Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common endocrine disorder of women of reproductive age, affecting 5–18% of them. Menstrual irregularities, hyperandrogenemia and obesity are key features in PCOS and they are suggested to be the most important metabolic risks linked to PCOS, but their respective roles are still under debate. Anti-Müllerian hormone (AMH) is involved in sexual differentiation and follicle growth and its level is increased in women with PCOS. The aims of this project were to clarify the significance of menstrual irregularities, hyperandrogenemia and serum levels of AMH in adolescence as predictive factors of the syndrome and to investigate the respective roles of obesity and hyperandrogenism as metabolic risk factors in women with PCOS from adolescence to late adulthood. The study populations were the Northern Finland Birth Cohort 1986 (N=3373 women) and a Nordic population including 1553 women with PCOS and 448 controls. At the age of 16 years, women with menstrual irregularities were more hyperandrogenic compared with women with normal menstrual cycles. Serum AMH levels correlated positively with those of testosterone at this age. They were higher in adolescents with menstrual irregularities compared with those with regular cycles and in women with hirsutism or PCOS at the age of 26 years. However, AMH was not a good marker of metabolic abnormalities in adolescence or a reliable tool to predict PCOS in later life. Androgen levels were higher in women with PCOS throughout life compared with controls. The parameters that best predicted PCOS at all ages were the free androgen index, and androstenedione. Women with PCOS exhibited increased abdominal obesity, altered insulin metabolism, worse lipid profiles and higher blood pressure from early adulthood until menopause compared with controls. The highest prevalence of metabolic syndrome was detected in obese and hyperandrogenic women with PCOS. In conclusion, irregular menstrual cycles, identified by a simple question at adolescence, represent a good marker of hyperandrogenemia, later metabolic risks and development of PCOS. Due to the persistence of hyperandrogenism and metabolic alterations, the treatment of PCOS should be focused on prevention and treatment of these problems as early as in adolescence in order to decrease future morbidity. / Tiivistelmä Monirakkulainen munasarjaoireyhtymä (polycystic ovary syndrome, PCOS) on lisääntymisikäisten naisten tavallisin (5-18%) hormonaalinen häiriö. Kuukautishäiriöt, mieshormoniylimäärä eli hyperandrogenismi ja lihavuus kuuluvat oireyhtymään oleellisesti ja niiden ajatellaan olevan tärkeimmät PCOS:aan liittyvät metaboliset riskitekijät, vaikkakin niiden tarkat roolit ovat epäselvät. Anti-Müllerian hormoni (AMH) vaikuttaa sukupuolen kehitykseen sikiöaikana sekä munarakkuloiden kypsymiseen hedelmällisessä iässä ja sen pitoisuus on suurentunut PCOS-naisilla. Tämän väitöskirjan tavoitteena oli selvittää kuukautishäiriöiden, hyperandrogenismin ja AMH-pitoisuuden ennustearvoa PCOS-oireyhtymälle, sekä arvioida lihavuuden ja hyperandrogenismin vaikutusta metabolisiin riskitekijöihin PCOS-naisilla läpi elämän. Tutkimusaineistoina olivat Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1986 (N=3373 naista) sekä pohjoismaalainen yhteistyöaineisto, jossa oli 1553 PCOS-naista ja 448 kontrollia. 