新污染物前沿合作系列（四）| 防晒和隔离类化妆品中紫外线吸收剂研究方面取得新进展
新污染物前沿合作系列（四）| 防晒和隔离类化妆品中紫外线吸收剂研究方面取得新进展
国科大杭州高等研究院环境学院王亚韡教授工作室与岛津中国创新中心基于液相色谱三重四极杆质谱仪（LCMS-8060）和超临界流体色谱三重四极杆质谱仪（Nexera SFC+LCMS-8060NX），合作开发防晒和隔离类化妆品中紫外线吸收剂（UVs）靶标定量分析方法。通过定量分析防晒类化妆品样品中UVs的浓度水平，探讨皮肤生化屏障在UVs代谢和运输过程中的潜在机制，揭示了紫外线吸收剂的经皮渗透性及其潜在的新陈代谢和蛋白质转运机制，为阐明经由皮肤暴露UVs的渗透机制提供了理论支撑。相关研究成果以“Percutaneous penetration and dermal exposure risk assessment of UV absorbents in sunscreens and isolation cosmetics”为题，发表在美国化学会旗下环境期刊《Environment & Health》（https://doi.org/10.1021/envhealth.4c00039）。
背景介绍
紫外线吸收剂和过滤剂在化妆品领域中主要用于防晒功能，但可能刺激皮肤、引发致敏反应，甚至进入体内循环引起健康风险。为保障消费者健康，一些国家已限制防晒类化妆品中紫外线吸收剂（ultraviolet absorbents, UVs）的使用。然而，因其与聚合物的良好兼容性，UVs仍被用于合成材料，并可能在化妆品生产过程中被无意引入。皮肤是防止有害物质渗透的重要屏障，但化妆品中渗促剂的存在可能增强UVs的透皮能力。尽管已有关于UVs环境行为的研究，但其在化妆品中的赋存情况仍不明确。本研究旨在确定防晒类化妆品中UVs的赋存及潜在来源，进一步探究其透皮机制，评估对人群的潜在风险。
材料与方法
本研究共从市场上采集了87份防晒霜和隔离化妆品样品，包括不同种类防晒剂类型、不同防晒倍数以及产地。使用改进的QuECHERS样品前处理方法对防晒类化妆品样品中的UVs进行前处理，靶标测定目标物UVs的浓度水平，11种紫外吸收剂（UVs）的MRM质量色谱图如图1所示。本研究以反相LC-MS方法为主，分析不同类别化妆品中∑9UVs的浓度分布（如图2a–e所示），发现防晒剂成分类型和防晒系数与化妆品中UVs赋存和分布紧密相关。防晒喷雾的∑9UVs浓度最高，其次是防晒霜、隔离霜和粉底液（p < 0.01，图2a）。比较不同国家化妆品中∑9UVs浓度水平，发现法国、日本、中国、韩国和美国生产的产品依次呈降低趋势（图2c）。对于仅添加化学防晒剂的产品，∑9UVs浓度明显较高；添加物理和化学防晒剂的产品含量水平较低，仅含有物理防晒剂的商品浓度相对最低（图2d）。虽然没有发现∑9UVs浓度与化学防晒剂添加种类数之间存在显著的相关性（图2e），但∑9UVs浓度水平趋势显示其随着化学防晒剂添加种类数的增加而增加。这可能是由于防晒类产品在生产过程中经历的复杂流程，使得UVs可能通过不同途径被引入。
图1 11种紫外线吸收剂（UVs）的MRM质量色谱图(左：LCMS-8060，右：Nexera SFC+LCMS-8060NX)
图2 各类化妆品中∑9UVs浓度及单体分布：（a）类似；（b）SPF；（c）产地；（d）防晒剂活性成分；（e）化学防晒剂类型的数量；（f）气泡图，圆圈面积用UVs浓度的对数值表示。
使用ADMETlab 2.0评估了UVs作为P450酶底物和抑制剂的可能性（图3）。结果显示，UVs很可能作为P450酶的底物，特别是细胞色素P450 2C9（CYP2C9）对其展现出强亲和力，同时可作为细胞色素P450 2C19（CYP2C19）的抑制剂，表明它们与酶产生不同结合能力，从而影响酶的催化效率。此外，通过搜索48种CYP酶在人类皮肤中的表达情况，并将它们的对数比例表达水平与肝脏中的表达进行了对比，结果如图2b所示，发现目前已有模型中未涵盖的其他CYP酶也可能在未知的代谢转化中扮演重要角色。进一步选择代谢位点预测模型FAME3机器学习模型预测Ⅰ期和Ⅱ期代谢位点（SoM），如图2c所示UV-531的预测代谢产物。
