Abstract The aim of this study was to investigate the nature of the association between obesity and periodontal infection and the association of statin medication with periodontal infection. This study was based on the nationally representative Health 2000 Survey, conducted by the National Institute for Health and Welfare (former National Public Health Institute of Finland) in 2000–2001. Article I included 396 dentate, non-diabetic subjects, aged 30–59 years, who had never smoked and who participated in the Follow-up Study on Finnish Adults’ Oral Health about four years later. Article II included 2,784 dentate, non-diabetic subjects, aged 30–49 years. Article III included 425 dentate, non-diabetic, non-rheumatic subjects, aged 45–64 years, who had never smoked and who participated in the in-depth examinations of the Health 2000 Survey. Article IV included 1,297 dentate, non-diabetic subjects, aged 30–49 years, who had never smoked. Article V included 2,032 dentate, non-diabetic, non-rheumatic subjects, aged 40–69 years, who did not smoke. The data used in this study were collected via home-visit interviews, self-administered questionnaires, clinical health examinations and laboratory measurements. In this general population of Finnish adults, high BMI was found to be associated with the incidence of new teeth with pathologically deepened periodontal pockets during four-year follow-up. On the other hand, the presence of teeth with deepened periodontal pockets was found to be associated with obesity in an exposure-response manner. Serum IL-6 levels were found to be associated with the number of teeth with deepened periodontal pockets, but no consistent association was found between serum TNF-α, triglyceride, HDL-C or LDL-C levels and periodontal infection. Statin medication was found to be inversely associated with the number of teeth with deepened periodontal pockets among subjects with visible signs of gingival inflammation, whereas among subjects with no signs of inflammation, statin medication was associated with an increased likelihood of having periodontal infection. The results of this study support the view that obesity could be causally related to the development of periodontal infection, but does not provide evidence that high body weight could be considered a major risk factor. The present study also suggests that a bi-directional association between obesity and periodontal infection is possible. The present study suggests that elevated serum IL-6 could mediate the association of obesity with periodontal infection. The results of this study also suggest that statins could be beneficial as a part of periodontal treatment. / Tiivistelmä Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää lihavuuden ja parodontaali-infektion välisen yhteyden luonnetta sekä statiinien käytön yhteyttä parodontaali-infektioon. Tutkimus perustui kansalliseen Terveys 2000 -tutkimukseen, jonka toteutti Terveyden ja hyvinvoinnin laitos (entinen Kansanterveyslaitos) vuosina 2000 ja 2001. Artikkeli I perustui 396 hampaalliseen henkilöön, jotka olivat ei-diabeetikkoja, 30–59-vuotiaita, eivät koskaan olleet tupakoineet sekä olivat osallistuneet suunterveyden seurantatutkimukseen neljä vuotta myöhemmin. Artikkeli II perustui 2784 hampaalliseen henkilöön, jotka olivat ei-diabeetikkoja, 30–49-vuotiaita eivätkä olleet koskaan tupakoineet. Artikkeli III perustui 425 hampaalliseen henkilöön, joilla ei ollut diabetesta tai reumaa, olivat 45–64-vuotiaita, eivät koskaan olleet tupakoineet ja olivat osallistuneet Terveys 2000 -tutkimuksen täydentäviin tutkimuksiin. Artikkeli IV perustui 1297 hampaalliseen henkilöön, jotka