化妆品用苦参(Sophora flavescens) 根提取物的安全性评估：一种整合体外、计算机模拟安全边际(MoS)、毒理学关注阈值(TTC)及安全使用史(HSU)的研究方法

《Toxics》：Safety Assessment of Sophora flavescens Root Extract for Cosmetic Use: An Integrated Approach Using In Vitro, In Silico MoS, TTC, and History of Safe Use Sangwon Gil, Hogeon Lee, Seung Ha Lee, Seung A. Shin, Dal Woong Choi and Kyung-Min Lim

　　

评估化妆品中植物提取物的安全性已成为强制性要求，但由于其植物化学复杂性及毒理学数据有限，这项工作通常具有挑战性。本研究采用一种整合方法，结合体外、计算机模拟(in silico)、安全边际(Margin of Safety, MoS)、毒理学关注阈值(Threshold of Toxicological Concern, TTC)和安全使用史(History of Safe Use, HSU)，对广泛应用于化妆品的苦参(Sophora flavescens) 根水提取物的安全性进行了评估。通过文献综述和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析进行了化学表征。根据经济合作与发展组织(OECD)测试指南(TG) 439和492进行的体外皮肤和眼刺激性测试中，该提取物被归类为非刺激物。通过全提取物及成分水平的计算机模拟分析和文献评估，对其遗传毒性和皮肤致敏潜力进行了评估。对于全身毒性，研究人员采用了一项为期13周的大鼠口服重复剂量研究中获得的苦参煎煮提取物的未观察到不良效应水平(No-Observed-Adverse-Effect Level, NOAEL) 10 mg/kg bw/day，在未进行成分调整的情况下，计算得出可接受的全身暴露剂量为0.10 mg/kg bw/day，该值略低于苦参根提取物在化妆品中的当前使用剂量（高达0.13 mg/kg/day）。TTC方法显示，许多生物活性成分因其含有甾体结构单元而超出了适用范围。来自膳食补充剂(32–64.67 mg/kg/day)的HSU数据能够支持苦参根提取物在化妆品中当前使用的安全性。研究结果强调，结合具体案例应用MoS、TTC和HSU对于复杂植物成分的稳健安全性评估至关重要。

本文是一项针对化妆品中使用的苦参根水提取物(SFRE)的安全性评估研究。植物提取物成分复杂，现有毒理学数据有限，评估其安全性是化妆品行业的强制性要求，但也面临挑战。为了解决这一难题，研究团队采用了整合多种方法的策略，旨在为SFRE的化妆品应用提供科学依据。

为开展此项研究，研究人员综合运用了多项关键方法，主要包括：1) 化学表征：通过文献综述和液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析确定SFRE的化学成分；2) 体外毒理学测试：依据OECD测试指南，使用三维重建人表皮模型(KeraSkin?)和三维重建人角膜上皮模型(MCTT HCE?)评估皮肤和眼刺激性；3) 计算机模拟评估：利用Derek Nexus系统评估皮肤致敏潜力，使用Toxtree?进行Cramer分类，并应用ChemTunes?预测遗传毒性；4) 安全边际(MoS)与暴露评估：基于已发表的重复剂量毒性研究数据计算可接受暴露剂量，并结合化妆品使用情景计算系统暴露剂量；5) 毒理学关注阈值(TTC)评估：基于成分的Cramer分类，应用TTC阈值进行筛选；6) 安全使用史(HSU)调研：通过查阅美国国立卫生研究院膳食补充剂标签数据库等公开资源，分析SFRE在膳食补充剂中的使用历史以评估人类长期暴露情况。

3.1. 苦参根提取物的综合化学成分分析 通过文献综述和实验分析，研究人员从SFRE中鉴定出60种化学成分。营养分析显示其主要成分为碳水化合物(68.9%)、蛋白质(17.7%)、脂肪(2.2%)和水(4.7%)。通过LC-MS/MS定量分析，检测到的主要生物活性成分包括氧化苦参碱(2.451%)、苦参碱(0.333%)、槐果碱(0.116%)、槐定碱(0.327%)、苦参酮(0.214%)和野靛碱(0.072%)，而大豆苷元、芒柄花素和金雀异黄素在所用分析条件下未检出。实验分析结果占总成分的99.97%。

