Abstract Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease and infections potentially contribute to its pathogenesis. Oxidation of LDL (low-density lipoprotein) is a key event in atherogenesis. Lipid peroxidation produces reactive aldehydes such as malondialdehyde (MDA) and MDA-acetaldehyde that form immunogenic adducts on for example LDL particles. This thesis investigated natural IgM antibodies that recognize MDA and MDA-acetaldehyde adducts and bind, through molecular mimicry, to epitopes on oral pathogenic bacteria. In the first study, the induction of cross-reactive IgM antibodies binding to MDA adducts was investigated in mice immunized with periodontopathogen Porphyromonas gingivalis. The effect of immunization on the development of atherosclerosis was analyzed after a high fat diet. Immunization of mice with killed P. gingivalis elevated IgM levels to MDA adducts and reduced atherosclerosis. Mouse monoclonal IgM to MDA modified LDL recognized epitopes on P. gingivalis that were identified as gingipain protease enzyme of this bacterium. The presence of IgM with similar specificity was also demonstrated in human sera. In the second study the effect of immunization with MDA modified LDL in conferring protection against pathogen-accelerated atherosclerosis was investigated. Mice were immunized with MDA modified LDL before challenge with live P. gingivalis. The extent of atherosclerosis after a high fat diet was reduced in immunized mice compared to control groups. Immunized mice had elevated IgM and IgG levels to MDA modified LDL compared to controls. The third study investigated antibody recognition of MDA-acetaldehyde adducts in umbilical cord blood plasma of preterm and full-term newborns. Natural IgM to MDA-acetaldehyde adducts was enriched in umbilical cord blood plasma compared to maternal levels even in preterm neonates. This thesis highlighted the importance of immune recognition of MDA adducts by natural IgM antibodies, and demonstrated that pathogenic bacteria and MDA derived structures are recognized by natural IgM throughout the lifespan. These natural IgM are proposed to modulate the development of chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis and periodontitis. / Tiivistelmä Valtimonkovettumatautiin, eli ateroskleroosiin, liittyy matala-asteinen tulehdustila, ja myös infektiot vaikuttavat taudin ilmentymiseen. LDL:n (low-density lipoprotein) hapettuminen on merkittävä valtimonkovettumataudin syntyä edistävä reaktio. Lipidiperoksidaatio tuottaa reaktiivisia aldehydejä, kuten malonidialdehydiä (MDA) ja MDA-asetaldehydiä, jotka muodostavat immuunijärjestelmän tunnistamia rakenteita esimerkiksi LDL-partikkeleihin. Väitöskirjassa tutkittiin luonnollisia IgM-vasta-aineita, jotka tunnistavat MDA- ja MDA-asetaldehydirakenteita, ja jotka rakenteiden samankaltaisuuden takia sitoutuvat myös parodontiittipatogeenien epitooppeihin. Ensimmäisessä työssä MDA-rakenteisiin sitoutuvien IgM-vasta-aineiden ristireaktiota tutkittiin hiirillä, jotka immunisoitiin Porphyromonas gingivalis parodontiittipatogeenillä. Hiirten immunisoiminen inaktivoidulla P. gingivalis bakteerilla lisäsi IgM-vasta-ainetasoja MDA-rakenteita vastaan ja vähensi valtimonkovettumatautia. MDA-LDL:ään sitoutuva hiiren monoklonaalinen IgM-vasta-aine sitoutui P. gingivalis bakteerin proteiineihin, joiden tunnistettiin olevan osia tämän bakteerin gingipain proteaasientsyymistä. Myös ihmisen seerumista osoitettiin IgM-vasta-aineita, joilla oli samantyyppinen