olivat ei-diabeetikkoja, 30–49-vuotiaita eivätkä olleet koskaan tupakoineet. Artikkeli V perustui 2032 hampaalliseen henkilöön, jotka olivat ei-diabeetikkoja, ei-reumaatikkoja, 40–69-vuotiaita, jotka olivat hampaallisia eivätkä tupakoineet. Tutkimuksen aineisto kerättiin kotihaastattelusta, kyselyistä, kliinisestä tutkimuksesta sekä laboratoriomittauksista. Korkean painoindeksin todettiin olevan yhteydessä uusien ientaskuhampaiden ilmaantumiseen seurannan aikana. Toisaalta ientaskuhampaiden esiintymisen todettiin olevan yhteydessä lihavuuteen altistus-vastesuhteen mukaisesti. Seerumin IL-6 pitoisuuden todettiin olevan yhteydessä ientaskuhampaiden lukumäärään, mutta seerumin TNF-α-, triglyseridi-, LDL-kolesteroli- tai HDL-kolesterolipitoisuudella ei todettu yhteyttä ientaskuhampaiden lukumäärään. Statiinien käytön todettiin olevan käänteisesti yhteydessä ientaskuhampaiden lukumäärään henkilöillä, joilla oli näkyviä merkkejä ikenen inflammaatiosta. Henkilöillä, joilla ei ollut näkyviä merkkejä inflammaatiosta, statiinien käyttö oli yhteydessä suurentuneeseen todennäköisyyteen ientaskuhampaiden esiintymiseen. Tämän tutkimuksen tulokset tukevat käsitystä, että lihavuus voi olla kausaalisesti yhteydessä parodontaali-infektion kehittymiseen, mutta ei puolla käsitystä, että sitä voitaisiin pitää merkittävänä riskitekijänä. On myös mahdollista, että lihavuuden ja parodontaali-infektion välillä on kaksisuuntainen yhteys. Tämän tutkimuksen tulosten mukaan on mahdollista, että kohonnut seerumin IL-6 pitoisuus voi välittää lihavuuden yhteyden parodontaali-infektioon. Tutkimuksen tulosten mukaan on myös mahdollista, että statiineista voi olla hyötyä osana parodontaalihoitoa.

Abstract Patients with type 2 diabetes (T2D) are at a greater risk of some cancer types, possible together with worse prognosis. Various types of antidiabetic medication have been reported to have different relationships to cancer prognosis. Metformin seems to reduce mortality in some forms of cancer and it has effects on cell cycle arrest and apoptosis in vitro. T2D is a risk factor of coronary heart disease, which is widely treated with statins. Statins are associated with both reduced incidence and better prognosis in some cancers. Epidemiological studies on the associations between metformin and statin use and breast and ovarian cancer have reported inconclusive results. The aim of the present epidemiological study was to find out whether metformin and statin use are associated with reduced incidence and mortality in ovarian and/or breast cancer. The source population for the study was drawn from the Finnish nationwide diabetes database (FinDM; n = 244,322), supplemented with other Finnish registry data. The data from FinDM was combined with data from the Finnish Cancer Registry. The use of metformin and/or statins was found not to be associated with the incidence of either ovarian (n=303) or breast cancer (n=2,300) in women with type 2 diabetes. The use of insulin seemed to be associated with a higher incidence of breast cancer. Metformin use was not observed to be associated with mortality from ovarian or breast cancer but mortality from other causes seemed to be lower in breast cancer patients among metformin users compared with the users of other types of oral antidiabetic medication. Prediagnostic statin use seemed to be associated with decreased mortality from breast cancer and other causes in breast cancer patients, but in ovarian cancer, an association with reduced mortality was seen only in connection with ovarian cancer itself. On the basis of our study results, it would not be reasonable to initiate metformin or statin