Abstract Deficiency of pulmonary surfactant is the main cause of respiratory distress syndrome (RDS) in premature newborn infants, which is often complicated by chronic lung disease (CLD). Preterm birth is often associated with intra-amniotic infection (IUI), which is characterized by increased proinflammatory cytokines, such as interleukin-1 (IL-1) and tumor necrosis factor-α (TNF-α), in the amniotic fluid. In very preterm birth due to IUI, the incidence of RDS is decreased, while the incidence of CLD is increased. Maternal glucocorticoids are used in imminent preterm birth to prevent RDS. This study was designed to clarify the contrasting association of these perinatal pulmonary diseases with IUI and the pathogenesis of these lung diseases using an in vitro rabbit model. IL-1 increased the expression of surfactant protein (SP)-A and SP-B in very immature lung. Contrariwise, in transitional and mature fetal lung as well as in newborn lung, IL-1 additively with TNF-α decreased the expression of SP-B and SP-C. Bacterial lipopolysaccharide (LPS) decreased SP-A, -B and -C mRNAs in mature fetal and newborn lung, but had no effect on SP expression in immature lung. Interferon-γ (IFN-γ) had no effect on SP expression at any gestational age, but it modified the effects of the other cytokines. Dexamethasone (Dx) and IL-1 in combination additively increased SP-A and SP-B mRNAs in immature lung. Dx abolished the inhibitory effect of IL-1 on SP-B and SP-C in mature lung. Dx and IL-1 together tended to stabilize SP mRNAs. The present findings provide additional evidence of the role of the transcription factors nuclear factor-κB (NF-κB) and C/CAAT enhancer-binding protein δ (C/EBPδ) in the upregulation of SP-A by IL-1 in immature lung. Proinflammatory cytokines profoundly influence the expression of surfactant proteins in a manner that is strictly dependent on the length of gestation. The present findings help to explain the differences in the incidence of RDS and CLD in preterm births caused by IUI, and they may clarify further the role of surfactant in the pathogenesesis of lung diseases in neonatal infants. / Tiivistelmä Keuhkosurfaktantin puute aiheuttaa ennenaikaisesti syntyville keskosille vastasyntyneen hengitysvaikeusoireyhtymää eli RDS-tautia (Respiratory Distress Syndrome). Toinen keskosilla esiintyvä keuhkosairaus on krooninen keuhkosairaus eli CLD (Chronic Lung Disease). Glukokortikoideja käytetään hoitona ennenaikaisen synnytyksen uhatessa, koska niiden tiedetään vähentävän RDS-taudin riskiä. Kohdunsisäinen infektio on huomattava ennenaikaisen synnytyksen aiheuttaja. Infektiossa tulehduksen välittäjäaineet, kuten sytokiinit interleukiini-1 (IL-1) ja tuumorinekroositekijä alfa (TNF-α) lisääntyvät lapsivedessä. Infektiosta aiheutunut ennenaikainen synnytys vähentää RDS-taudin ilmaantumista pienille keskosille ja toisaalta lisää kroonisen keuhkosairauden riskiä. Tutkimuksen oli tavoitteena selvittää, miksi RDS ja CLD ilmaantuvat eriävästi infektion vuoksi ennenaikaisesti syntyneille vauvoille. Viljelemällä eri-ikäisten kanin sikiöiden sekä vastasyntyneiden kanin poikasten keuhkon kappaleita tutkittiin tulehduksen välittäjäaineiden sekä anti-inflammatorisen glukokortikoidin (deksametasonin) vaikutusta surfaktantin toiminnalle tarpeellisten surfaktanttiproteiinien (SP) ilmentymiseen. IL-1 lisäsi SP-A:n ja SP-B:n ilmentymistä erittäin epäkypsässä kanin sikiön keuhkossa. Toisaalta IL-1 ja TNF-α vähensivät SP-B:n ja SP-C:n ilmentymistä kypsemmässä sikiön sekä vastasyntyneen kanin keuhkossa. Interferoni-gamma (IFN-γ) ei vaikuttanut surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen missään gestaatioiässä, mutta se muunsi muiden sytokiinien surfaktanttivaikutusta. Gram-negatiivisten bakteerien soluseinän tuote, lipopolysakkaridi (LPS) vähensi SP-A:n, SP-B:n ja SP-C:n ilmentymistä kypsässä kanin sikiön ja vastasyntyneen kanin keuhkossa. IL-1:llä ja deksametasonilla oli positiivinen yhteisvaikutus surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen. Tämän surfaktanttiproteiineja lisäävän vaikutuksen mekanismiksi havaittiin pääasiallisesti lisääntynyt mRNA:n stabiliteetti. Lisäksi tutkimus antaa lisätietoa kahden transkriptiofaktorin, NF-κB:n (nuclear factor kappa B) ja C/EBPγ:n (C/CAAT enhancer binding protein delta), osuudesta IL-1:n aiheuttamassa SP-A:n ilmentymisen lisääntymisessä. Sytokiinien vaikutukset surfaktanttiproteiinien ilmentymiseen ovat riippuvaisia gestaatioiästä. Tutkimuksen löydökset auttavat ymmärtämään RDS:n ja CLD:n vastakohtaista esiintymismäärää keskosilla, joiden ennenaikainen synnytys on aiheutunut kohdunsisäisestä tulehduksesta. Edelleen tutkimus selittää glukokortikoidien positiivista vaikutusta hengitysvajaukseen johtavassa keuhkotulehduksessa.