16-vuotiaiden kuukautishäiriöistä kärsivien naisten mieshormonipitoisuuksien todettiin olevan korkeammat kuin naisilla, joilla kuukautiskierto oli säännöllinen. AMH-tasot korreloituivat positiivisesti testosteronin kanssa 16-vuotiaana, ja pitoisuus oli koholla naisilla, joilla todettiin kuukautishäiriö. AMH-tasot 16-vuotiaana olivat myös korkeampia naisilla, joilla oli 26-vuotiaana PCOS tai hirsutismi. Kuitenkaan AMH-pitoisuus 16-vuotiaana ei korreloinut metabolisten riskitekijöiden kanssa eikä se ollut luotettava parametri ennustamaan PCOS:n kehittymistä. Mieshormonitasot olivat korkeammat PCOS-naisilla läpi elämän verrattuna kontrolleihin. Vapaan mieshormonin indeksit ja androstendioni olivat parhaat parametrit erottamaan PCOS-naiset kontrolleista. PCOS-naisilla todettiin olevan enemmän vyötärölihavuutta, huonompi veren rasvaprofiili ja korkeampi verenpaine varhaisaikuisuudesta menopaussiin saakka. Lihavilla hyperandrogeenisilla naisilla todettiin suurin metabolisen oireyhtymän esiintyvyys. Yksinkertaisella kysymyksellä selvitetyt kuukautishäiriöt nuoruusiässä todettiin olevan yhteydessä hyperandrogenismiin sekä myöhempiin metabolisiin riskeihin ja PCOS:n kehittymiseen. Jotta pystyttäisiin vähentämään myöhempää sairastavuutta ja kuolleisuutta PCOS-naisilla, oireyhtymän hoidon tulisi keskittyä ennaltaehkäisemään ja hoitamaan lihavuutta, hyperandrogenismia ja metabolisia riskejä jo varhaisaikuisuudessa.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common endocrine disorder affecting reproductive aged women, with reproductive, metabolic and cardiovascular implications across the life span. The typical features of PCOS include irregular menstruation, androgen excess and polycystic ovaries in ultrasonography. The majority of women with PCOS are overweight or obese, and, at least partly, obesity-driven metabolic abnormalities often coexist with PCOS. Despite intensive research, it has remained unclear whether PCOS per se is a risk factor of metabolic abnormalities, and cardiovascular disease and events. The main aim of the current work was to investigate whether PCOS is an independent risk factor of metabolic abnormalities and cardiovascular diseases. The study population consisted of the prospective population-based Northern Finland Birth Cohort 1966, and we used data collected at ages 14, 31 and 46. The definition of PCOS was based on self-reported PCOS symptoms at age 31 and/or PCOS diagnosis by age 46. The results revealed that weight gain in early life was a risk factor for the development of PCOS. As for metabolic outcomes, at age 46, normal-weight women with PCOS did not display increased odds of abnormal glucose metabolism. However, weight gain during early adulthood was significantly associated with abnormal glucose metabolism in women with PCOS by age 46. Interestingly, PCOS per se was already associated with elevated blood pressure at age 31 and hypertension at age 46, independently of obesity. Women with PCOS also displayed reduced cardiac vagal activity, which was associated with metabolic abnormalities and hypertension. Furthermore, even though no major anatomical or functional impairments were observed in echocardiography, women with PCOS displayed a significantly greater prevalence of myocardial infarction and a two-fold higher prevalence of cardiovascular events than controls. In conclusion, our findings indicate that even though PCOS is an independent risk factor of metabolic derangements, related obesity is a major metabolic risk factor in these women. The role of PCOS in cardiovascular events per se remains controversial and requires follow-up of this cohort. Given all this, maintaining normal weight and preventing weight gain, especially during early adulthood, should be the main priority in the prevention of adverse metabolic changes in women with