透皮吸收测试中不同皮肤模型对化妆品活性成分渗透结果的影响分析

透皮吸收测试是化妆品活性成分功效评价的核心环节，其结果直接指导配方设计与功效宣称的科学性。皮肤模型作为测试的“载体”，不同类型模型（离体动物、离体人、人工合成、三维重建等）因结构、生物活性及模拟度差异，会显著影响活性成分的渗透量、途径及代谢结果。本文围绕常见皮肤模型的特点，系统分析其对化妆品活性成分渗透结果的影响，为测试模型的合理选择提供参考。

离体动物皮肤模型：常见但存在种属差异

离体动物皮肤是透皮测试中最常用的替代模型，其中猪、大鼠、兔皮肤应用最广。猪皮肤的表皮厚度（约0.1-0.2mm）、角质层细胞排列及脂质组成与人皮肤高度相似，常被视为“准人皮肤”——测试神经酰胺等脂溶性成分时，猪皮肤的渗透量（约1.2μg/cm²）与人皮肤（约1.0μg/cm²）差异小于15%，是动物模型中的“首选”。

但不同动物皮肤的结构差异仍会导致渗透偏差：大鼠皮肤的角质层厚度仅为人皮肤的1/3，且缺乏汗腺与皮脂腺，测试维生素C衍生物（如ASC-P）时，大鼠皮肤的渗透量（约2.5μg/cm²）是猪皮肤的2倍以上；兔皮肤的毛密度高（约300根/cm²），毛囊孔易成为成分渗透的“捷径”，测试水杨酸时，兔皮肤的渗透量比猪皮肤高40%，因水杨酸可通过毛囊快速穿透。

此外，动物皮肤的代谢活性与人不同：大鼠皮肤中的芳香化酶活性远高于人，测试雌二醇类成分时，大鼠皮肤会将其快速代谢为无活性产物，导致渗透量低估约30%。因此，使用动物皮肤时需优先选猪皮肤，并明确标注动物种类与皮肤部位（如“猪背部皮肤”），减少种属差异的影响。

离体人皮肤模型：金标准但局限性明显

离体人皮肤因完全模拟人体皮肤的生理结构（角质层、表皮、真皮及附属器），被视为透皮测试的“金标准”。例如测试维生素E醋酸酯时，人皮肤的渗透量（约0.8μg/cm²）能准确反映成分在人体中的真实渗透水平，而猪皮肤的结果（约1.0μg/cm²）略高——因猪皮肤的皮脂腺分泌更旺盛，加速了脂溶性成分的扩散。

但离体人皮肤的局限性也十分突出：首先是来源稀缺，仅能通过外科手术剩余或遗体捐献获取，且个体差异大（年龄、性别、部位、健康状况）。例如60岁以上老人的皮肤角质层厚度比年轻人薄30%，测试透明质酸（分子量100kDa）时，老人皮肤的渗透量（约0.5μg/cm²）是年轻人（约0.2μg/cm²）的2.5倍；腹部皮肤的表皮厚度（约0.1mm）比背部（约0.15mm）薄，测试烟酰胺时，腹部皮肤的渗透量比背部高20%。

其次是保存条件影响结构完整性：离体人皮肤需在-80℃冷冻保存，反复冻融会破坏角质层的脂质屏障——新鲜人皮肤的TEWL（透皮水散失量）约10g/m²/h，冻融3次后TEWL升至35g/m²/h，测试神经酰胺时，渗透量从0.6μg/cm²升至1.8μg/cm²。此外，同一批次测试中，不同捐献者的渗透量变异系数可达30%以上（如维生素B5测试中，渗透量范围0.2-0.8μg/cm²），需通过增加样本量（≥6个捐献者）减少误差。

人工合成皮肤模型：标准化但模拟度待提升

人工合成皮肤模型以高分子材料（如聚四氟乙烯、纤维素）或脂质体膜为载体，具有来源稳定、成本低、标准化程度高的优势，常用于初期筛选。例如聚四氟乙烯膜的孔隙率（约0.22μm）可模拟角质层的物理屏障，测试甘油等小分子水溶性成分时，渗透量（约5.0μg/cm²）与人皮肤（约4.5μg/cm²）差异较小。

但合成模型的最大缺陷是缺乏生物活性与生理结构：无法模拟皮肤的代谢过程——测试视黄醇棕榈酸酯时，该成分需经皮肤中的酯酶水解为视黄醇才能渗透，但合成膜无酯酶活性，渗透量（约0μg/cm²）与人皮肤（约0.3μg/cm²）完全不符；也无法模拟角质层的脂质屏障——纤维素膜的亲水性强，测试脂溶性成分（如辅酶Q10）时，渗透量（约2.0μg/cm²）是猪皮肤（约1.2μg/cm²）的1.7倍，因纤维素膜无法阻挡脂溶性成分的扩散。