Abstract Advances over the past few decades in ante- and neonatal care have led to the survival of a growing number of premature infants of extremely low gestational age. However, the occurrence of serious diseases, particularly those affecting the most immature infants, remains high. Bronchopulmonary dysplasia (BPD), a chronic lung disease of premature infants, is one such disease. Our current understanding of the molecular pathogenesis of BPD is incomplete; consequently, there are few preventive and therapeutic options for BPD. Moreover, it is challenging to predict the risk of BPD. Previous studies of BPD in twins revealed that the heritability of BPD is quite high. However, the individual genes that predispose premature infants to BPD are largely unknown. The aim of this study was to identify and study genes associated with BPD in order to investigate its pathogenesis. An additional aim was to add to knowledge of the risk of BPD in newborn premature infants, with an emphasis on twins. A candidate gene study found no consistent association between common polymorphisms of vascular endothelial growth factor receptor 2 and BPD. A second candidate gene study noted an association between the gene encoding Kit ligand and BPD. A genome-wide association study found a suggestive association between a locus close to the gene encoding C-reactive protein (CRP) and BPD, and in subsequent analyses, plasma levels of CRP during the first week of life predicted BPD. Finally, a nationwide register study found that the risk of BPD was lower in twins than in singletons. The results of this study add to what is known of the genetics and pathogenesis of BPD. They also provide new data on the risk of BPD, which may be used to improve early identification of infants for whom the risk of developing BPD is high. / Tiivistelmä Ennenaikaisen syntymän ja keskoslasten hoidon kehittymisen myötä yhä useammat huomattavan epäkypsinä syntyneet lapset jäävät henkiin. Samalla erityisesti juuri näitä lapsia uhkaavien sairauksien esiintyvyys on pysynyt korkeana. Bronkopulmonaalinen dysplasia (BPD, keskosen krooninen keuhkosairaus) on yksi näistä sairauksista. BPD:n molekyylitasoinen tautimekanismi on vielä osin tuntematon, eikä BPD:tä tehokkaasti estävää tai siitä parantavaa hoitoa ole. Myös BPD riskin arvioiminen vastasyntyneen keskoslapsen kohdalla on vaikeaa. BPD on huomattavan perinnöllinen tauti. BPD:lle altistavista geeneistä on kuitenkin vasta vähän tietoa. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli lisätä tietoa BPD:n tautimekanismista tutkimalla BPD:lle altistavia geenejä. Lisäksi tutkimuksessa tarkasteltiin BPD:n esiintyvyyttä ja syntymää edeltäviä riskitekijöitä erityisesti kaksosten osalta. Ehdokasgeenitutkimuksessa verisuonten endoteelikasvutekijää koodaava geeni ei assosioitunut toistuvasti BPD:hen. Kit ligandia koodaava geeni sen sijaan assosioitui. Koko genomin assosiaatiotutkimuksessa C-reaktiivista proteiinia (CRP) koodaavan geenin lähistöltä löydettiin BPD:hen mahdollisesti assosioituva alue. Lisäksi ensimmäisen viikon CRP-arvojen osoitettiin ennakoivan myöhemmin kehittyvää BPD:tä. BPD-riskin todettiin olevan matalampi kaksi- kuin yksisikiöisistä raskauksista syntyneillä lapsilla. Tutkimuksen tulokset lisäävät tietoa BPD:n perinnöllisyydestä ja sitä kautta BPD:n tautimekanismista. Tutkimus toi myös uutta tietoa BPD:n riskitekijöistä parantaen vastasyntyneen keskoslapsen BPD-riskin arviota.