Abstract Heavy alcohol consumption places a substantial burden on health all over the world. Metabolites of alcohol evoke alterations that lead to tissue damage in many organs. Phosphatidylethanol (PEth) is a unique phospholipid formed in the cellular membranes during the metabolism of ethanol after alcohol consumption. PEth has attracted special attention as it is postulated to be a reliable marker of long term heavy alcohol consumption. The aims of present study were to investigate the immunogenicity of phosphatidylethanol in mice and to analyze the plasma antibodies binding to phosphatidylethanol in humans. In this study a clear immune response was generated in mice immunized with PEth in human low density lipoprotein (LDL) carrier. Mouse monoclonal IgM antibodies binding specifically to phosphoethyl head group of PEth were generated using hybridoma technology. Since PEth was shown to be immunogenic in mice, plasma was analyzed for the presence of antibodies also in humans. PEth-specific antibodies of IgG, IgA and IgM isotypes in plasma were detected in heavy drinkers of alcohol with or without pancreatitis as well as in the controls. The plasma levels of the antibodies binding to PEth were significantly lower in the study subjects with heavy alcohol use and in this present study sample the low IgA levels to PEth were better indicators of heavy alcohol consumption as compared to the some of the traditional markers of heavy alcohol use. The antibody levels to PEth associated significantly to plasma antibodies binding to malondialdehyde-acetaldehyde adducts that are known to be formed during alcohol metabolism but not to antibodies binding to phosphocholine which is generated by lipid oxidation in humans. In conclusion, this study demonstrates that phosphatidylethanol is immunogenic in mice when using carriers such as human LDL in the immunization process. The binding of the monoclonal antibodies specifically to the PEth head group suggests that it would be feasible to develop a diagnostic immunoassay to PEth. The presence of antibodies binding to PEth in plasma indicates that PEth may be a target of humoral immunity in humans. / Tiivistelmä Runsas alkoholinkulutus aiheuttaa maailmanlaajuisesti merkittäviä terveydellisiä haittoja. Alkoholin aineenvaihduntatuotteet muuttavat kudoksien rakenteita ja aiheuttavat kudosvaurioita. Fosfatidyylietanoli on alkoholin aineenvaihdunnan tuloksena solukalvoilla syntyvä fosfolipidi, jota on tutkittu kahdenkymmenen vuoden ajan lupaavana alkoholin suurkulutuksen merkkiaineena. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää fosfatidyylietanolin immunisoinnin aiheuttamaa vasta-aineiden muodostumista koe-eläinmallina käytetyissä hiirissä sekä määrittää ihmisten plasmanäytteistä vasta-aineita, jotka sitoutuvat fosfatidyylietanoliin. Tutkimuksessa havaittiin immuunivasteen muodostuminen hiirissä, jotka immunisoitiin ihmisen LDL hiukkasiin liitetyllä fosfatidyylietanolilla. Hiiren monoklonaalisia fosfatidyylietanoliin sitoutuvia IgM-luokan vasta-aineita tuotettiin tutkimuksessa soluviljelyn avulla. Fosfatidyylietanolin aiheuttama vasta-aineiden muodostuminen hiirillä johdatti mittaamaan fosfatidyylietanoliin sitoutuvia vasta-aineita myös ihmisiltä. Tutkimuksessa havaittiin fosfatidyylietanoliin sitoutuvia IgG-, IgA- ja IgM-luokan vasta-aineita alkoholin suurkuluttajilla, alkoholihaimatulehdusta sairastavilla ja verrokkihenkilöillä. Vasta-aineiden pitoisuudet olivat alkoholia runsaasti käyttävillä koehenkilöillä merkitsevästi pienemmät kuin verrokkiryhmällä. Matalat IgA-vasta-ainepitoisuudet osoittautuivat aineistossa paremmaksi alkoholin suurkulutuksen osoittajiksi kuin eräät tavanomaisesti käytetyt alkoholinkäytön merkkiaineet. Plasman fosfatidyylietanoli-vasta-aineiden ja alkoholin aineenvaihdunnan seurauksena syntyvien malondialdehydi-asetaldehydi-addukteihin sitoutuvien vasta-aineiden määrän välillä havaittiin merkitsevä yhteys, jota ei havaittu rasvojen hapettumisen seurauksena syntyvien fosfokoliini-vasta-aineiden ja fosfatidyylietanoli-vasta-aineiden välillä. Tutkimus osoittaa, että hiirillä voidaan aikaansaada vasta-ainevälitteinen immuunivaste, kun ne rokotetaan ihmisen LDL-hiukkaseen liitetyllä fosfatidyylietanolilla. Fosfatidyylietanoliin spesifisesti sitoutuvien monoklonaalisten vasta-aineiden tuottaminen voi tulevaisuudessa johtaa immunologisen diagnostisen määritysmenetelmän kehittämiseen. Fosfatidyylietanoliin sitoutuvien plasman vasta-aineiden havaitseminen viittaa siihen, että fosfatidyylietanoli on vasta-ainevälitteisen immuunivasteen kohde myös ihmisillä.