treatment solely in order to avoid ovarian or breast cancer development in a woman with T2D. However, the results suggest that tailoring of glycaemic and hypercholesterolaemia treatment might have far-reaching consequences to both cancer development and survival. / Tiivistelmä Tyypin 2 diabetesta sairastavilla potilailla on yleensä suurentunut riski sairastua maksa-, haima- ja suolistosyöpiin, ja tämä heikentää ainakin näiden syöpien ennustetta. Diabeteslääkkeillä on todettu olevan toisistaan poikkeava vaikutus syöpäennusteeseen. Metformiini vaikuttaa alentavan kuolleisuutta, ja solutöissä sillä on todettu olevan vaikutuksia solusyklin pysähtymiseen ja ohjelmoituun solukuolemaan. Tyypin 2 diabetes on riskitekijä sydän- ja verisuonisairauksiin, ja sen vuoksi diabetespotilaiden hoitoon kuuluu usein kolesterolia alentavat statiinit. Statiinien käyttö on yhdistetty joidenkin syöpäsairauksien vähenemiseen ja niiden parempaan ennusteeseen. Epidemiologiset tutkimukset metformiinin ja statiinien käytön välisestä yhteydestä munasarja- ja rintasyöpiin ovat kuitenkin epäyhtenäisiä. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko metformiinin ja statiinien käytöllä yhteyttä munasarja- ja rintasyöpätapausten vähenemiseen ja niiden paranemisennusteeseen. Lähdeaineistona on käytetty erilaisia suomalaisia rekistereitä yhdistävää kansallista diabetes-tietokantaa (FinDM; n = 244 322), jonka tiedot on yhdistetty Suomen Syöpärekisteriin. Metformiinin ja statiinien käytöllä ei todettu olevan yhteyttä munasarjasyövän (n = 303) tai rintasyövän (n = 2 300) ilmaantuvuuteen tyypin 2 diabetesta sairastavilla naisilla. Insuliinin käytöllä oli sen sijaan yhteys korkeampaan rintasyövän ilmaantuvuuteen. Metformiinin käytöllä ei todettu olevan yhteyttä munasarja- tai rintasyöpäkuolleisuuteen. Rintasyöpää sairastavilla naisilla muista syistä johtuva kuolleisuus oli metformiinin käyttäjillä kuitenkin matalampaa verrattaessa muihin suun kautta otettavien diabeteslääkkeiden käyttäjiin. Ennen syöpädiagnoosia aloitettu statiinien käyttö vaikutti vähentävän kuolleisuutta sekä rintasyöpään että muihin syihin rintasyöpäpotilailla. Munasarjasyövän suhteen yhteys todettiin ainoastaan munasarjasyöpäkuolleisuudessa. Tutkimuksemme mukaan ei ole perusteltua aloittaa metformiinia tai statiineja tyypin 2 diabetesta sairastavalle naiselle pelkästään ehkäisemään munasarja- tai rintasyöpää. Kuitenkin tutkimuksemme osoittaa, että niin diabetes- kuin kolesterolilääkitykselläkin voi olla yhteyttä sekä syövän kehittymiseen että paranemisennusteeseen.

Abstract Endometrial cancer (EC) is the fifth most common female cancer worldwide and its incidence is increasing. The prognosis of EC is fairly good. Histologically, ECs are categorized into endometrioid and non-endometrioid subtypes. Lately, the idea of repurposing existing medications for the prevention and co-treatment of EC has evoked interest in the scientific community. The results of preclinical studies involving various forms of antidiabetic medication (ADM) such as metformin, or cholesterol-lowering statins have been promising. In the previous epidemiological studies, the results of metformin and/or statin use and the risk and prognosis of EC have indicated either neutral or beneficial effects. At least some of these studies have several limitations, including a potential for several types of bias, and missing information on the dose and timing of medication, cancer-specific mortality or the histology of EC. The aim of this study was to find reliable further evidence on whether the use of metformin or statins could have beneficial effects on the risk and prognosis of EC in women with