sitoutumisspesifisyys. Toisessa työssä tutkittiin MDA-LDL-immunisaation suojaavaa vaikutusta infektion kiihdyttämän valtimonkovettumataudin synnyssä. Hiiret immunisoitiin MDA-LDL:llä ennen infektiota elävällä P. gingivalis bakteerilla. Valtimonkovettumatauti väheni immunisoiduilla hiirillä rasvaruokinnan jälkeen verrattuna kontrolliryhmiin. Immunisoiduilla hiirillä IgM- ja IgG-vasta-ainetasot MDA-LDL:ää vastaan olivat kohonneet verrattuna kontrolliryhmiin. Kolmannessa työssä tutkittiin, tunnistavatko ennenaikaisten ja täysiaikaisten vastasyntyneiden luonnolliset vasta-aineet MDA-asetaldehydirakenteita. IgM-vasta-aineita MDA-asetaldehydirakenteisiin esiintyi jo ennenaikaisesti syntyneiden napaverinäytteissä. MDA-asetaldehydiin sitoutuvien IgM-vasta-aineiden määrä vastasyntyneillä oli korkeampi verrattuna äiteihin. MDA-rakenteet ovat yksi tärkeä kohde immuunijärjestelmän luonnollisille IgM-vasta-aineille, jotka tunnistavat myös taudinaiheuttajabakteereja. Näillä vasta-aineilla voi olla vaikutusta kroonisten tulehdustautien, kuten valtimonkovettumataudin ja parodontiitin syntymekanismeissa.

Abstract The principal aim of this study was to explore associations between systemic inflammatory status and periodontal inflammation and tissue destruction. The study population consisted of 61 patients with chronic periodontitis, 30 periodontally healthy control subjects, and 80 subjects with type 1 diabetes mellitus (T1DM). The T1DM subjects were periodontally treated and re-examined eight weeks after completion of the treatment. The periodontal measures included plaque, probing depth (PD), bleeding on probing (BOP) and attachment level (AL). The serum levels of interleukin (IL)-6, tumor necrosis factor (TNF)-α, and interleukin (IL)-10, as well as the gingival crevicular fluid (GCF) level of matrix metalloproteinase (MMP)-8 were analyzed using commercially available ELISA assays, and serum high density lipoprotein (HDL) level using direct enzymatic methods. Serum IL-6 level associated significantly with the extent of inflamed periodontal pockets in T1DM subjects. Moreover, serum IL-6 modulated local periodontal inflammation in T1DM patients; periodontal healing turned out to be poorer in subjects with a high level of serum IL-6 than in those with a low level. Serum TNF-α/IL-10 ratio was three times higher in chronic periodontitis patients than in periodontally healthy control subjects. In T1DM subjects a significant inverse association between serum HDL level and the extent of inflamed periodontal pockets was found; subjects with a low serum HDL level presented 50% more inflamed periodontal sites than subjects with a high serum HDL level. A significant association between GCF MMP-8 level in shallow crevices and the extent of periodontal attachment loss in chronic periodontitis patients was observed. In conclusion, we focused on analyzing associations between systemic inflammatory status and periodontal conditions. According to our results, periodontal inflammation/infection is associated with systemic inflammatory status using serum IL-6, TNF-α/IL-10 ratio and HDL as indicators. Also, a high level of MMP-8 in GCF in shallow crevices could be indicative of higher susceptibility to periodontal infection and tissue destruction. / Tiivistelmä Tutkimuksen tavoitteena oli tarkastella hampaiden kiinnityskudosten tulehduksen (pardodontiitti) ja siihen liittyvän inflammaation yhteyttä systeemiseen tulehdustilaan. Tutkimusaineistoon kuului 61 yleistervettä