Inflammation-induced atherogenesis, liver alterations, and cardiovascular outcome

Abstract

Cardiovascular diseases, which presently are considered inflammatory diseases, affect millions of people worldwide. Chronic infections may contribute to the systemic inflammation suggested to increase the risk for cardiovascular diseases. Such chronic infections are periodontitis and Chlamydia pneumoniae infection. They are highly prevalent as approximately 10% of adult population and 30% of people over 50 years old are affected by severe periodontitis and 70-80% of elderly people are seropositive for C. pneumoniae.

Our general aim was to investigate the role of infection and inflammation in atherosclerosis both in animal and human studies. We aimed to determine how the two pathogens alter the atherosclerosis-associated parameters, and how they affect the liver inflammation and lipid composition. Furthermore, we evaluated the association between matrix metalloproteinase-8 (MMP-8), a proteinase playing a major role in inflammation, and the future cardiovascular diseases (CVD) events in a population-based cohort.

For the animal experiments, we used atherosclerosis-susceptible apolipoprotein E deficient (apoE-/-) mice. They were kept in germ free conditions and fed with a normal chow diet. The bacteria were administered either intravenously (A. actinomycetemcomitans) or intranasally (C. pneumoniae). Several factors were determined from serum as well as from aortic and hepatic tissues. We also determined how cholesterol efflux, a major event in the removal of excess cholesterol from the tissues, and endothelial function were affected by these pathogens. In the human study, serum MMP-8 and its tissue inhibitor (TIMP-1) concentrations were measured and their associations during the follow-up time of 10 years with CVD events were determined.

An infection with A. actinomycetemcomitans increased concentrations of inflammatory mediators, MMP production, and cholesterol deposit in macrophages, decreased lipoprotein particle size, and induced liver inflammation. C. pneumoniae infection also elicited an inflammatory response and endothelial dysfunction, as well as induced liver inflammation, microvesicular appearance and altered fatty acid profile. In the population-based cohort, men with increased serum MMP-8 concentration together with subclinical atherosclerosis (carotid artery intima media thickness > 1mm) had a three-fold increased risk for CVD death during the follow-up.

The results show that infections with A. actinomycetemcomitans and C. pneumoniae induce proatherogenic changes, as well as affect the liver. These data therefore support the concept that common infections have systemic effects and could be considered as cardiovascular risk factors. Furthermore, our data indicate that, as an independent predictor of fatal CVD event, serum MMP-8 could have a clinical significance in diagnosing cardiovascular diseases.

Vaikka sydän- ja verisuonisairauksien hoitokeinot ovat parantuneet merkittävästi, ne ovat suomalaisten yleisin kuolinsyy. Edelleen tarvitaan uusia diagnoosimenetelmiä, joilla tunnistettaisiin kuolemaan johtavat infarktit. Nykyään sydän- ja verisuonisairauksia ei enää pidetä pelkästään kolesterolinkertymäsairauksina, vaan tulehduksella on merkittävä rooli niiden patogeeneesissä. On edelleen selvittämättä, miten tulehdusreaktio syntyy suonen seinämään ja miten sitä ylläpidetään. Tulehdustekijöinä voivat toimia krooniset infektiosairaudet, joista tunnetuin on keuhkoklamydia (Chlamydia pneumoniae). Toinen yleinen sydäntautiriskiin yhdistetty bakteeri-infektio, joka ylläpitää yleistulehdusta, on parodontiitti eli hampaiden kiinnityskudostulehdus. Terveys2000–tutkimuksen mukaan parodontiitin lieviä muotoja sairastaa 64 % suomalaisesta aikuisväestöstä; vakavampia tautimuotoja esiintyy 21 %:lla. Yhtä taudin aggressiivisen muodon aiheuttajabakteeria, Aggregatibacter actinomycetemcomitansia, voidaan löytää 20 %:lla suomalaisista aikuisista. Myös keuhkoklamydia on hyvin yleinen; 70-80 % suomalaisesta vanhusväestöstä on vasta-ainepositiivisia tälle hengitystieinfektioiden aiheuttajalle.

Väitöskirjassa on tutkittu tulehduksen, erityisesti A. actinomycetemcomitansin ja C. pneumoniaen, merkitystä valtimonkovettumataudissa eli ateroskleroosissa sekä ihmis- että hiiritutkimuksin. Selvitimme väestöpohjaisessa aineistossa tulehduksen alkuvaiheessa ilmenevien proteiinien yhteyttä 10 vuoden seurannan aikana rekisteröityihin sydän- ja verisuonitautitapahtumiin.

Hiirikoetulokset osoittivat, että A. actinomycetemcomitans –infektio kohottaa elimistön tulehdusvälittäjäainepitoisuuksia, rasvan kerääntymistä soluihin ja tulehdusta maksassa. Myös keuhkoklamydia aiheutti yleisen tulehdusreaktion, heikensi verisuonten toimintaa sekä lisäsi maksan tulehdusta ja rasvoittumista. Seurantatutkimus puolestaan osoitti, että miehillä, joilla oli korkea seerumin matriksin metalloproteinaasi-8-pitoisuus (MMP-8) sekä merkkejä alkavasta ateroskleroosista, oli yli 3-kertainen riski kuolla sydäninfarktiin.

Väitöskirjan tulokset osoittavat ensimmäistä kertaa, että seerumin kohonnut MMP-8 pitoisuus on kliinisesti merkittävä kuolemaan johtavien sydäninfarktien merkkiaine. Väitöskirja osoittaa myös ensimmäistä kertaa, että parodontiittia aiheuttava bakteeri altistaa sydän- ja verisuonisairauksille vaikuttamalla sekä suoraan kohde-elimiin että ylläpitämällä yleistulehdusta ja että keuhkoklamydia edesauttaa rasvamaksan syntymistä. Näin ollen näitä yleisiä bakteeri-infektioita voidaan pitää sydän- ja verisuonisairauksien merkittävinä riskitekijöinä ja niiden seulonnalla voisi olla mittava kansanterveydellinen merkitys.