type 2 diabetes (T2D). Endometrioid and non-endometrioid EC were analyzed separately based on data from the Finnish Cancer Registry (FCR). In our study cohort of 92 366 women obtained from a nationwide diabetes database (FinDM) (1996 to 2011), the incidence rates of endometrioid (n = 590 cases) and non-endometrioid (n = 57 cases) EC were not found to differ between metformin users and users of other forms of oral ADM when adjusted for age, duration of T2D and use at any time of other forms of medication under study. We found insufficient evidence that metformin affects the prognosis of patients diagnosed with endometrioid (n = 1215) or non-endometrioid (n = 105) EC (1998 to 2011) after adjusting for year, age and stage at diagnosis of EC, and duration of T2D. However, in patients with endometrioid EC, mortality from other (predominantly cardiovascular) causes of death was decreased in metformin users compared with users of other types of oral ADM. Despite promising preclinical data, we were not able to confirm a beneficial effect of metformin use on the risk or prognosis of EC in women with T2D. In statin users, a lower risk of both EC subtypes and reduced cancer-specific mortality from non-endometrioid EC were observed. / Tiivistelmä Kohdun runko-osan syöpä on naisten viidenneksi yleisin syöpä, ja todettujen tapauksien määrä kasvaa. Syövän paranemisennuste on melko hyvä. Histologisesti syöpä jaetaan endometrioidi-muotoon ja ei-endometrioidi -muotoon. Alun perin muihin tarkoituksiin kehitettyjen lääkkeiden käyttö kohdun runko-osan syövän ehkäisyssä ja hoitoyhdistelmissä on ollut viime aikoina tieteellisen mielenkiinnon kohteena. Prekliinisten tutkimusten tulokset diabeteslääke metformiinin ja hyperkolesterolemian hoitoon käytettyjen statiinien osalta ovat olleet lupaavia. Aiemmissa epidemiologisissa tutkimuksissa metformiinin tai statiinien käytön vaikutukset kohdun runko-osan syövän riskiin ja ennusteeseen ovat olleet vaihtelevia. Osassa tutkimuksista on ollut ongelmia liittyen tilastollisten harhojen riskiin, puutteellisiin tietoihin lääkityksen kestosta ja kumulatiivisista annoksista sekä spesifisestä syöpäkuolleisuudesta ja syövän histologiasta. Kansalliseen diabetestietokantaan (FinDM) perustuvan tutkimuksemme tavoitteena oli selvittää, onko metformiinin tai statiinien käytöllä (Kelan lääkekorvaustilastot) kohdun runko-osan syövän riskiä vähentävää tai ennustetta parantavaa vaikutusta tyypin 2 diabetesta sairastavilla naisilla. Endometrioidit-syövät ja ei-endometrioidit -syövät analysoitiin erikseen Suomen Syöpärekisterin tietoihin perustuen. Kohortissamme (n = 92 366) ei todettu eroa endometrioidin (n = 590) tai ei-endometrioidin (n = 57) kohdun runko-osan syövän ilmaantuvuudessa metformiinia tai muita oraalisia diabeteslääkkeitä käyttävien naisten välillä (1996-2011), kun ikä, diabeteksen kesto ja muiden lääkitysten käyttö vakioitiin. Emme löytäneet näyttöä metformiinin käytön yhteydestä syöpäkuolleisuuteen endometrioidissa (n = 1 215) tai ei-endometrioidissa (n = 105) alatyypeissä verrattuna muihin diabeteslääkityksiin (1998-2011), kun ikä, syövän diagnoosivuosi ja levinneisyys sekä diabeteksen kesto vakioitiin. Endometrioidiin syöpään sairastuneilla metformiinia käyttävillä naisilla muu, valtaosalla sydän- ja verisuonitautiperäinen, kuolleisuus oli vähentynyt verrattuna muiden oraalisten diabeteslääkkeiden käyttäjiin. Aiemmista lupaavista tutkimustuloksista huolimatta emme todenneet metformiinilla olevan edullisia vaikutuksia kohdun runko-osan syövän kannalta. Statiinien käyttöön liittyi vähentynyt tämän syövän riski sekä vähentynyt syöpäkuolleisuus ei-endometrioidissa alatyypissä.