potilasta, joilla oli kohtalaisesti tai pitkälle edennyt parodontiitti, 30 yleistervettä yksilöä, joiden hampaiden kiinnityskudokset olivat terveet/lähes terveet (kontrolliryhmä), sekä 80 tyypin 1 diabetes mellitus (T1DM) potilasta, joilla esiintyi vaihtelevasti parodontiittia. T1DM potilaiden parodontiitti hoidettiin, ja heidät tutkittiin uudelleen kahdeksan viikon kuluttua hoidon päättymisestä. Tutkittavilta tarkastettiin plakin määrä, ientaskujen syvyys, ienverenvuoto ja hampaiden kiinnityskudoksen menetys. Systeemistä tulehdustilaa mitattiin käyttäen seerumin interleukiini (IL)-6, tuumorinekroosifaktori (TNF)-α ja interleukiini (IL)-10 tasoja. Lisäksi määritettiin ientaskunesteen matriksimetalloproteinaasi (MMP)-8 taso. Kaikki edellä mainitut tulehduksen välittäjäainetasot määritettiin käyttäen ELISA-menetelmää. T1DM potilaiden seerumin IL-6 pitoisuuden ja tulehtuneiden ientaskujen määrän välillä vallitsi positiivinen yhteys. Lisäksi havaittiin, että seerumin korkea IL-6 taso heikensi parodontiitin paranemista. T1DM potilailla havaittiin käänteinen yhteys seerumin HDL-pitoisuuden ja tulehtuneiden ientaskujen määrän välillä. Tutkittavilla, joilla seerumin HDL-taso oli matala (<1.35 mmol/l), oli 50 % enemmän tulehtuneita ientaskuja kuin niillä, joilla HDL-taso oli korkea (≥1.35). Parodontiitti-ryhmässä seerumin TNF-α/IL-10 suhde oli kolminkertainen verrattuna kontrolliryhmän vastaavaan ilmentäen voimakkaampaa matala-asteista tulehdusta parodontiitti-potilailla. Matalista (<4 mm) ientaskuista kerätyn ientasunesteen MMP-8 pitoisuuden ja parodontiitin vaikeusasteen välillä vallitsi merkittävä postiivinen yhteys parodontiitti-potilailla. Yhteenvetona, systeemisen tulehdustilan ja hampaiden kiinnityskudosten välillä vallitsee kaksisuuntainen yhteys; toisaalta parodontiitti lisää matala-asteista systeemistä tulehdustilaa ja toisaalta kohonnut systeeminen tulehdustila lisää alttiutta parodontiittiin ja siihen liittyvään inflammaatioon. Lisäksi ientaskunesteen korkea MMP-8 pitoisuus matalissa ientaskuissa voi merkitä lisääntynyttä alttiutta parodontiumin alueen tulehdukselle ja kudostuholle.

Abstract The aim of the present study was to examine associations between serum 25-hydroxyvitamin D [25(OH)D] and 1,25-dihydroxyvitamin D[(1,25(OH)2D]—the circulating and active forms of vitamin D—and periodontal infection. The data were gathered from a case-control study (63 periodontitis patients and 30 periodontally healthy controls) and an intervention study among individuals with type 1 diabetes mellitus (T1DM, 80 patients at the baseline and 65 after periodontal treatment). The periodontal data and the levels of serum 25(OH)D, 1,25(OH)2D and parathyroid hormone (PTH) were available. A third data set included periodontal data and the serum level of 25(OH)D of 1262 non-smoking and non-diabetic 30–49-year-old individuals (Health 2000 Survey). Serum 25(OH)D analyses were done using enzyme-linked immunoassay and radioimmunoassay, 1,25(O)2D analyses using enzyme-immunoassay after purification of 1,25(OH)2D by immunoextraction and PTH analyses using electrochemiluminescence immunoassay. In the case-control study individuals with a low serum 1,25(O)2D level were more likely to belong to the periodontitis group than to the periodontally healthy group and an inverse association was observed between serum 1,25(OH)2D and severity of periodontitis at the baseline of the intervention study. Serum 1,25(OH)2D increased significantly after periodontal treatment in the T1DM