Abstract The effect of alcohol intake on the pathophysiology of atherosclerotic cardiovascular disease is controversial, especially with respect to heavy alcohol intake. The pathobiology behind atherosclerosis is a complex and multiparametric phenomenon, therefore a self-organizing map (SOM), an unsupervised learning based artificial neural network technique, was applied in the present work. This study was carried out to investigate the effect of heavy alcohol intake on the pathophysiology of atherosclerosis, including several lipoproteins and adiponectin, an adipocyte-derived cytokine that may ameliorate atherosclerosis. Firstly, the effect of heavy alcohol intake on the capacity of HDL and its subclasses (HDL2 and HDL3) to mediate cholesterol efflux from macrophages was studied. Secondly, data of ultracentrifugally isolated lipoproteins were fed into SOM analysis to investigate whether this method can find diverse lipoprotein phenotypes from the heterogeneous lipoprotein data. Thirdly, the aforementioned method was applied to multivariate data of alcohol drinkers to study whether distinct metabolic profiles are associated to heavy alcohol consumption. The results revealed that HDL2, not HDL3, of heavy alcohol drinkers had an enhanced capacity to remove cholesterol from macrophages when compared with control persons. SOM analysis enhanced the ultracentrifugally based lipoprotein data and depicted several novel lipoprotein phenotypes. In addition, lipoprotein-based SOM analysis found two distinct metabolic profiles in heavy alcohol drinkers: an anti-atherogenic and a metabolic syndrome-like profile with opposite metabolic features, such as characteristics of lipoproteins, plasma concentration of adiponectin and prevalence of metabolic syndrome. These profiles also tended to differ in their CV risk. In conclusion, the enhanced cholesterol efflux capacity of HDL2 in heavy drinkers is an anti-atherogenic change linked to alcohol drinking. However, clinically it may be important to be aware that although heavy alcohol drinkers have a low LDL-C level, they differ in their other lipoprotein measures, forming distinct phenotypes with potentially different CV risks. Finally, SOM analysis of ultracentrifugally based lipoprotein data generates in silico classification of lipoprotein particles and thereby offers a new tool for lipoprotein research. / Tiivistelmä Alkoholinkäytön vaikutus ateroskleroottisen sydän- ja verisuonitaudin patofysiologiaan on kiistanalainen, etenkin runsaan alkoholinkäytön kohdalla. Koska patobiologia ateroskleroosin taustalla on monimutkainen ilmiö, tässä työssä sovellettiin menetelmänä itseorganisoituvaa karttaa, joka on ohjaamattomaan oppimiseen perustuva neuroverkkomalli. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää runsaan alkoholinkäytön vaikutusta ateroskleroosin patofysiologisiin merkkiaineisiin, mukaan lukien useita lipoproteiineja sekä adiponektiini, rasvasoluperäinen sytokiini, joka voi lievittää ateroskleroosia. Ensimmäisessä osatyössä tutkittiin runsaan alkoholinkäytön vaikutusta HDL:n ja sen alafraktioiden (HDL2 ja HDL3) kykyyn poistaa kolesterolia makrofageista. Toisessa osatyössä ultrasentrifuugaukseen perustuva lipoproteiiniaineisto syötettiin itseorganisoituvaan karttaan. Työssä selvitettiin löytäisikö menetelmä erilaisia lipoproteiinifenotyyppejä heterogeenisestä aineistosta. Kolmannessa osatyössä em. menetelmää sovellettiin monimuuttuja-aineistoon, joka koostui runsaasti alkoholia käyttävistä ja verrokeista. Tutkittiin, liittyykö runsaaseen alkoholinkäyttöön erilaisia metabolisia profiileja. Tulokset osoittivat, että suurkuluttajien HDL2-hiukkasen kolesterolinpoistokyky makrofageista oli suurempi kuin verrokeilla. Itseorganisoituvaan karttaan perustuva lipoproteiinien luokittelumenetelmä löysi useita uusia lipoproteiinifenotyyppejä. Lisäksi, em. menetelmä löysi suurkuluttajilta kaksi erilaista metabolista profiilia: anti-aterogeeninen ja metabolisen syndrooman kaltainen. Näillä oli vastakkaiset metaboliset piirteet, kuten lipoproteiinien ominaisuudet, adiponektiinin pitoisuus plasmassa ja metabolisen syndrooman esiintyvyys. Profiileihin liittyi mahdollisesti myös erilainen sydän- ja verisuonitautiriski. Tutkimus osoittaa, että alkoholin suurkuluttajilla havaittu parempi HDL2:n kyky poistaa kolesterolia soluista on anti-aterogeeninen muutos, joka liittyy alkoholin käyttöön. Kliinisesti voi olla merkittävää, että vaikka alkoholin suurkuluttajilla oli pieni LDL-C pitoisuus, he jakaantuivat muiden lipoproteiiniperäisten muuttujien perusteella kahteen eri fenotyyppiryhmään, joihin liittyi erilainen sydäntautiriski. Lisäksi itseorganisoituva kartta loi ultrasentrifugoinnilla eristetyille lipoproteiineille in silico -luokittelun, joten se tarjoaa uuden työkalun lipoproteiinitutkimukseen.