3.2. 苦参根提取物皮肤和眼刺激性潜力评估 体外测试表明，SFRE在50% (w/v)浓度下对重建人表皮模型、20% (w/v)浓度下对重建人角膜上皮模型均未引起显著刺激，被归类为非刺激物。在两种模型中，组织活力值均远高于刺激分类的既定阈值标准。

3.3. 遗传毒性评估 先前的研究（Che等人）通过细菌回复突变试验、体外染色体畸变试验和体内微核试验评估了苦参根提取物的遗传毒性潜力。细菌回复突变试验结果为阴性，体外染色体畸变试验提示了弱致染色体断裂活性，但体内未观察到显著的微核诱导。然而，该研究使用的材料是苦参煎煮提取物，与本研究中的SFRE成分等效性未得到证实。成分层面的信息评估（包括计算机模拟工具和文献）显示，主要喹诺里西啶生物碱（如苦参碱和氧化苦参碱）在细菌回复突变试验中未显示诱变潜力。但对于其他一些黄酮类成分，直接实验数据有限，计算机模拟输出存在阳性或警示信号。综合来看，现有证据不能断定在拟议的化妆品使用条件下存在显著的遗传毒性担忧，但数据库有限，缺乏结论性证据不应被解释为无风险的证明。

3.4. SFRE皮肤致敏潜力的计算机模拟预测 研究人员使用Derek Nexus专家系统评估了SFRE中45种生物活性成分的皮肤致敏潜力。评估的化合物中，16种被预测为非致敏剂，29种触发了结构警报，其中6种和23种分别被分类为“不确定的”和“貌似合理的”致敏剂。效力估计将预测的致敏剂分为：10种弱、3种中等、15种强和1种极端致敏剂。然而，对潜在历史数据的仔细审查发现，一些警报是由不同体内试验结果不一致所触发。尽管计算机模拟预测多个成分为潜在致敏剂，但这些化合物在植物基质中仅以痕量水平存在。例如，被预测为极端致敏剂的槐果碱在SFRE中含量仅为0.116%。当采用最严格的皮肤致敏阈值(1.5 mg/cm²)进行评估时，SFRE的使用水平远低于此阈值。

3.5. 基于安全边际法估算苦参根水提取物的安全使用水平 研究人员基于一项13周大鼠口服重复剂量毒性研究的数据（苦参煎煮提取物NOAEL为10 mg/kg bw/day）进行MoS评估。应用默认的不确定因子100，得出可接受的全身暴露剂量水平为0.10 mg/kg bw/day。研究中使用的煎煮提取物中氧化苦参碱和苦参碱总含量(6.09%)约为本研究SFRE(2.78%)的2.19倍。由于缺乏毒代动力学或剂量反应数据来证明对NOAEL进行定量调整的合理性，因此研究保守地保留了已发表的原始NOAEL而未作校正。

3.6. TTC对SFRE化学成分的适用性评估 研究人员使用Toxtree?对SFRE成分进行Cramer分类，并应用TTC阈值进行评估。评估表明，TTC并不完全适用于SFRE。现行TTC指南指出，已知具有内分泌活性效应的物质不应使用TTC进行评估，疑似具有内分泌活性的物质也应逐案考虑其适用性。根据这些标准，SFRE中的24种黄酮类相关成分因可能的内分泌相关活性而被保守地认为超出了TTC的适用范围。在其余21种非食品成分中，17种是生物碱，包括苦参碱、氧化苦参碱、槐果碱、槐定碱、野靛碱等。虽然这些生物碱形式上仍属于TTC筛选框架，但Cramer III类通常指具有较大毒理学关注度结构特征的化合物，与TTC作为低风险化学品筛选工具的初衷并不完全契合。综上，TTC对SFRE的适用性有限，不宜作为确定可接受使用水平的主要依据。

3.7. 安全使用史方法 苦参根提取物具有悠久的膳食食用历史。通过分析膳食补充剂标签数据库，研究人员发现含有SFRE的产品在美国有市售。液体配方和胶囊配方的估计膳食摄入量分别约为64.67 mg/kg bw/day和32 mg/kg bw/day，显著高于MoS方法估算的0.10 mg/kg/day。尽管口服摄入和皮肤应用代表不同的暴露途径，需要考虑系统吸收和毒代动力学行为的潜在差异，但长期大量的人类膳食暴露史为安全性提供了重要的背景证据。

