Suspect screening of environmental chemicals in urine of Korean adults

Abstract

Many countries adopted nationwide biomonitoring programs (NBPs) to check status and trends of exposure to environmental chemicals among the general population. In Korea, the Korean National Environmental Health Survey (KoNEHS) measure exposure biomarkers of the chemicals, which were pre-determined, for public health and chemical management. However, peoples are exposed to various chemicals, so that the conventional targeted chemical monitoring approach cannot reflect human exposure to a wide range of chemicals. Suspect screening analysis does not determine the specific compounds to be analyzed, but compose a list of suspect compounds to screen a number of chemicals. Thus, various chemicals and missed biomarkers can be explored through this approach. In the present study, we used the suspect screening analysis to identify environmental chemicals in urine of Korean adult population. About 10% of urine samples were selected from adult participants (n = 3,787) to the KoNEHS III (2015-2017) and pooled by 9-10 individual samples by sex and age group. Finally, 40 pooled samples were extracted in three methods and analyzed with Ultra-Performance Liquid Chromatography coupled with Time-of-Flight Mass Spectrometry (UPLC-qToF/MS). Total 474 compounds were composed of the suspect lists for the present study, which were more focused on exogenous environmental chemicals, specifically Endocrine-Disrupting Chemicals (EDCs) of various types. To detect chemicals in urine samples, spectra of analytes were compared to those of the suspect list. As a result of the study, total 81 candidates out of 474 suspect list were detected and 18 new environmental chemicals, which are not monitored by KoNEHS, were identified as standard. Then, we suggested potential candidate analytes of next KoNEHS program based on the levels of exposure, toxicity and exposure biomarker availability. Also, we suggested the practical application strategies of suspect screening in a support to policy context. Suspect screening could provide evidence of exposure biomarkers of environmental chemicals and support reasonable criteria of chemical selection for NBPs.

우리나라에서 국민의 환경보건 수준 파악을 위해 진행되고 있는 국민환경보건 기초조사(이하, 기초조사)에서는 환경화학물질들을 표적하여 혈중, 요중에서 측정하고 있다. 그러나 기존 건강영향 평가는 다양한 화학물질의 생산과 사용의 변화를 따라가지 못하며, 광범위한 화학물질에 대한 노출을 반영할 수 없다. 이를 보완할 수 있는 추정 스크리닝 분석방법은 시료에서 검출될 것이라고 의심되는 다양한 화학물질을 스크리닝 할 수 있다. 이 기법은 검출되는 화학물질의 수가 많아서 새로운 관심물질을 탐색하는데 활용될 수 있다. 본 연구에서는 추정 스크리닝 분석을 통해서 한국인 성인 인구집단의 요중에서 환경유해화학물질 및 대사체를 탐색하였다. 연구대상은 제3기 국민환경보건 기초조사 성인 인구집단 중 398명으로, 성별과 연령별로 집단 분포를 고려하여 9-10명씩 소변 시료를 풀링하였다. 총 40개의 풀링된 소변 시료를 다양한 환경화학물질, 특히 내분비계장애물질들이 추출될 수 있도록 3가지 전처리방법을 적용하여 Ultra Performance Liquid Chromatography coupled with Time-of-Flight Mass Spectrometry (UPLC-qToF/MS)로 분석하였다. 소변 시료에서 화학물질을 탐색하기 위해 총 474개의 환경화학물질 목록을 구성한 후, 검출된 물질의 스펙트럼을 비교하였다. 연구 결과, 총 81개의 후보 물질이 소변 시료에서 잠정적으로 식별되었고 이 중 기초조사에서 측정하지 않는 18개의 새로운 환경 화학물질을 표준품으로 확인하였다. 본 연구에서 식별된 환경화학물질 중 인체노출수준과 독성 그리고 노출 바이오마커 활용 가능성을 고려하여 다음 기초조사 측정 대상 물질로 제안했다. 또한 인체 시료에서 추정 스크리닝 분석방법을 활용하여 환경화학물질을 탐색할 때 적용할 수 있는 실질적인 프로토콜을 제안했다. 추정 스크리닝 분석방법은 환경화학물질의 인체노출수준을 제공할 수 있고, 향후 기초조사와 같은 화학물질 관리 정책에 있어서 우선적으로 관리해야 할 물질을 선정하는데 활용될 수 있다.