PCOS. / Tiivistelmä Munasarjojen monirakkulaoireyhtymä (polycystic ovary syndrome, PCOS) on lisääntymisikäisten naisten yleisin hormonaalinen häiriö aiheuttaen runsaasti sairastavuutta ja terveydenhuollon kustannuksia. PCOS:n diagnostisiin kriteereihin kuuluvat epäsäännöllinen kuukautiskierto, lisääntynyt miessukupuoli-hormonivaikutus sekä monirakkulaiset munasarjat. Merkittävä osa oireyhtymää sairastavista naisista on ylipainoisia tai lihavia ja oireyhtymän kanssa yhtä aikaa esiintyykin useita, ainakin osittain ylipainosta johtuvia, metabolisia häiriöitä. Lukuisista tutkimuksista huolimatta on kuitenkin epäselvää, altistaako PCOS itsessään metabolisille häiriöille sekä sydän- ja verisuonisairauksille. Väitöskirjatutkimuksen tavoitteena oli selvittää, onko PCOS itsenäinen metabolisten ja sydän- ja verisuonisairauksien riskiä lisäävä tekijä. Tutkimus pohjautui Pohjois-Suomen syntymäkohortti 1966 tutkimuksen 14-, 31- ja 46-vuotisseurantoihin. PCOS luokittelu perustui 31- ja 46-vuotiskyselyissä itse ilmoitettuihin tyypillisiin PCOS oireisiin ja/tai diagnoosiin. Tutkimuksessa havaittiin, että 14- ja 31-ikävuoden välillä tapahtuva painonnousu oli yhteydessä PCOS diagnoosiin myöhemmällä iällä. 46-vuotiaana normaalipainoisilla PCOS naisilla ei ollut suurentunut tyypin 2 diabetes riski, mutta painonnousu varhaisaikuisuudessa oli merkittävästi yhteydessä sokeriaineenvaihdunnan häiriöön PCOS naisilla. PCOS oli yhteydessä kohonneeseen verenpaineeseen 31-vuotiaana ja hypertensioon 46-vuotiaana ylipainosta riippumatta. Oireyhtymään liittyvät metaboliset häiriöt olivat tärkein sydämen autonomisen hermoston säätelyyn vaikuttava tekijää, kun taas PCOS itsessään ei vaikuttanut autonomisen hermoston toimintaan. PCOS:ään sairastavien naisten sydämen rakenne ja funktio eivät merkitsevästi poikenneet kontrolloiden vastaavista muuttujista. Kuitenkin suhteellisen nuoresta iästä huolimatta PCOS naisilla esiintyi enemmän sydäninfarkteja ja kaksi kertaa enemmän sydän- ja verisuonitapahtumia, kuin kontrolleilla. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että vaikkakin PCOS on itsenäinen riskitekijä metabolisille häiriöille, oireyhtymään liittyvä ylipaino vaikuttaa merkittävästi metabolisten häiriöiden esiintymiseen. PCOS:n ja sydän- ja verisuonitautitapahtumien yhteyden tarkempi tutkiminen vaatii kohortin jatkoseurantaa. Painonhallinnan tukemisen tulisi olla PCOS:ää sairastavien naisten hoidon kulmakivi.

Abstract Polycystic ovary syndrome (PCOS) is the most common endocrine disorder in women of reproductive age. The main features of the syndrome include menstrual irregularities and hyperandrogenism. In addition to symptoms related to fertility, some women also suffer from an unfavourable metabolic profile including impaired glucose tolerance, dyslipidaemia and low-grade chronic inflammation. In the present studies we aimed to investigate the role of age on adrenal and ovarian androgen secretion in 79 women with PCOS and 98 healthy women, with special focus on the menopause. Furthermore, we studied the effects of combined hormonal contraceptives (CHCs) administered orally, transdermally and vaginally (n=42, healthy women, 9 weeks) and atorvastatin treatment (n=28, women with PCOS, 6 months) on androgen levels and metabolic factors. Androgen secretion capacity was analysed by using adrenal and ovarian stimulation tests and glucose tolerance by using oral and intravenous glucose tolerance tests. Furthermore, chronic inflammation was assessed via assay of C-reactive protein and pentraxin-3. Basal and stimulated adrenal and ovarian androgen production was elevated