Toxicological ReviewToxicological ReviewТоксикологический вестник0869-7922Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman64118310.36946/0869-7922-2019-4-23-31ArticlesСтатьиIDENTIFICATION OF BIOMARKERS OF EXPOSURE AND EFFECT OF 1,4-DICHLOROHEXAFLUOROBUTENE-2ИДЕНТИФИКАЦИЯ БИОМАРКЕРОВ ЭКСПОЗИЦИИ И ЭФФЕКТА 1,4-ДИХЛОРГЕКСА-ФТОРБУТЕНА-2UkolovA. I.УколовА. И.
Russian Federation

Ukolov Anton Igorevich

188663, Leningrad region, Kuzmolovsky

Уколов Антон Игоревич - кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории аналитической токсикологии.

188663 Ленинградская область, Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский

AntonUkolov@gmail.comShachnevaM. D.ШачневаМ. Д.
Russian Federation

Shachneva Maria Dmitrievna

188663, Leningrad region, Kuzmolovsky

Шачнева Мария Дмитриевна - младший научный сотрудник лаборатории аналитической токсикологии.

188663 Ленинградская область, Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский

shachneva_mariya@mail.ruRadilovA. S.РадиловА. С.
Russian Federation

Radilov Andrey Stanislavovich

188663, Leningrad region, Kuzmolovsky

Радилов Андрей Станиславович - доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом токсикологии, и.о. директора.

188663 Ленинградская область, Всеволожский район, г.п. Кузьмоловский

radilov@rihophe.ruResearch Institute of Hygiene, Occupational Pathology and Human Ecology, Federal Medical and Biological AgencyФГУП «Научно-исследовательский институт гигиены, профпатологии и экологии человека» ФМБА России280820194233104112024Copyright ©; 2019, Ukolov A.I., Shachneva M.D., Radilov A.S.Copyright ©; 2019, Уколов А.И., Шачнева М.Д., Радилов А.С.2019Ukolov A.I., Shachneva M.D., Radilov A.S.Уколов А.И., Шачнева М.Д., Радилов А.С.https://journals.eco-vector.com/0869-7922/article/view/641183

Using gas and high-performance liquid chromatography with mass-selective detection (GC/MS and HPLC/MS, respectively), the metabolism of previously unstudied freon RL316 (1,4-dichloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutene-2, hereinafter - DCHF) has been investigated. Two volatile metabolites, which are products of reductive replacement of chlorine atoms: 1-chloro-1,1,2,3,3,4,4,4-octafluorobutane and 1-chloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutene-2, have been detected and identified in the blood and urine samples of rats. In total 15 different previously unknown metabolites have been revealed and identified. The main direction of metabolism of DCHF is the formation of adducts with glutathione and their further degradation to cysteine and acetylcysteine adducts. Among all metabolites 4-methylsulfyl-1-chloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutene-2, 4-methylsulfynyl-1-chloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutene-2 and 1,1,3,4,4-pentafluoro-1,4-dichlorobutanethion-2 were found to be the most sensitive biomarkers. The intake of DCHF in the body does not lead to its bioactivation with the formation of labile thioketenes which are the main cause of mutagenic and carcinogenic effects of some halocarbons.

Metabolic profiling of blood plasma revealed potential metabolic markers of exposure to D CHF at a concentration of 18,8 mg/m3: the ratio of concentrations of gulonic acid and myo-inositol phosphate. The combination of the determination of the chemical markers - nonmetabolic forms of DCHF and 1,4-dichloro-1,1,3,4,4-butanthione-2 with the definition of discovered metabolic markers allows to estimate more accurately the dose or level of exposure of DCHF on the body of people in contact with it.

