好文分享 | 猪皮、豚鼠皮与离体人皮肤：体外透皮研究模型何者更优？

储存条件可能会影响皮肤的渗透性，具体取决于化合物和测试条件。部分研究者指出，新鲜皮肤与冷冻皮肤在水渗透性方面并无差异，但冷冻后其他化合物的渗透性会增强，滞后期也会缩短。显然，每个实验室都必须明确实验所需的条件，并确认所选的储存条件是否合适。

在体外实验中，皮肤的制备方法同样需要慎重考虑，因为这会显著影响渗透性和滞后期。最常见的皮肤制备方法包括：全层皮肤（FT）、分层皮肤（ST）、热分离表皮（HSE）和角质层分离（SC）。全层皮肤适用于动物皮肤本身已非常薄的情况，例如小鼠或兔皮，或亲水性化合物。真皮层分离（分层）皮肤是常见的制备技术，但需要操作者具备一定技能才能获得稳定结果。最终形成的皮肤膜厚度不仅取决于取皮刀设置，还与取皮的力度和角度密切相关。热分离表皮（HSE）技术可能不适用于猪等毛发稀疏的皮肤类型——因为毛根会残留在真皮层，导致膜体出现孔洞。酶解分离及其他化学分离技术曾被用于获取角质层分离片。这些薄而脆弱的膜操作难度较大，通常需要借助膜支撑结构才能置入扩散室，而不同材料的支撑结构可能吸附渗透物，从而对测量的渗透曲线产生干扰。此外，这些膜片还存在微孔问题。

应考虑皮肤制备方法对测量参数的影响。渗透性可能与皮肤膜厚度成反比。氟芬那酸（log Kow 3.9）无论经由亲水性或亲脂性载体，在人体角质层和热分离表皮中的渗透性均相近，但滞后期略有差异。相比之下，分层皮肤与全层皮肤的渗透性和滞后期不仅相对于角质层/热分离表皮存在显著区别，在两种载体间也呈现明显差异。通过100μm热分离表皮吸收的咖啡因累积剂量，是通过500μm取皮刀处理人体皮肤样本的2.5倍。对于甲芬那酸（log Kow 5.2）这类高亲脂性化合物，全层皮肤比热分离表皮具有更强的屏障作用：在猪耳皮肤实验中，热分离表皮的渗透性高达全层皮肤的35倍。

本研究探讨了实验室内部及不同物种间的变异特征。变异程度通过变异系数（CV）进行量化。除性别、种族、年龄及解剖部位差异可能引发的渗透性显著波动外，同一实验动物体内不同解剖部位的样本也存在变异现象，这种现象既存在于个体内部（即受试者内变异），也存在于不同个体之间。同一实验室中不同物种个体间渗透性测量产生的变异称为实验室内部变异。其来源不仅包括个体间变异，还包括所有实验变异因素，如皮肤制备技术与分析方法等。当不同实验室测量来自相同或相似来源的同一化学物质通过皮肤的渗透时，观察到实验室间的变异。本综述要求所有物种的测试必须在同一实验室联合进行，从而消除这种变异性来源。最后，本文报告的种间变异性衡量的是两种物种之间皮肤渗透性测量差异所产生的变异性。

在一项使用人体皮肤进行的三种化合物研究中，实验室内的CV值范围为33%至44%不等，且变异可能随着化合物的亲水性而增加。在一项涉及10个实验室的欧洲多中心研究中，研究人员使用人体皮肤和标准化体外方法对三种化合物进行测试。结果显示，实验室内部CV在6%至111%之间波动，而实验室间的CV从64%至119%不等。另一项由18个参与实验室组成的多中心研究中，研究人员尝试通过使用统一来源的硅橡胶膜替代皮肤来降低受试者间的差异。该研究显示，实验室内部CV平均为11%（范围：2-35%），每个实验室进行了5-12次重复实验，而实验室间CV为35%。与其他研究结果相比，这些专门用于测量体外渗透性变异性的多中心研究数据具有典型代表性。总体而言，滞后期测量值比渗透性测量值表现出更高的变异性。

动物与人类皮肤的诸多描述性或定性比较研究已开展，本文将重点关注体外渗透实验的定量比较，这将为该议题提供更深入的见解。

4.1渗透性：猪皮肤与人皮肤的比较

人类和猪皮的渗透性研究（26种不同化学物质、41次测量）数据显示，两者的相关系数r为0.88（P<0.0001）。对数转换的相关系数r² =0.84，斜率（0.88±0.06）和截距（-0.30±0.22），表明猪皮作为人类皮肤的替代模型具有良好的预测性。根据表1数据，猪皮变异系数为21%，人类皮肤为35%。综合表1和表2数据，猪皮与人类皮肤的平均变异系数为44%，中位数37%。

表1 猪和人皮肤的渗透性

图1.猪与人类皮肤的渗透系数

其他研究（20项研究，50次测量，40种不同化学物质）未报告渗透性数据，因此我们通过数据计算得出差异值因子（FODs），具体数值详见表2。图2展示了这些研究的FODs值，以及渗透性研究（表1）计算得出的FODs值。所有测量值中，80%落在±½对数值区间内，即0.3<FOD<3.0。