3.8. 化妆品中苦参根提取物的暴露水平 研究人员根据SCCS指南，采用最保守的聚合暴露值269 mg/kg bw/day来估算系统暴露剂量。参考中国化妆品原料目录中SFRE在驻留型化妆品中的历史最高使用浓度2.126%，并假设皮肤吸收率为100%，估算得出SFRE来自化妆品的系统暴露量约为0.13 mg/kg/day。该值略高于MoS方法得出的可接受剂量(0.10 mg/kg/day)，但处于安全使用史方法得出的剂量范围内。此SED可换算为体表暴露剂量0.0074 mg/cm²/day，远低于高致敏性化学品最保守的皮肤致敏阈值1.5 mg/cm²。

在讨论部分，研究人员指出，对复杂植物提取物的安全性评估应采用逐案、证据权重的方法。本研究中，SFRE在体外皮肤和眼刺激性试验中被证实为非刺激物，表明其在拟议使用条件下具有较低的急性局部刺激潜力。皮肤致敏性担忧通过计算毒理学筛查进行了探索性评估，但相关输出结果被保守解读，未作为独立证据使用。关于遗传毒性，已发表的提取物水平研究提供了参考，但由于测试材料与本研究的SFRE成分等效性未证实，其结果的直接可转移性存在不确定性。成分层面的信息补充评估表明，主要喹诺里西啶生物碱不太可能具有基因突变潜力，但对其他一些黄酮类成分的直接实验数据有限。因此，现有证据不足以断定在拟议使用条件下存在显著的遗传毒性风险，但数据库仍然有限。在全身毒性方面，基于原始NOAEL(10 mg/kg bw/day)和默认不确定因子100，估算的可接受系统暴露剂量为0.10 mg/kg bw/day。TTC评估显示，SFRE中大量黄酮类成分因潜在的内分泌活性或结构特征而被认为超出了TTC的适用范围，许多其他成分被归为Cramer III类，这表明TTC作为一种筛选工具，对SFRE这类复杂植物混合物的适用性有限。在本研究应用的高度保守的聚合暴露场景下，估算的SFRE化妆品暴露量略高于传统MoS方法得出的可接受系统暴露量。因此，仅凭MoS解释在保守假设下对SFRE当前使用的安全性保证有限。在此背景下，安全使用史和缺乏局部毒性可提供更强的支持性信息，但并未消除与提取物特异性全身毒性数据有限或毒作用途径差异相关的不确定性。总体而言，本研究支持对SFRE采取逐案、多证据的安全性评估策略，而非依赖单一方法。现有数据表明，基于安全使用史方法，SFRE在化妆品中使用引起的急性局部刺激性毒性、皮肤致敏性和全身安全性问题关注度较低，但由于提取物可比性信息、成分水平数据可用性方面的局限性，以及TTC对此类植物混合物适用性有限，其潜在的遗传毒性和全身毒性问题未能完全排除。

研究结论表明，苦参根水提取物在本研究使用的体外皮肤和眼刺激模型中被证实为非刺激物，其皮肤暴露水平低于皮肤致敏阈值水平。SFRE的整体安全性评估采用了整合局部毒性数据、计算机模拟皮肤致敏和遗传毒性评估、遗传毒性文献数据、成分水平TTC筛选、重复剂量毒性文献数据和膳食消费史的多证据方法。基于现有全部证据，SFRE在拟议使用条件下被认为不存在显著的安全问题，尽管仍存在一些不确定性。同时，本评估表明TTC框架对SFRE等复杂植物提取物的适用性有限。由于可能存在的内分泌活性，若干成分被认为超出了TTC的适用范围，而许多其他成分则因结构复杂性被归为Cramer III类。因此，仅凭TTC不足以为SFRE的安全性评估提供充分依据。对于SFRE等复杂植物成分，当可获得时，特征明确的提取物水平毒理学数据（特别是重复剂量毒性数据）可为安全性评估提供更科学的依据。在缺乏此类信息的情况下，通过膳食摄入的安全使用史可作为全身安全性整体解读的支持性证据。然而，仍需进一步研究以更好地表征提取方法依赖的成分组成差异，包括标志物成分回收率、主要生物活性成分的相对富集度以及不同提取方法间的成分差异。此类数据将进一步加强SFRE及其他拟用于化妆品的复杂植物成分安全性评估的科学基础。