С использованием газовой и высокоэффективной жидкостной хроматографии с масс-селективным детектированием (ГХ-МС и ВЭЖХ-МС, соответственно) установлен метаболизм не изученного ранее хладона RL 316 (1,4-дихлор-1,1,2,3,4,4-гексафторбутена-2, далее -ДХГФ ). В образцах крови и мочи крыс обнаружены и идентифицированы два летучих метаболита, являющихся продуктами восстановительного замещения атомов хлора: 1-хлор-1,1,2,3,3,4,4,4-ок-тафторбутан и 1-хлор-1,1,2,3,4,4-гексафторбутен-2. Всего в результате исследований выявлено и идентифицировано 15 различных ранее неизвестных метаболитов. Установлено, что основным направлением метаболизма ДХГФ является образование аддуктов с глутатионом, и их дальнейшая деградация до цистеиновых и ацетилцистеиновых аддуктов. Также, среди продуктов распада аддуктов выявлены 4-метилсульфил-1-хлор-1,1,2,3,4,4-гексафторбутен-2, 4-метил-сульфи-нил-1-хлор-1,1,2,3,4,4-гексафторбутен-2 и 1,1,3,4,4-пентафтор-1,4-дихлор-бутантион-2 который оказался наиболее чувствительным биомаркером. Показано, что при поступлении ДХГФ в организм не происходит его биоактивация с образованием лабильных тиокетенов которые являются основной причиной мутагенного и канцерогенного действия некоторых галогенуглеводородов.

Метаболическое профилирование плазмы крови позволило выявить потенциальные метаболические маркеры воздействия ДХГФ в концентрации 18.8 мг/м3: отношение концентраций гулоновой кислоты и мио-инозитолфосфата. Сочетание определения химических маркеров - неметаболизиро-ванной формы ДХГФ и 1,4-дихлор-1,1,3,4,4-бутантиона-2 с определением обнаруженных метаболических маркеров позволит более точно оценивать полученную дозу или уровень воздействия ДХГФ на организм людей контактирующих с ним.

