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抗污染护肤品如何体外评价？

发布时间：2021/1/22点击次数：157

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随着环境污染、尤其是空气污染加重，皮肤作为最外层的屏障首当其冲。人们希望能够通过美容护肤产品对皮肤起到一定的防护作用，抗污染化妆品就应运而生。

本文将从污染物对皮肤的危害、化妆品抗污染方向及抗污染化妆品功效评价等三个方面来进行叙述。

污染物对皮肤的危害

根据污染源的不同，我们可以将污染物大致归类为雾霾、重金属、化学物质、香烟、蓝光和细菌等等，它们都会对皮肤产生一定的危害作用。我们以目前各个领域都在关注的“老大难”问题雾霾为例。

图1 1992-2017年针对不同污染源的专利技术分布

（张溢等，抗污染化妆品专利分析，2019）

雾霾现在统指一种空气污染状态，由特定气候条件和人类活动作用产生的PM2.5被认为是雾霾天气的元凶。PM（particulate matter）指颗粒物，数字代表粒径，那么PM2.5即直径小于等于2.5微米的颗粒物。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，因此更易对环境和人体产生不良影响。

PM2.5对皮肤的危害

受粒径限制，PM2.5无法直接穿透肌肤，但它们易黏附于亲脂性的皮肤表面，并不断释放其所吸附的有毒有害物质，这些小分子有害物质可利用毛囊作为通道进入皮肤的更深层，破坏肌肤健康细胞，导致皮肤提前老化，并引发过敏、皮炎、色斑等肌肤问题。

总体来说，PM2.5对皮肤的危害主要体现在以下四个方面：

01 产生氧化应激反应

氧化应激反应即是自由基在体内产生的一种副作用，空气污染物如PM2.5就能够介导活性氧 ROS 的产生。自由基作用于脂质、蛋白质和DNA，引起膜脂质过氧化、蛋白质氧化或水解、诱导或抑制蛋白酶活性和DNA损伤，从而诱导细胞凋亡。

而与PM2.5相关的自由基主要有三个来源：

①颗粒物本身：PM中的自由基含量丰富并能存在较长时间，将含有自由基的PM作用于人细胞和噬菌体的DNA，可检测到DNA损伤，可能与PM上的自由基有关；

②颗粒物上所吸附的成分：如过渡金属铁和铜等，进入人体后可在局部释放出浓度较高的转运金属离子，产生大量自由基。此外，由于PM2.5比表面积大，具有特殊的表面化学特征，亦能产生自由基，从而造成氧化损伤。研究发现，如果使用金属螯合剂和自由基清除剂进行预处理，颗粒物的损伤效应能在很大程度上得到抑制；

③炎症细胞：颗粒物的一些成分作为抗原，也可引起机体的免疫反应，在巨噬细胞吞噬过程中，消耗大量氧，使细胞外生成大量活性氧，从而使细胞内氧化还原反应失去平衡，在短时间内产生大量自由基。

02 破坏皮肤屏障

研究表明，PM2.5能够影响到屏障、保湿相关的 Caspase14等和皮肤屏障功能以及皮肤结构功能相关的基因表达，从而削弱皮肤的屏障功能，甚至导致肌肤日益敏感。相应的，当皮肤屏障功能下降时，外界各类污染因素也更易引发肌肤敏感，并伴随细纹、松弛、色斑等老化迹象。

并且长期空气污染环境能够增加敏感皮肤发生率，诱发皮肤湿疹甚至皮炎。生活在空气污染严重环境下的人群皮肤红斑指数、皮肤划痕现象发生率和过敏性荨麻疹发病率均显著高于正常环境。有研究数据显示，北京敏感皮肤比例已经达到 17.12%，并且敏感皮肤呈现低龄化趋势。

Kangmo Ahn等研究了空气污染物与特应性皮炎的关系，特应性皮炎的发病与屏障功能受损密切相关，而包括PM在内的空气污染物都可能通过破坏屏障从而引起特应性皮炎。

图2 暴露于空气污染物影响AD发展的可能机制

（Ahn, Kangmo. The role of air pollutants in atopic dermatitis, 2014）

03 诱导炎症级联反应

前面提到，颗粒物的一些成分可能作为抗原引起机体的免疫反应，已有研究发现，暴露于空气污染物能显著上调角质细胞中基因的表达，其中就包括细胞因子 IL - 6、IL - 8和细胞色素CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1等。细胞因子主要参与炎症反应和免疫调节，轻微的慢性炎症就会造成肌肤的老化。