patients; a finding that was considered suggestive of a causal relationship between serum 1,25(OH)2D and periodontal infection. Also, serum PTH increased after periodontal treatment; this increase, which was statistically significant (p = 0.016) in patients with moderate or severe periodontitis, may partly account for the earlier observed post-treatment increase in serum 1,25(OH)2D level. Possible explanations for low serum 1,25(OH)2D in periodontal infection may be increased degradation of 1,25(OH)2D, increased use of 1,25(OH)2D, or decreased hydroxylation of 25(OH)D The association between serum 25(OH)D level and periodontal infection was weak, if existent. An inverse association between serum 25(OH)D and the severity of periodontal infection was observed only in the T1DM patients. Among individuals with low plaque level, those in higher 25(OH)D quintiles tended to have fewer teeth with deepened periodontal pockets than those in lower quintiles; a finding which was interpreted to mean a slight protective role of 25(OH)D against periodontal infection. / Tiivistelmä Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää seerumin 25-hydroksivitamiini D:n [25(OH)D, D-vitamiinin varastomuoto] ja 1,25-dihydroksivitamiini D:n [1,25(OH)2D, D-vitamiinin aktiivinen muoto] tasojen yhteyttä parodontiumin alueen infektiosairauksiin. Tulokset perustuvat kolmeen tutkimusasetelmaan: tapaus-verrokki-tutkimus (63 parodontiitti-potilasta, 30 verrokkia), interventio-tutkimus [80 tyypin 1 diabetes mellitus (T1DM) potilasta, joista 65 osallistui seurantaan parodontologisen hoidon jälkeen] ja poikittaistutkimus Terveys 2000 tutkimuksen osa-aineistossa (1262 30-49 vuotiasta tupakoimatonta ei-diabeetikkoa). Tapaus-verrokki- ja interventiotutkimuksissa tutkittiin myös seerumin parathormoonin (PTH) yhteyttä parodontaali-infektioon sekä PTH:n vaikutusta seerumin 1,25(OH)2D tasoon infektion hoidon jälkeen. D-vitamiinin ja PTH:n tasot määritettiin immunologisin menetelmin. Yhteyksiä tutkittiin käyttäen vakioituja monimuuttujamalleja. Tapaus-verrokki-tutkimuksessa yksilöt, joilla seerumin 1,25(OH)2D taso oli alhainen, kuuluivat todennäköisemmin parodontiitti- kuin verrokkiryhmään. Interventiotutkimuksen alkutilanteessa seerumin 1,25(OH)2D:n ja parodontaali-infektion vaikeusasteen välillä vallitsi tilastollisesti merkittävä käänteinen yhteys ja taso nousi merkittävästi infektion hoidon jälkeen. Myös seerumin PTH taso nousi parodontaali-infektion hoidon jälkeen; nousu oli tilastollisesti merkittävä (p = 0.016) pitkälle edennyttä parodontiittia sairastavilla. Interventiotutkimuksen tulokset viittaavat kausaaliseen yhteyteen 1,25(OH)2D:n ja parodontaali-infektion välillä. Alhainen seerumin 1,25(OH)2D pitoisuus infektion vallitessa voi selittyä sen suurella käytöllä immuunipuolustukseen infektion aikana tai lisääntyneellä hajoamisella. Tason nousu hoidon jälkeen tukee edellä mainittua. PTH on 25(OH)D:n hydroksylaation pääsäätelijä ja 1,25(OH)2D:n nousua hoidon jälkeen voi osittain selittää myös seerumin PTH tason kohoaminen. Seerumin 25(OH)D:n ja parodontaali-infektion välillä havaittu yhteys oli heikko, mutta ei täysin sulje pois 25(OH)D:n suojaavaa vaikutusta. Käänteinen yhteys löytyi vain interventiotutkimuksen alkutilanteessa T1DM potilailla. Infektion hoito ei vaikuttanut 25(OH)D tasoon. Terveys 2000 tutkimuksen osa-aineistossa havaittiin hyvän suuhygienian omaavilla jonkin verran alhaisempi määrä syventyneitä ientaskuja ylemmissä kuin alemmissa 25(OH)D kvintiileissä.