1,4-dichloro-1,1,2,3,4,4-hexafluorobutene-2freon RL316bloodurinechromatography/mass spectrometry14-дихлор-1,1,2,3,4,4-гексафторбутен-2хладон RL316кровьмочахромато-масс-спектрометрияMaterials on the experimental substantiation of the approximate safe exposure level of 1,4-dichlorohexafluorobutene-2 (RL316) in the air of the working area. FSUE RIHOPHE FMBA of Russia , prof. Radilov A.S. Saint-Petersburg, 2015 (in Russian).. Материалы по экспериментальному обоснованию ориентировочного безопасного уровня воздействия (ОБУВ) 1,4-дихлоргек-сафторбутена-2 (хладона RL316) в воздухе рабочей зоны // Отчет о НИР / ФГУП “НИИ ГПЭЧ" ФМБА России, рук. д.м.н., проф. Радилов А.С. Санкт-Петербург, 201б г.TruhautR., Boudene C., JouanyJ.M., Bouant A. Experimental study of the toxicity of a fluoroalkene derivative, the hexafluorodichlorobutene (HFCB). Fluoride. 1972; 5; 1: 4-14.Truhaut R., Boudene C., Jouany J.M., BouantA. Experimental study of theCorrigan D.S., McHattie G.Y., Reventos J. Halothane and Dichlorohexafluorobutene. Brit. J. Anesthesia. 1963; 35: 824-825.toxicity of a fluoroalkene derivative, the hexafluorodichlorobutene (HFCB). Fluoride. 1972; 5; 1: 4-14.Grushko Ya.M. Harmful organic compounds in industrial emissions. Leningrad: Khimiya. 1986.143 p. (in Russian).Corrigan D.S., McHattie G.V., Reventos J. Halothane and Dichlorohexafluorobutene. Brit. J. Anesthesia. 1963; 35: 824-825.Muravieva S.I., Kaznina N.I., Prokhorova E.K. Handbook for the control of harmful substances in the air. Moscow: Khimiya. 1988.-143 p. (in Russian).Грушко Я.М. Вредные органические соединения в промышленных выбросах в атмосферу. Л.: Химия. - 1986. - 143 с.FilovV.A. Harmful chemicals. Hydrocarbons, halogen derivatives of hydrocarbons: a handbook. Leningrad: Khimiya. 1990.-732 p. (in Russian).Муравьева С.И., Казнина Н.И., Прохорова Е.К. Справочник по контролю вредных веществ в воздухе. М.: Химия. 1988.-143 с.Lazarev N.V. Harmful chemicals. Organic compounds: Handbook. Leningrad: Khimiya. 1976; V.1.- 300 p. (in Russian).Филов В.А. Вредные химические вещества. Углеводороды, галогенпроизводные углеводородов: справ Л.: «Химия». 1990.-732 с.Hayden P.J., Hayden P.J., Stevens J.L. Cysteine conjugate toxicity, metabolism, and binding to macromolecules in isolated rat kidney mitochondria. Mol. Pharm. 1990; 37: 468-476.Лазарев, Н.В. Вредные химические вещества. Органические вещества: справ. / Лазарев Н.В. Л.: «Химия». - 1976. - Т. 1. - С. 300.Ukolov A.I., Orlova T.I., Migalovskaya E.D., Voitenko N.G., Goncharov N.V. Metabolomics: On the Way to an Integration of Biochemistry, Analytical Chemistry, and Informatics. Biol. Bulletin Reviews. 2015; 135; 1: 3-17.Hayden P.J., Hayden P.J., Stevens J.L. Cysteine conjugate toxicity, metabolism, and binding to macromolecules in isolated rat kidney mitochondria. Mol. Pharm. 1990; 37: 468-476.Ukolov, A.I., Kessenikh, E.D., Radilov, A.S., Goncharov N.V. Toxicometabolomics: Identification of markers of chronic exposure to low doses of aliphatic hydrocarbons. J. Evol. Biochem. Phys. 2017; 53; 1: 24-32. (in Russian)Уколов А.И., Орлова Т.И., Мигаловская Е.Д., Войтенко Н.Г., Гончаров Н.В. Метаболомика: на пути интеграции биохимии, аналитической химии, информатики. Успехи современной биологии. 2015; 135; 1: 3-17.Orlova T.I., Ukolov A.I., Savelieva E.I., Radilov A.S. GC-MS quantification of free and es-terified fatty acids in blood plasma. Analitika i kontrol. 2015; 19(2): 183 (in Russian).Уколов А.И., Кессених Е.Д., Радилов А.С., Гончаров Н.В. Токсикометаболомика: поиск маркеров хронического воздействия низких концентраций алифатических углеводородов. Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2017; 53; 1: 24-32.Ukolov A.I., Orlova T.I., Savelieva E.I., Radilov A.S. Chromatographic-Mass Spectrometric Determination of Free Fatty Acids in Blood Plasma and Urine Using Extractive Alkylation. J. of Anal. Chemistry. 2015; 70(9): 968. (in Russian).Орлова Т.И., Уколов А.И., Савельева Е.И., Радилов А.С. Определение свободных и эте-рифицированных жирных кислот в плазме крови методом газовой хроматографии с масс-селективным детектированием. Аналитика и контроль. 2015; 19; 2: 183-188.Dekant W. Toxicology of Chlorofluorocarbon Replacements. Environ. Health Perspect. 1996; 104; 1: 75-83.Уколов А.И., Орлова Т.И., Савельева Е.И., Радилов А.