表2 猪与人皮肤差异系数

图2.猪与人皮肤渗透性研究差异因子（FOD）随亲脂性（log Kow）变化的函数关系图

4.2 渗透性：豚鼠皮肤与人皮肤的比较

人和豚鼠皮肤上的渗透性测量（14项研究、13种不同化学物质、15次测量）结果显示，这两个量之间存在极强的相关性。两者的相关系数r为0.96（P<0.0001）。对数转换数据的线性相关分析显示，相关系数r² 为0.90，斜率0.96±0.10，截距0.11±0.3。根据表3数据，豚鼠皮肤的平均种内变异系数为19%，人类皮肤为24%。综合表3和表4数据，豚鼠与人类皮肤的平均变异系数为57%，中位数为52%。

表3 豚鼠和人皮肤的渗透性

图3.豚鼠与人类皮肤的渗透系数

其他研究（17项研究、25次测量、21种不同化学物质）未报告渗透性数据，这些研究的FOD值与渗透性研究计算的FOD值均列于表4与图4。所有测量值中，65%的FOD值介于0.3<FOD<3.0范围内。总体而言，表4中的FOD研究显示豚鼠与人体渗透性数据一致性较低。

表4 豚鼠与人皮肤差异系数

图4.以亲脂性（log Kow）为函数显示豚鼠与人体皮肤渗透性研究的差异因子（FOD）

4.3 滞后期：猪皮肤与人皮肤的比较

猪与人皮肤对比实验的滞后期数据（10种化合物的9项研究，共13次测量）显示，猪皮与人类皮肤的滞后期不存在显著相关性（相关系数r=0.35，P=0.26）：滞后期可能几乎相同，或在人类皮肤中是猪皮的8倍，又或在猪皮中是人类皮肤的2倍。表5数据显示，针对同一组化学物质，猪皮滞后期的平均变异系数为27%，而人类皮肤则为36%。

表5 猪和人皮肤的渗透滞后期

图5.猪与人皮肤的滞后期测量结果

4.4 滞后期：豚鼠皮肤与人皮肤的比较

对比人类与豚鼠皮肤的研究中采集的滞后期测量值（11项研究，12种化学物质，12次测量），结果显示，豚鼠皮肤与人类皮肤的滞后期具有0.90的相关系数（P<0.0001）。线性相关斜率为1.07，截距为-0.22，相关系数r² 为0.82。对于同一组化学物质，豚鼠皮肤滞后期的平均变异系数为20%，而人类皮肤的平均变异系数则高达38%。

表6豚鼠和人皮肤的渗透滞后期

图6.豚鼠与人类皮肤的滞后期测量结果

综上所述，猪和豚鼠在体外皮肤渗透性测试中均可作为人类皮肤的良好替代品，二者均显示出显著的正相关性。豚鼠与人类皮肤的时间滞后相关性显著，但豚鼠与人类皮肤之间无显著相关性。对于需要考虑瞬态现象的研究，若需获得相关渗透特性，可能需要采用人类皮肤作为研究对象。

在那些测量渗透系数的研究中，动物与人类的对应关系非常吻合。然而，对于仅测量FOD的研究，某些化合物显示出显著差异，尤其是豚鼠的情况。在绝大多数动物与人类皮肤存在显著差异的研究中，无论是猪还是豚鼠，其渗透性都比人类更强。在猪-人皮肤渗透性测试中，平均种间变异系数为37%，而FOD的平均值为51%。豚鼠-人渗透性研究中，种间变异系数为43%，FOD则为66%。目前尚不清楚这些差异的原因。研究发现，体毛浓密的动物可能不适合作为带电物质的研究模型。但综合数据表明，认为差异因素与亲脂性相关的假设并不成立。人类皮肤的变异性通常比猪皮或豚鼠皮肤更大。无论是渗透性还是滞后期，人类皮肤的种内变异系数都高于动物皮肤。这一差异在研究设计中需特别注意——当需要量化不同暴露条件下的反应时，动物皮肤可能更适合验证概念，而涉及人类生理状况的研究则更适合采用人类皮肤作为样本。

需要特别说明的是，本文所述研究仅涉及皮肤渗透性。当研究重点聚焦于皮肤代谢或渗透增强时，人类与动物皮肤之间存在显著差异。必须仔细考虑选择最合适的皮肤膜来达到研究目标。

尽管动物皮肤具有变异系数小、易获取等优势，但其在结构、成分及屏障功能等方面与人类皮肤存在本质差异，无法完全替代人皮肤用于预测药物体内吸收。若药物拟用于人体，最理想的实验模型应为离体人类皮肤。国家药品监督管理局药品审评中心发布的《局部起效化学仿制药体外释放（IVRT）与体外透皮（IVPT）研究技术指导原则（试行）》中也明确推荐使用离体人类皮肤作为实验模型。

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参考文献：

Barbero AM, Frasch HF. Pig and guinea pig skin as surrogates for human in vitro penetration studies: a quantitative review. Toxicol In Vitro. 2009 Feb;23(1):1-13. doi: 10.1016/j.tiv.2008.10.008. 

 

 

 

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