04 携带多环芳烃化合物

PM2.5颗粒上附着的，除了金属铁、铜之外还有一类非常重要的物质——多环芳烃化合物（PAHs）。它可以诱发产生活性氧，进而氧化损伤DNA，激活信号转导途径，引起细胞突变。且PM2.5中所含的PAHs具有高度亲脂性，容易进入皮肤。Magnani等把重建的人表皮模型暴露在PM中，发现PM能够渗透进皮肤。

吸附于 PM2.5 上的 PAHs 进入皮肤后，能和芳香烃受体（AhR）结合形成毒性复合物PAH - AhR，它能穿透细胞核，并在细胞核内诱导CYP1A1、金属基质蛋白酶MMP - 1、α- MSH的前体POMC以及炎症因子Cytocines的表达，从而引发氧化应激、胶原降解、色斑、炎症等一系列肌肤问题干扰染色体的生理活动，制造出多种杂蛋白，引起皮肤癌、炎症、过敏，它还能启动与皮肤老化有关的基因表达，导致肌肤衰老。

图3 AhR的作用机理

抗污染化妆品评价方法

由于PM2.5等空气污染物会促使活性氧ROS的生成，能够携带PAHs与AhR结合产生不良影响，引起炎症反应，促进细胞凋亡，因此我们可以从以上四个环节对抗污染化妆品进行功效评价。

01 以香烟烟雾分析模型（CES）为诱导条件评价

以抽真空的方式让香烟烟雾提取物穿过30 mL已消毒的磷酸盐缓冲液，来制备香烟烟雾溶液（CSS）。试验时将人类真皮成纤维原细胞（NHDF）或表皮角质化细胞（NHEK）放入香烟烟雾溶液，或含有一定浓度活性物的香烟烟雾溶液中培养。测试结束后，可采用多种方法对活性物的抗污染机理进行研究。

刘珊等研究了维生素C对香烟烟雾氧化应激作用的影响，发现CSS作用细胞DNA损伤增强，而维生素C干预能显著降低 DNA 损伤和ROS水平，增加抗氧化酶SOD的活性。

以测定DNA损伤水平为例：如下图，利用彗星试验检测，通过对细胞彗星尾长的计算评估CSS和维生素C对细胞DNA的损伤或降低损伤作用。

图4 VC 对 CSS作用细胞彗星尾长改变的影响

（刘珊等. 维生素C对香烟烟雾的氧化应激作用的影响,2004,）

因此如果活性物或产品能够抑制CSS的氧化应激反应，则可以判定，活性物具有抗污染的功效。

02 以苯并芘（BaP）为诱导条件评价

苯并芘（BaP）是多环芳烃的代表性物质，它存在于汽车废气、香烟、厨房油烟等烟气中。它会间接导致肌肤炎症，加速肌肤老化，还会造成无法修复的DNA损伤。因此，可逆地阻止BaP与AhR的结合是抗污染的一条有效途径。

以苯并芘为诱导条件时，我们可以通过测定ROS含量、炎症因子含量、线粒体膜电位变化和AhR相关基因变化来评价抗污染化妆品或活性物的功效。

基于角质形成细胞的功效评价

以测定AhR相关基因变化为例：

为了证明活性物的上述功效，可将角质形成细胞分为三组，试验组用一定浓度活性物培养，对照组不作处理，然后用BaP溶液处理两组细胞，采用qRT - PCR或RNA-seq测量AhR基因表达量，通过对比其表达的降低程度，评价产品或活性物对BaP的解毒功效。

基于3D表皮模型的功效评价

我们同样也可以利用3D表皮模型来进行评价：

用BaP连续刺激后，连续使用活性物进行处理，通过检测其组织活力、观察其组织形态等指标，来评价产品或活性物的抗污染功效。

如下图，为对照组与经过BaP处理之后的组织H&E染色，可以清楚看出，相较于对照组，用BaP处理后的表皮模型角质层明显增厚，基底层细胞不再呈柱状分布，即说明，BaP对皮肤组织有较强的损伤作用。

图5 基于3D表皮模型评价抗污染功效（博溪生物）

将产品或活性物涂抹在表皮模型后，对同样的指标进行测试和观察，若与BaP损伤后的模型相比有明显的改善，则可说明产品或活性物具有抗污染的功效。

图6 产品/活性物给药（博溪生物）

如何评估化妆品的抗污染功效就介绍到这里，若有疑问或相关业务请联系小助手。

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参考文献

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