Abstract The aim of this epidemiological study was to investigate the oral health situation and associated factors among a group of Finnish healthy males born in the early 1990s. A pilot study was carried out in two garrisons of the Finnish Defence Forces in July 2010 to evaluate and time the various parts of the protocol (n = 256 men and women). In the main study, oral health of 13,564 men and 255 women who entered the military service in 2011 was screened for restorative treatment need (DT), dental history (DMFT) and periodontal status (CPI and BOP). In this cross-sectional study, a representative sample of the entire group of draftees in 2011 was achieved by examining all conscripts in 15 out of 20 garrisons and every fifth conscript in alphabetical order randomising the subjects in the five largest garrisons. Also 8,539 men answered a questionnaire covering their smoking and snuffing habits and alcohol use as well as other behaviour and background factors. BOP was available on 6,596 conscripts. The findings suggested stagnation in the improvement or even deterioration of the caries status in young healthy males. Among the study group of young male adults, caries burden was polarised, mainly due to primary caries. Prevalence of smoking was alarmingly high (39.6%). Smoking significantly increased the odds for restorative treatment need, high BOP or high CPI and was associated with other behaviour related to poor health. Snuffing and alcohol use were not associated with caries prevalence, BOP and CPI in the study group. The importance of the place of residence to caries experience was evident, but the impact decreased when health behaviours were included in the statistical analyses. Sociodemographic factors were associated with oral health among young men. In conclusion, health behaviour of young Finnish males does not support good oral health, and therefore caries control continues to be a challenge. Both health behaviours and environmental factors are associated with oral health, which should be considered in oral health promotion. / Tiivistelmä Tämän epidemiologisen tutkimuksen tavoitteena oli tutkia 1990-luvulla syntyneiden perusterveiden suomalaisten nuorten miesten suun terveyden tilannetta ja siihen vaikuttavia taustatekijöitä. Pilottitutkimuksessa heinäkuussa 2010 testattiin tutkimusprotokolla ja arvioitiin sen soveltuvuus epidemiologiseen tutkimukseen. Pilottitutkimus tehtiin kahdessa Puolustusvoimien varuskunnassa, ja siihen osallistui yhteensä 256 varusmiestä Epidemiologinen tutkimus tehtiin tammikuussa ja heinäkuussa 2011 kahdessakymmenessä varuskunnassa. Kliininen tarkastus tehtiin kaikille alokkaille lukuun ottamatta viittä suurinta varuskuntaa, joissa tutkimukseen valittiin joka viides alokas. Tutkimukseen osallistui yhteensä 13 564 miestä ja 255 naista. Heiltä selvitettiin korjaavan hoidon tarve (DT) ja hoidon historia (DMFT) sekä korkein parodontaalisen hoidon tarve indeksihampaista (CPI). Ikenien vuotoindeksi (BOP) mitattiin 6 596 varusmieheltä. Kliinisen tarkastuksen lisäksi 8 539 varusmiestä vastasi kyselyyn, jolla selvitettiin muun muassa heidän tupakointi-, nuuskaus- ja alkoholinkäyttötottumuksiaan sekä muuta terveyskäyttäytymistä ja sosioekonomisia ja -demografisia taustatietoja. Tulosten perusteella suomalaisten nuorten miesten kariologinen tilanne ei ole enää parantunut vaan jopa hieman huonontunut aiempiin tutkimuksiin verrattuna. Karieskertymä on polarisoitunut tutkimusjoukossa, ja suurin osa löydöksistä oli uusia kariesleesioita. Varusmiehistä jopa 39,6 % tupakoi päivittäin. Tupakoinnin ja lisääntyneen kariologisen ja parodontaalisen hoidon tarpeen sekä huonon terveyskäyttäytymisen välillä havaittiin yhteys. Nuuskaaminen ja alkoholin käyttö eivät vaikuttaneet todettuun kariologisen ja parodontaalisen hoidon tarpeeseen tässä tutkimuksessa. Varusmiehen asuinpaikka vaikutti kariologisen hoidon tarpeeseen, mutta vaikutus väheni, kun terveyskäyttäytyminen otettiin analyyseihin mukaan. Myös varusmiehen omalla sekä hänen vanhempiensa koulutustaustalla oli vaikutusta nuorten miesten suun terveyteen. Tutkimuksen perusteella voidaan sanoa, että suomalaisten nuorten miesten terveyskäyttäytyminen ei tue hyvää suun terveyttä, jonka takia karieksen hallinta tulee olemaan haastavaa myös tulevaisuudessa. Sekä terveyskäyttäytyminen että ympäristö vaikututtavat suun terveyteen, mikä on tärkeä pitää mielessä terveyden edistämistyössä.