此外，合成模型无附属器结构，无法模拟毛囊渗透——测试水杨酸时，合成膜的渗透量（约0.5μg/cm²）比人皮肤（约0.8μg/cm²）低37%，因水杨酸可通过人皮肤的毛囊快速渗透，而合成膜无此途径。因此，合成模型仅适用于物理渗透为主的成分（如小分子保湿剂），不适用于需代谢或通过附属器渗透的成分。

三维重建皮肤模型：接近生理但成本较高

三维重建皮肤模型（3D skin model）是通过体外培养人角质形成细胞与成纤维细胞构建的“活皮肤”，具有完整的表皮结构（角质层、颗粒层、基底层）与代谢活性，能模拟皮肤的屏障功能与酶解过程。例如测试维生素C糖苷时，3D模型可通过角质层中的糖苷酶将其水解为维生素C，渗透量（约0.5μg/cm²）与人皮肤（约0.4μg/cm²）差异小于20%，是目前最接近真实皮肤的体外模型。

与离体人皮肤相比，3D模型的优势在于标准化：同一批次培养的模型角质层厚度（约20μm）、TEWL（约12g/m²/h）变异系数小于10%，解决了离体人皮肤的个体差异问题——测试积雪草苷时，3D模型的渗透量（约0.3μg/cm²）标准差仅0.05μg/cm²，而离体人皮肤的标准差为0.12μg/cm²。

但3D模型的局限性是成本高（单块模型约500-1000元）、培养周期长（约21天），且缺乏真皮全层与皮下组织，无法模拟成分向深层组织的渗透——测试透明质酸（分子量100kDa）时，3D模型可检测到表皮层的分布（约0.1μg/cm²），但无法追踪到真皮层的量，而离体人皮肤可清晰观察到成分在真皮层的积累。目前，3D模型已成为高端化妆品（如抗衰、美白成分）的首选测试工具，欧莱雅、雅诗兰黛等品牌均用其评估视黄醇、多肽类成分的渗透功效。

皮肤模型的屏障功能完整性：渗透结果的核心变量

无论选择哪种模型，屏障功能的完整性都是影响渗透结果的关键。皮肤的屏障功能主要由角质层的脂质双层与皮脂膜组成，其完整性可通过TEWL、角质层含水量（Corneometer）或荧光素钠渗透试验评估。

例如，完整猪皮肤的TEWL约8g/m²/h，若因冷冻保存导致角质层破损，TEWL升至25g/m²/h，测试维生素E时，渗透量从1.0μg/cm²升至2.8μg/cm²；若皮肤表面的皮脂膜被乙醇去除，TEWL升至18g/m²/h，测试辅酶Q10时，渗透量从1.2μg/cm²升至2.0μg/cm²。

此外，测试环境也会影响屏障功能：温度从25℃升至37℃（人体正常温度），角质层的脂质流动性增加，渗透量可提高30%-50%——测试甘油时，37℃下渗透量为5.0μg/cm²，25℃下为3.5μg/cm²；湿度从40%升至80%，角质层含水量增加，渗透量增加20%——测试透明质酸时，80%湿度下渗透量为0.3μg/cm²，40%下为0.25μg/cm²。

因此，测试前需严格验证模型的屏障功能：TEWL应≤15g/m²/h（完整皮肤），荧光素钠渗透量应≤0.1μg/cm²（无角质层破损），否则需更换模型，避免因屏障破坏导致结果偏差。

活性成分理化性质与模型的匹配性

活性成分的理化性质（分子量、亲脂性、电荷）会与皮肤模型的结构发生相互作用，进一步影响渗透结果。例如，分子量≤500Da的小分子成分（如甘油、水杨酸）易通过角质层的脂质间隙渗透，优先选猪皮肤或3D模型；分子量＞1000Da的大分子成分（如透明质酸、胶原蛋白）主要通过毛囊渗透，优先选离体人皮肤（含完整附属器）。

亲脂性成分（logP=2-3，如维生素E、视黄醇）更易穿透角质层的脂质屏障，因此在猪皮肤或3D模型中的渗透量高于合成膜——维生素E在猪皮肤中渗透量1.2μg/cm²，合成膜中2.0μg/cm²（合成膜无脂质屏障）；亲水性成分（logP<0，如甘油、甘醇酸）则更易通过合成膜的亲水性孔隙渗透，在合成膜中的渗透量高于猪皮肤——甘油在合成膜中5.0μg/cm²，猪皮肤中4.0μg/cm²。

带电荷的成分（如透明质酸钠、氨基酸）会与皮肤中的带电基团发生静电相互作用：透明质酸钠带负电，会与角质层中的正电荷蛋白结合，导致渗透量降低（猪皮肤中约0.1μg/cm²），而合成膜无带电基团，渗透量可达0.5μg/cm²。因此，选择模型时需匹配成分的理化性质——脂溶性成分选猪皮肤/3D模型，水溶性成分选合成膜/离体人皮肤，带电荷成分避免用合成膜。