Abstract Cardiovascular diseases are the leading cause of death worldwide and type 2 diabetes is reaching a global epidemic. Epidemiological studies have identified numerous risk factors and pharmacotherapies in relation to these cardiometabolic diseases. However, the detailed molecular mechanisms of these risk factors and drug therapies generally remain incompletely understood. Elucidating the underlying molecular effects would be essential for better understanding of the disease pathogenesis and also for discovering new therapeutic targets. Quantitative serum metabolomics, which allows for simultaneous quantification of multiple circulating metabolic measures, provides a hypothesis-free approach to systematically inspect the metabolic changes in response to endogenous and exogenous stimuli. Metabolomics thus presents a valuable tool to study the detailed molecular effects of disease risk factors and drug therapies. However, current metabolomics studies are mostly conducted in small cross-sectional studies and the causal relations of the risk factors on the metabolic measures are generally unclear, providing limited public health impact. The present thesis serves as a proof-of-concept to illustrate that well-designed observational studies can be used to infer causality. With the exemplars of assessing molecular effects of two risk factors (body mass index and sex hormone-binding globulin) and two drug therapies (statins and oral contraceptives), the thesis demonstrates that an improved causal inference can be achieved in observational studies via the combination of multiple study designs, including cross-sectional, longitudinal and Mendelian randomization analysis. This robust study design approach together with metabolomics data can be also extended to study the molecular effects of other risk factors and drug therapies. With an improved molecular understanding of a wide range of risk factors and therapies, better understanding of disease pathogenesis is ensured. / Tiivistelmä Sydän- ja verisuonitaudit ovat johtava kuolinsyy maailmassa ja tyypin 2 diabetes on saavuttamassa globaalin epidemian mittasuhteet. Epidemiologiset tutkimukset ovat löytäneet useita riskitekijöitä ja lääkehoitoja edellä mainituille yleisille taudeille. Tyypin 2 diabetekseen ja sydän- ja verisuonitauteihin liittyvät yksityiskohtaiset molekylaariset mekanismit ymmärretään kuitenkin puutteellisesti. Molekylaaristen yksityiskohtien tarkempi ymmärtäminen olisi siten erittäin merkittävää sekä tautiprosessien ymmärtämiseksi että lääkehoitojen kehittämiseksi. Seerumin kvantitatiivinen metabolomiikka mahdollistaa useiden metabolisten suureiden samanaikaisen määrittämisen verenkierrosta ja tarjoaa siten hypoteesittoman lähestymistavan sekä sisäisten että ulkoisten ärsykkeiden aiheuttamien metabolisten muutosten systemaattiseen tutkimukseen. Metabolomiikka on siten arvokas työkalu yksityiskohtaisten molekylaaristen mekanismien tutkimuksessa, olipa kyseessä taudin riskitekijät tai lääkehoito. Metabolomiikkatutkimuksia on kuitenkin pääasiassa tehty pienissä poikittaistutkimuksissa ja riskitekijöihin liittyvien metabolisten suureiden syy- ja seuraussuhteet ovat yleisesti epäselviä, josta johtuen metabolisten suureiden kansanterveydellinen sovellettavuus on ollut heikkoa. Tämä väitöskirja esittelee tutkimuskonseptin hyvin suunniteltujen havaintotutkimuksien soveltamiseksi syy- ja seuraussuhteiden arvioinnissa. Työ sisältää esimerkit kahden riskitekijän (painoindeksi ja sukupuolihormoneja sitova globuliini) ja kahden lääkehoidon (statiinit ja ehkäisypillerit) molekylaaristen vaikutusten kausaalisista tutkimuksista. Tulokset havainnollistavat, että kausaalisten johtopäätösten luotettavuutta voidaan parantaa yhdistämällä useita tutkimusasetelmia, kuten poikittais- ja pitkittäistutkimuksia sekä Mendelististä satunnaistamista. Esitettyjä luotettavia tutkimusasetelmia, yhdessä metabolomiikkadatan kanssa, voidaan laajentaa muiden riskitekijöiden ja lääkehoitojen molekylaaristen vaikutusten tutkimuksiin. Parantunut molekyylitason ymmärrys useista riskitekijöistä ja lääkehoidoista johtaa myös parempaan tautiprosessien ymmärtämiseen.

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.