and levels remained higher in women with PCOS compared with healthy women even after the menopause. Furthermore, women with PCOS presented with enhanced insulin resistance and chronic inflammation, which persisted beyond menopausal transition. During CHC treatment, the route of administration was insignificant, and all treatments impaired insulin sensitivity and increased chronic inflammation. In women with PCOS, treatment with atorvastatin improved chronic inflammation and the lipid profile as expected, but worsened glucose tolerance and did not affect testosterone levels. Regardless of strict exclusion criteria, where only relatively healthy women with PCOS were recruited, the results showed that enhanced androgen secretion and unfavourable metabolic alterations associated with PCOS persist through menopausal transition. The findings emphasize the importance of monitoring glucose metabolism during the use of CHCs, especially in women with known risks of type 2 diabetes. Atorvastatin treatment exacerbates insulin resistance in women with PCOS and therefore the treatment should only be considered after individual risk assessment of cardiovascular disease and not just because of PCOS. / Tiivistelmä Monirakkulainen munasarjaoireyhtymä (PCOS) on hedelmällisessä iässä olevien naisten yleisin hormonaalinen ongelma. Tyypillisiä PCOS:n oireita ovat munarakkuloiden epäsäännöllisestä kypsymisestä johtuvat kuukautiskierron häiriöt ja miessukuhormonien eli androgeenien liikatuotanto. Hedelmällisyyttä heikentävien oireiden lisäksi PCOS:än liittyy aineenvaihdunnan ongelmia, kuten heikentynyttä sokerinsietoa sekä taipumus rasva-aineenvaihdunnan häiriöihin ja krooniseen tulehdukseen. Tutkimuksessa selvitettiin ikääntymisen ja vaihdevuosien vaikutuksia lisämunuais- ja munasarjaperäiseen androgeenieritykseen 79 PCOS-naisella ja 98 terveellä naisella. Lisäksi tutkittiin eri yhdistelmäehkäisyvalmisteiden antoreittien (suu, iho, emätin) (n=42, terveet naiset, 9 viikkoa) ja atorvastatiinihoidon (n=28, PCOS-naiset, 6 kuukautta) vaikutuksia androgeenitasoihin ja aineenvaihdunnallisiin muuttujiin. Androgeenieritystä tutkittiin lisämunuaisten ja munasarjojen stimulaatiotesteillä ja sokeriaineenvaihdunnan muutoksia suun kautta ja suonensisäisesti tehtävillä sokerirasituskokeilla. Tulehduksellista tilaa mitattiin määrittämällä C-reaktiivisen proteiinin ja pentraksiini-3:n pitoisuuksia. Lisämunuaisten ja munasarjojen androgeenieritys oli PCOS-naisilla lisääntynyt terveisiin naisiin verrattuna, ja ero säilyi vaihdevuosi-iän jälkeen. PCOS-naisilla esiintyi myös enemmän heikentynyttä sokerinsietoa ja kroonista tulehdusta vielä vaihdevuosi-iän jälkeenkin. Hormonaalinen yhdistelmäehkäisy heikensi insuliiniherkkyyttä sekä pahensi pitkäaikaista tulehdusta annostelureitistä riippumatta. Atorvastatiinihoito puolestaan paransi pitkäaikaista tulehdusta sekä rasva-aineenvaihduntaa PCOS-naisilla, mutta huononsi sokerinsietoa ja insuliiniherkkyyttä eikä sillä ollut vaikutusta testosteronitasoihin. Koska poissulkukriteerit olivat tiukat, tutkimuksiin valikoitui varsin terveitä PCOS-naisia. Siitä huolimatta osoittautui, että PCOS:än liittyvä lisääntynyt androgeenituotanto sekä epäedulliset aineenvaihdunnan muutokset jatkuvat vielä vaihdevuosi-iän jälkeen. Hormonaalisen yhdistelmäehkäisyn käytön aikana olisi hyvä seurata sokeriaineenvaihdunnan muutoksia erityisesti niillä naisilla, joilla on kohonnut riski sairastua aikuistyypin diabetekseen. Atorvastatiinihoito huonontaa PCOS-naisilla insuliiniherkkyyttä, minkä vuoksi hoito tulisi aloittaa vain yksilöllisen riskiarvion perusteella.