先，建立 TTC 数据库一直受到极大关注，这些数据库为 TTC 方法在不同领域的应用提供了阈值计算的数据基础。由于 Munro 数据库中纳入的化妆品相关化合物较少[19]，而数据库的完整性对于 TTC 阈值的确定非常关键。针对化妆品原料，欧盟 SEURAT-1 COSMOS 项目对用于化妆品相关的化学物进行了非致癌 TTC 的深入研究。该项目获得的 Cosmos-TTC 数据库包含552种化学物（495种化妆品成分），为化妆品相关物质提供了更可靠的阈值[20]。为了扩大数据库的化合物覆盖范围，同时对重复剂量毒性数据进行汇总，以获得实用且保守的阈值，2017年 Yang 等人将 Cosmos-TTC 和 Munro 两个数据库联合起来建立了新的“联合集”（Federated DB）[21]。随后，2020年 Patel 等人将日用香料研究所（Research Institute for Fragrance Materials，RIFM）TTC 数据库中 Cramer 类别 I、II 和 III 中的238、76和162種香料化学物整合到 Federated DB 中，得出了对应的 TTC 值[22]。这四种不同数据集的 TTC 值概述，具体见表3。

Cosmos-TTC 数据集中的 Cramer II 类没有提出 TTC 值，是因为 Cramer II 类和 III 类化学物的分布在该数据集中有重叠[23]。SCCS 认为，目前 Federated DB 数据集提

出的 Cramer III 类和 I 类分别为2.3、46μg/kg bw/day 的

阈值适用于化妆品相关物质的安全评估[24]

其次，人体对大多数化妆品的接触都是通过皮肤暴露进行的，但对于大多数物质来说，目前进行的重复剂量口服研究要比重复剂量皮肤研究多得多。因此，可用的皮肤重复剂量研究数据库太小，无法得出有意义的概率分布和阈值。除此之外，许多物质通过口服的暴露量是高于通过皮肤的暴露量的，使用基于口服重复剂量数据的阈值来评估应用于皮肤的成分还有很多有待解決的问题[24]。

综上所述，使用 TTC 方法进行安全评估时，需要考虑不同代谢途径的差异是否会影响从口服数据得出的 TTC 值的适用性，化学物的理化特性和化妆品的使用方式都会影响用于与 TTC 值相比较的内部暴露剂量[25]。

03TTC 方法在化妆品安全评估中的应用

近年来，含有植物成分的化妆品、消费品逐渐增多，植物提取物的安全性也受到越来越多的关注。植物提取物是成分复杂的混合物，由于天然化学成分多数是未知的，其毒性数据也十分缺乏，TTC 方法可以很好的解决这一难题[26]。对于植物提取物，Kawamoto 等人研究得出，90?g/day 的 TTC 值是足够保守的[27]。对于具有潜在遗传毒性物质的情况，Mahony 等人也提出了10?g/day 的 TTC 值用于植物提取物的安全评估[28]。

由于建立 TTC 方法所使用的数据库中的毒性资料主要来源于动物的系统毒性研究，因此获得的 TTC 阈值仅涉及口服给药后的全身毒性[29]。而皮肤致敏等局部毒性是进行化妆品安全评估需要主要考虑的毒性效应，因此很有必要建立针对皮肤致敏的 TTC 方法。

有研究对可用的皮肤致敏性数据进行了概率分析，建立了皮肤致敏阈值（Dermal Sensitization Threshold， DST），低于该阈值时，即使是未经测试的化学物，也可以认为是没有明显致敏风险的。首先假设所有化学物中有20%是致敏剂，以洗发水和除臭剂为示例产品类型计算其 DST，原因是洗发水是一种广泛使用的淋洗产品，预计其暴露量较低，而除臭剂是一种广泛使用的驻留产品，可提供较高的暴露量。两者的 DST 分别为1.64和0.55μg/ cm?，不超过可接受暴露水平（Acceptable Exposure Level，AEL）的概率为95%。除此之外，它们也适用于致敏评估因子（Sensitization Assessment Factor，SAF）为100或300的任何产品[30]。

这与Rulis研究致癌性时采取的方法类似，但两者的根本区别是， DST 不是单个值，应用于不同 SAF 产品时会有所不同。此外，DST 的单位为μg/cm?，该值的大小取决于产品的使用方式（即单位皮肤表面积使用的产品量、淋洗与驻留等）。如果皮肤使用量足够低，使用 DST 将不需要对其进行致敏性试验。然而，DST 只是一种概率方法，由于数据集有限，分析中也存在不确定性，它并不能保证每一种化学物的安全性[31]。

简而言之，DST 方法基于 TTC 原则，即使未对化学物进行致敏性测试，也可以确定化学物的皮肤致敏风险[32]。由于在确定 TTC 的致癌性和系统毒性时使用了95%的概率水平，所以通常认为此概率是合适的。但是化学物的皮肤致敏效力可能很强或极强，这使得应用 DST 方法进行化妆品安全评估时产生了较大的不确定性。随后有研究对该方法进行了改进，将化学物分类为无反应性、无代谢反应性和反应性化学物，同时设置无反应性、无代谢反应性化学物的 DST 为900μg/cm?，使用该值将有助于减少对此类化学物进行动物试验的需要。对于反应性化学物则需要逐个进行安全评估，通过上述改进可以提高 DST 方法的可靠性和稳定性[33]。

04展望

TTC 方法应用于化妆品领域的安全评估，综合考虑了不同化学物的化学结构、不同的代谢途径、毒性数据库是否完善，已经被证实是一种科学的且具有实用价值的安全评估方法。然而，目前 TTC 方法仍然在基础数据库和局部暴露等方面存在着一些有待解决的关键问题。因此，还应当通过扩大毒理学数据库、完善补充决策树等不同的方式来增加该方法在化妆品领域应用的准确性和可靠性，使 TTC 方法能有效保护人群健康，提高化妆品的质量安全。

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