通过整合成像定位、多组学和网络毒理学技术，揭示三氯卡班导致皮肤屏障破坏的机制机制

《Environmental Pollution》：Mechanistic Insights into Triclocarban-Induced Skin Barrier Disruption via Integrating Imaging Localization, Multi-Omics, and Network Toxicology

　　

郑静文|郭润|张蓉|刘欣宇|郭若月|李浩铮|魏俊彤|郑玉欣|张洪娜

中国青岛市青岛大学公共卫生学院职业与环境健康系，邮编266071

摘要：

人类通过接触各种家用清洁和个人卫生产品中的三氯卡班（TCC）而持续暴露于这种抗菌剂，但其对皮肤组织的潜在影响仍不清楚。在这里，我们采用了一种综合的多组学和网络毒理学策略来探讨TCC的皮肤毒性及其潜在机制。大气压基质辅助激光解吸/电离质谱成像（AP/MALDI-MSI）检测到小鼠皮肤中有显著的TCC沉积。随后，对TCC处理过的人HaCaT角质形成细胞的脂质组学和代谢组学分析显示，鞘脂、甘油磷脂和甘油脂的稳态以及谷胱甘肽、氨基酸和能量代谢途径出现了明显紊乱。这些代谢变化表明细胞凋亡增加和皮肤屏障功能障碍，这些结果通过实验得到了验证。其潜在机制涉及线粒体活性氧（mtROS）的过度积累和ATP的耗竭，通过氧化应激和能量危机加剧细胞凋亡，从而削弱表皮紧密连接并损害皮肤屏障的完整性。通过网络毒理学分析和体外验证，进一步确定了AKT丝氨酸/苏氨酸激酶1（AKT1）和缺氧诱导因子1α亚基（HIF-1α）是调控TCC诱导的表皮细胞凋亡的关键因子。本研究为TCC引起的皮肤毒性提供了详细的框架，并为公共卫生风险评估和暴露预防提供了依据。

引言

个人卫生和消费品中含有的抗菌剂的潜在健康风险引起了全球公众和科学界的日益关注（Halden等人，2017年）。在这些化合物中，三氯卡班（TCC）大量生产，是肥皂、洗发水、洗涤剂、化妆品和除臭剂等个人护理产品和家用产品中的常见成分（Yun等人，2020年）。TCC的广泛使用导致其在生物液体（包括血液、尿液、母乳和羊水）中频繁被检测到（Bai等人，2020年；Ji等人，2024年；Schildroth等人，2024年）。值得注意的是，先前的体内和体外研究表明，TCC暴露与多种不良健康效应有关，包括肠道毒性（Cheng等人，2024年）、神经毒性（Song等人，2024年）、肝毒性（Song等人，2025年）、心脏毒性（Yang等人，2025年）和免疫毒性（Wang等人，2023年）。流行病学研究进一步表明，TCC暴露会增加不良出生结果的风险（Zhang等人，2023年），干扰雌激素代谢（Huang等人，2026年），并与2型糖尿病和肥胖等代谢紊乱有关（Han等人，2021年；Xie等人，2020年）。鉴于这些潜在的健康危害，美国食品药品监督管理局（FDA）自2017年起拒绝批准在非处方消费者消毒剂中使用TCC（食品药品监督管理局，2017年）。然而，并非所有含有TCC的产品都受此规定约束。全球范围内，TCC仍在大量生产和使用（Mok等人，2025年），其对人类健康的影响仍在研究中。

皮肤吸收是人类接触TCC的主要途径（Zhang等人，2021年）。如抗菌肥皂和化妆品等产品在使用过程中可以直接将TCC沉积在皮肤上。尽管啮齿动物和人类的研究表明TCC的经皮吸收率相对较低（施用剂量的0.4%–8%），但其高亲脂性和分子量（315.6 g/mol）使其易于滞留在皮肤表面并限制其穿透表皮屏障（Yun等人，2020年；Zhang等人，2021年）。因此，即使冲洗后，TCC仍可能残留在皮肤上，延长局部暴露时间并增加皮肤毒性的可能性（Mok等人，2025年）。20世纪80年代的早期毒理学评估表明，使用条状肥皂后TCC引起过敏性接触性皮炎的潜力似乎很小（Black等人，1975年）。然而，皮肤毒性还包括加速皮肤老化、增加经皮水分流失、降低皮肤弹性、增加对外部病原体的敏感性以及慢性毒性损伤（Valacchi等人，2012年）。TCC引起这些特定效应的潜力尚未得到充分探索。皮肤屏障的完整性对于维持皮肤健康至关重要，其破坏是多种毒性表现的共同上游机制（Segre，2006年）。外部刺激物可能会破坏皮肤屏障，导致经皮水分流失增加、对光毒性和化学物质的敏感性增强，以及微生态平衡紊乱，从而增加感染或炎症的可能性（Eyerich等人，2018年）。鉴于TCC在皮肤上的持久性，一个关键的毒理学问题是局部接触TCC是否会影响皮肤屏障功能。