图3 皮肤中的代谢酶和UVs代谢产物。（a）热图和气泡图描述了应用ADMETlab 2.0和NERDD评估UVs作为底物和抑制剂的潜力所获得的结果。对于分类终点，预测概率值分为六类：0-0.1（---）、0.1-0.3（--）、0.3-0.5（-）、0.5-0.7（+）、0.7-0.9（++）和0.9-1.0（+++）。（b）人体皮肤和肝脏中48种CYPs的表达水平；（c）UV-531的预测代谢产物。
UVs标准品在EPISkin模型中暴露36 h后的分布如图4a所示，除UV-P、UV-234和UV-328，其他紫外线主要集中在皮肤组织中，累积吸收率为63.8%至92.4%。值得一提的是，UV-328具有出色的渗透能力，能够穿过皮肤模型，占据受体液的41.8%。而当皮肤模型暴露于防晒提取物后，UVs在皮肤组织中的含量明显减少，反而在供体和受体液中有所上升。特别是，UV-327和UV-328的渗透能力在加入防晒提取物后显著增强，分别在9小时和1小时后达到总量的80%，如图4b-c所示。这些发现进一步了UV-327和UV-328在皮肤中的渗透风险，值得我们深入研究和关注。
图4 暴露于UVs标准品和防晒提取物36 h后的单体分布。（a）UVs在受体液、皮肤组织和供体液中的分布；（b）UV-327的穿透率；（c）UV-328的穿透率。
采用分子对接模拟研究发现UVs与皮肤中的转运蛋白具有强亲和力，揭示了皮肤转运蛋白对UVs渗透的潜在影响机制。研究结果显示不同紫外线吸收剂单体与16种转运蛋白之间的对接得分（如图5所示）。其中溶质载体（SLC）转运蛋白对UV-531和UV-328的吸收能力尤为突出，明显超过其他单体，其次是UV-234和UV-329。然而，运动因子相关（MRP1）转运蛋白对UV-234似乎起到了强大的屏障作用，这可能会限制其有效地渗透到人体皮肤中。另一方面，尽管SLC转运蛋白对UV-P的吸收能力相对较弱，但ATP结合盒式蛋白（ABC转运蛋白）的流出能力却明显不及吸收能力。这意味着，尽管吸收可能有限，但UV-P仍有可能穿透皮肤屏障，进入人体内部。这一发现为我们深入理解和评估UVs的经皮渗透风险提供了新的视角。
图5 皮肤转运蛋白对UVs透皮吸收的影响。（a）UVs的透皮吸收机制示意图；（b）UVs与16种转运蛋白的对接得分分布；黑色竖线的数值表示阳性对照的结果，以供比较；（c）UVs与16种转运蛋白的对接得分。
总结
本研究基于液相色谱/超临界流体色谱-三重四极杆质谱法全面分析了防晒类化妆品中的UVs的赋存情况。经皮肤渗透结果表明，UV-328具有快速吸收和较强的皮肤渗透特性，对人体健康具有潜在风险，同时揭示了UVs与皮肤转运蛋白的相互作用及其对P450酶的影响。通过评估皮肤暴露的每日UVs暴露量，发现部分UVs的日常皮肤吸收量已接近或超过安全标准，亟需更深入地研究化妆品使用中UVs暴露健康风险，进一步揭示UVs与人体转运蛋白之间的复杂关系，评估UVs代谢物对人体健康的潜在影响，并密切关注化妆品配方变化对UVs穿透特性和其与皮肤转运蛋白相互作用的影响，从而为化妆品行业的安全和健康发展提供有力技术支撑。
参考文献：
1. Bai L, et al. 2024. Percutaneous Penetration and Dermal Exposure Risk Assessment of UV Absorbents in Sunscreens and Isolation Cosmetics. Environ. Health.
2. Kim, J.et al. Occurrence of benzotriazole ultraviolet stabilizers (BUVSs) in human breast milk from three Asian countries. Sci. Total Environ. 2019, 655, 1081– 1088.