С. Хромато-масс-спектрометрическое определение свободных жирных кислот в плазме крови и моче с использованием экстрактивного алкилирования. Журнал аналитической химии. 2015; 70; 9: С. 968.Anders M.W. Metabolism and Toxicity of Hydrochlorofluorocarbons: Current Knowledge and Needs for the Future. Environ. Health Perspect. 1991; 96: 185-191.Dekant W. Toxicology of Chlorofluorocarbon Replacements. Environ. Health Perspect. 1996; 104; 1: 75-83.Dekant W., Vamvakas S., Berthold K., Schmidt S., Wild D., Henschler D. Bacterial-lyase mediated cleavage and mutagenicity of cysteine conjugates derived from the nephrocarcinogenic alkenes trichloroethylene, tetrachloroethylene and hexachlorobutadiene. Chem.-Biol. Interact. 1986; 60: 31-45.Anders M.W. Metabolism and Toxicity of Hydrochlorofluorocarbons: Current Knowledge and Needs for the Future. Environ. Health Perspect. 1991; 96: 185-191.Anders M.W., Lash L., Dekant W., Elfarra A.A., Dohn D.R. Biosynthesis and bioansformation of glutathione S-conjugates to toxic metabolites. CRC Crit. Rev. Toxicol. 1988; 18: 311-341.Dekant W., Vamvakas S., Berthold K., SchmidtS., Wild D., HenschlerD. Bacterial-lyase mediated cleavage and mutagenicity of cysteine conjugates derived from the nephrocarcinogenic alkenes trichloroethylene, tetrachloroethylene and hexachlorobutadiene. Chem.-Biol. Interact. 1986; 60: 31-45.Dreehen B., Westphal G. Mutagenicity of the glutathione and cysteine S-conjugates of the haloalkenes 1,1,2-trichloro-3,3,3-trifluoro-1-propene and trichlorofluoroethene in the Ames test in comparison with the tetrachloroethene-analogues. Mut. Res. 2003; 539: 157-166.Anders M.W., Lash L., Dekant W., Elfarra A.A., Dohn D.R. Biosynthesis and bioansformation of glutathione S-conjugates to toxic metabolites. CRC Crit. Rev. Toxicol. 1988; 18: 311-341.Lock E.A., Berndt W.O. Studies on the Mechanism of Nephrotoxicity and Nephrocarcinogenicity of Halogenated Alkenes. CRC Crit. Rev. Toxicol. 1988; 19; 1: 23-42.Dreehen B., Westphal G. Mutagenicity of the glutathione and cysteine S-conjugates of the haloalkenes 1,1,2-trichloro-3,3,3-trifluoro-1-propene and trichlorofluoroethene in the Ames test in comparison with the tetrachloroethene-analogues. Mut. Res. 2003; 539: 157-166.MacNichol D.D., Robertson D.D. New and unexpected reactivity of saturated fluorocarbons. Nature. 1988; 332: 59-61.Lock E.A., Berndt W.O. Studies on the Mechanism of Nephrotoxicity and Nephrocarcinogenicity of Halogenated Alkenes. CRC Crit. Rev. Toxicol. 1988; 19; 1: 23-42.Wkelman C., Kazis C. Recent advances in the chemistry ofhalogenofluorocabons. J. FluorineChem. 1986; 33: 347-359.MacNichol D.D., Robertson D.D. New and unexpected reactivity of saturated fluorocarbons. Nature. 1988; 332: 59-61.Blair I.A. Analysis of endogenous glutathione-adducts and their metabolites. Biomed. Chromatogr. 2010; 24; 1: P. 29-38.Wkelman C., Kazis C. Recent advances in the chemistry ofhalogenofluorocabons. J. FluorineChem. 1986; 33: 347-359.Blair I.A. Endogenous glutathione adducts. Curr. Drug Metab. 2006; 7; 8: 853-872.Blair I.A. Analysis of endogenous glutathione-adducts and their metabolites. Biomed. Chromatogr. 2010; 24; 1: P. 29-38.Awasthi Y.C., Sharma R., Yadav S., Dwivedi S., Sharma A., Awasthi S. The non-ABC drug transporter RLIP76 (RALBP-1) plays a major role in the mechanisms of drug resistance. Curr. Drug Metab. 2007; 8; 4: 315-323.BlairI.A. Endogenous glutathione adducts. Curr. Drug Metab. 2006; 7; 8: 853-872.Green T., Lee R., Farrar D., Hill J. Assessing the health risks following environmental exposure to hexachlorobutadiene. Toxicol Lett. 2003; 138; 1-2: 63-73.Awasthi Y.C., Sharma R., YadavS., Dwivedi S., Sharma A., Awasthi S. The non-ABC drug transporter RLIP76 (RALBP-1) plays a major role in the mechanisms of drug resistance. Curr. Drug Metab. 2007; 8; 4: 315-323.Poet T.S., Wu H., Corley R.A., Thrall K.D. In vitro glutathione conjugation of methyl iodide in rat, rabbit, and human blood and tissues. Inhal. Toxicol. - 2009. - V. 21. - N. 6. - P. 524-530.Green T., Lee R., Farrar D., Hill J. Assessing the health risks following environmental exposure to hexachlorobutadiene. Toxicol Lett. 2003; 138; 1-2: 63-73.Poet T.S., Wu H., Corley R.A., Thrall K.D. In vitro glutathione conjugation of methyl iodide in rat, rabbit, and human blood and tissues. Inhal. Toxicol. - 2009. - V. 21. - N. 6. - P. 524-530.