高分辨率质谱（HRMS）彻底改变了外源性化学物质和内源性代谢物的检测和表征。特别是大气压基质辅助激光解吸/电离质谱成像（AP/MALDI-MSI）提供了高空间分辨率和质量精度，能够精确绘制生物组织内的分子分布（Kompauer等人，2017年）。非靶向代谢组学和脂质组学通过全局分析代谢变化和识别潜在的毒性生物标志物提供了互补的见解。当这些基于质谱的平台结合使用时，可以揭示污染物诱导毒性的全面机制（Zhang等人，2019年）。此外，网络毒理学提供了一种系统级方法来预测分子靶点和途径扰动。多组学技术和网络毒理学的协同效应可以通过相互验证和优化分析显著提高毒理机制的准确性和可靠性（Li等人，2025年）。

在这项研究中，我们假设TCC在皮肤暴露后会沉积在表皮中，并随后损害皮肤屏障功能。为了验证这一点，我们首先使用AP-MALDI-MSI来显示小鼠皮肤中TCC的空间分布。然后，我们利用基于HRMS的代谢组学和脂质组学来表征人HaCaT角质形成细胞系中的代谢变化，这是一个用于研究表皮生物学和屏障功能的成熟体外模型（Colombo等人，2017年）。通过将这些发现与网络毒理学相结合，我们旨在识别参与TCC诱导的表皮损伤和屏障损害的关键靶点，并揭示TCC皮肤毒性的代谢机制。

章节片段

动物实验和TCC给药

动物实验方案获得了青岛大学动物伦理委员会的批准。从北京四倍福生物技术有限公司（北京）购买了4-6周大的雌性BALB/c小鼠。这些动物在标准的12小时光照/黑暗周期下饲养，并提供充足的食物和水。将溶解在丙酮中的TCC（0, 1% w/v）单次剂量局部施用于脱毛的背部皮肤。这种处理相当于0

小鼠皮肤组织中的TCC可视化

在MALDI-MSI分析中，基质衍生的电离抑制和低m/z区域（< 600 Da）的背景峰可能会干扰低质量分析物的检测（Lin等人，2018年）。因此，我们首先优化了MALDI基质以可视化TCC的分布。为此，我们比较了使用五种常用MALDI基质（9-AA、DAN、DCTB、CHCA和NEDC）获得的TCC离子信号。观察到，在相同的标准浓度下，使用AP/MALDI-Orbitrap-QE

讨论

TCC是一种高效抗菌剂，广泛用于个人护理和家用产品中。其显著的亲脂性使其能够有效地分配到非极性环境中并迅速被细胞吸收，这引发了显著的健康担忧（Chen等人，2025年）。在这项研究中，我们首先系统地表征了TCC在表皮中的沉积及其破坏皮肤屏障的潜在代谢机制。AP/MALDI-MSI分析显示TCC在

结论

通过整合AP/MALDI-MSI、多组学和网络毒理学，本研究系统地表征了TCC在表皮中的沉积和毒性机制。我们证明了TCC在皮肤暴露后可以在表皮中积累，并使AKT1/HIF-1α信号轴失活，该轴负责一系列代谢事件，包括脂质代谢失衡、氨基酸代谢、谷胱甘肽代谢和TCA

CRediT作者贡献声明

张洪娜：撰写 – 审稿与编辑、项目管理、资金获取、概念构思。郑玉欣：监督、资源提供。郭若月：可视化、软件处理。魏俊彤：验证、资源提供。李浩铮：验证、正式分析。郭润：方法学设计、实验研究、数据管理。郑静文：撰写 – 初稿撰写、方法学设计、实验研究、数据管理。刘欣宇：实验研究、数据管理。张蓉：可视化、方法学设计、正式分析

作者声明没有可能影响本工作的财务冲突或个人关系。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务冲突或个人关系。

致谢

我们感谢国家自然科学基金（82273591）和山东省自然科学基金（2023HWYQ-085）的财政支持。我们也感谢青岛大学生物医学中心的张玉兴博士提供的宝贵技术帮助。