Abstract With the growing proportion of older people and increasing use of drugs in this population, it is important to study how drugs affect oral health among older people. The aim of this thesis was to study whether sedative load, which represents cumulative exposure to drugs with sedative properties, is associated with oral health among community-dwelling older people. The focus was on a dry mouth, oral health behavior, dental caries, and infection in the periodontium. In addition, sedative load and anticholinergic burden were compared. The present study population was a subpopulation from an intervention study “Geriatric Multidisciplinary Strategy for Good Care of the Elderly”. The study population consisted of 159 community-dwelling, dentate, and non-smoking people aged 75 or older from the city of Kuopio, Finland. Data were collected with interviews, geriatric assessments, and clinical oral examinations. Sedative load was determined by using a previously published method. The study showed that participants with a sedative load were more likely to have dental caries, but not periodontitis, when compared with participants without a sedative load. Sedative load was associated with decreased stimulated salivary secretion and less strongly with unstimulated salivary secretion but not with xerostomia. The results also showed that sedative load was associated with poor or insufficient oral health behavior. Anticholinergic burden was associated with low unstimulated salivary secretion and xerostomia, but not with low stimulated salivary secretion. In conclusion, cumulative exposure to drugs with sedative properties was associated with insufficient oral self-care and poor oral health. The results from this study emphasize the fact that older people using drugs with sedative properties require thorough prophylaxis measures and regular dental check-ups because of their high risk of having poor oral health. / Tiivistelmä Väestön iäkkäiden henkilöiden osuuden kasvaessa ja heidän lääkkeiden käytön lisääntyessä on tärkeää tutkia, miten lääkkeet vaikuttavat ikääntyneiden suun terveyteen. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää lääkityksestä aiheutuvan sedatiivikuorman (sedative load) vaikutuksia suun terveyteen kotona asuvilla iäkkäillä henkilöillä. Eritoten tutkimuskohteena oli sedatiivikuorman yhteys kuivaan suuhun, suun terveyskäyttäytymiseen, kariekseen sekä hampaiden tukikudosten sairauteen. Lisäksi tutkittiin antikolinergisen kuorman yhteyttä kuivaan suuhun ja tuloksia verrattiin sedatiivikuormaan. Tutkimuspopulaatio oli osa geriatrista Hyvän Hoidon Strategia -interventiotutkimusta (HHS). Populaatio koostui 159 kotona asuvasta 75-vuotiaasta tai sitä vanhemmasta hampaallisesta, ei-tupakoivasta kuopiolaisesta. Tutkimusmateriaali kerättiin haastattelulla, geriatrisella tutkimuksella sekä kliinisellä suun tutkimuksella. Sedatiivikuorma laskettiin käyttäen aiemmin kehitettyä mallia, jossa määritetään kokonaislääkityksestä aiheutuva sedatiivikuorma. Tutkimus osoitti, että osallistujilla, joilla oli sedatiivikuormaa, oli keskimäärin enemmän kariesta muttei hampaiden tukikudoksen sairautta verrattuna henkilöihin, joilla ei ollut sedatiivikuormaa. Tulokset osoittivat myös, että sedatiivikuorma oli yhteydessä alentuneeseen stimuloidun syljeneritykseen ja vähemmässä määrin alentuneeseen leposyljeneritykseen, mutta ei kuivan suun tunteeseen. Antikolinerginen kuorma oli yhteydessä alentuneeseen leposyljeneritykseen ja kuivan suun tunteeseen, mutta ei alentuneeseen stimuloidun syljeneritykseen. Sedatiivikuorma oli yhteydessä puutteelliseen suun terveyskäyttäytymiseen, kuten vähäiseen hammastahnan käyttöön ja suureen plakkimäärään. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että altistuminen väsyttäville lääkkeille on yhteydessä puutteelliseen omahoitoon ja huonoon suun terveyteen. Tämän tutkimuksen tulokset korostavat väsyttäviä lääkkeitä käyttävien ikääntyneiden tarvitsevan perusteellisia ennaltaehkäiseviä toimia sekä säännöllisiä suun tutkimuksia, koska heillä on suurentunut riski huonoon suun terveyteen.