Lipopolysaccharide: a Link between Periodontitis and Cardiometabolic Disorders

Other literature type English OPEN
Kallio, Elisa (2014)
  • Publisher: University of Helsinki
  • Subject: hammaslääketiede
    mesheuropmc: lipids (amino acids, peptides, and proteins)

Periodontitis is characterized by an inflammatory response to bacterial infection in the supporting tissues of the teeth. The disease manifests with gingival swelling and bleeding, increased periodontal pocket depth, and alveolar bone loss. Intact bacteria or bacterial products, including lipopolysaccharide (LPS), may enter the bloodstream through inflamed periodontal tissue or via saliva. Bacterial dissemination, further potentiated by gastrointestinal microbiota, may result in endotoxemia and low-grade inflammation. The general aim of this thesis research was to investigate whether LPS links periodontitis with cardiometabolic disorders. The following topics were studied: genetic factors associated with the susceptibility to periodontitis, the systemic effects of endotoxemia induced by periodontitis and cardiometabolic disorders, as well as the influence of periodontal treatment on plasma LPS activity and lipoprotein composition. A study of genetic polymorphisms of the human major histocompatibility complex region demonstrated that a haplotype comprising six SNPs of the BAT1, NFKBIL1, and LTA genes was associated with the risk of having periodontitis. The risk haplotype showed an association with bleeding on probing, probing pocket depth ≥6 mm, and severe periodontitis, and the result was replicated in two different study populations with concordance. In addition, the serum lymphotoxin-α (LTA) concentration was associated with LTA SNPs of the risk haplotype in homozygous patients, and LTA was expressed in the inflamed periodontal tissue. The systemic effects of the periodontitis-derived endotoxemia were investigated before and after periodontal treatment. In the serum of periodontitis patients, LPS was associated with the proatherogenic very low-density lipoprotein intermediate-density lipoprotein (VLDL-IDL) fraction. Although local healing of the periodontium was successful, the systemic inflammation status of the patients failed to improve after periodontal treatment, reflecting the complexity and persistence of the disease. There were no significant changes in plasma LPS activity or its distribution among lipoprotein classes after periodontal treatment. However, the VLDL of patients with severe periodontitis induced higher expression of proinflammatory cytokines in macrophages when compared with VLDL derived from patients with moderate periodontitis. In addition, VLDL isolated from patients with severe periodontitis with suppuration contained more LPS and induced higher cholesterol uptake in macrophages. The effect of nutrient intake on the association of serum LPS activity with cardiometabolic disorders was examined in a population-based cohort. Endotoxemia was strongly associated with prevalent obesity, metabolic syndrome (MetS), diabetes, and coronary heart disease (CHD). In addition, high serum LPS activity was associated with an increased risk of future CHD events. Even though energy intake was correlated with LPS activity in lean, healthy subjects, the general associations were independent of energy or macronutrient intake. The results indicate that genetic variation in the MHC class III region may be important in periodontitis susceptibility. Endotoxemia and low-grade inflammation originating from periodontitis may induce the proatherogenic properties of VLDL particles via macrophage activation and foam cell formation, thereby promoting atherogenesis. The association of obesity, MetS, diabetes, and CHD with endotoxemia supports the significance of bacterial infections and the immune response in the etiology of cardiometabolic disorders. In conclusion, the findings highlight the close relationship between genetics, the immune response, and lipid metabolism, promoting the role of LPS as a link between periodontitis and cardiometabolic disorders. Parodontiitti on krooninen tulehdussairaus hampaita ympäröivissä kiinnityskudoksissa. Suun parodontiittibakteerien aiheuttama infektio ja isännän puolustusvaste johtavat parodontiitille tyypilliseen kova- ja pehmytkudosten tuhoutumiseen. Parodontiitin oireita ovat ienverenvuoto, ikenen punoitus ja turvotus, syventyneiden ientaskujen muodostuminen sekä alveoliluukato. Bakteerit ja niiden toksiinit, kuten endotoksiini eli lipopolysakkaridi, voivat päätyä verenkiertoon tulehtuneen kiinnityskudoksen kautta tai syljen välityksellä. Suun ja myös suoliston bakteerien systeeminen leviäminen voi johtaa endotoksemiaan ja edelleen matala-asteiseen tulehdukseen. Väitöskirjatutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, onko endotoksemia yhdistävä tekijä parodontiitin ja kardiometabolisten sairauksien välillä. Työssä tutkittiin parodontiitille altistavaa genetiikkaa, parodontiitin ja kardiometabolisten sairauksien aiheuttaman endotoksemian systeemisiä vaikutuksia sekä parodontiitin hoidon vaikutusta plasman endotoksiinitasoon ja lipoproteiinikoostumukseen. Parodontiitin genetiikkaa käsittelevässä tutkimuksessa havaittiin MHC-alueen geenien BAT1, NFKBIL1 ja LTA variaation yhteys parodontiitin vaikeaan muotoon ja sen oireisiin eli ienverenvuotoon ja patologisesti syventyneisiin ientaskuihin. Parodontiitin aiheuttaman endotoksemian systeemisiä vaikutuksia tutkittiin ennen parodontiitin hoitoa ja hoidon jälkeen. Parodontiittipotilaiden seerumissa endotoksiini yhdistyi VLDL-IDL-lipoproteiinifraktioon. Vaikka hoito paransi taudin kuvaa, potilaiden systeeminen tulehdusaste ei kohentunut. Tämä kuvastaa parodontiittia monimutkaisena kroonisena sairautena. Parodontiitin hoidolla ei myöskään ollut vaikutusta plasman endotoksiinitasoon tai endotoksiinin jakautumiseen lipoproteiiniluokkien välillä. Parodontiitin vakavaa muotoa sairastavien potilaiden VLDL-lipoproteiini sisälsi enemmän endotoksiinia ja aiheutti voimakkaamman tulehdusreaktion verrattuna keskivaikeaa parodontiittia sairastaviin potilaisiin. Tämä tulehdusreaktio häiritsi myös makrofagien kolesteroliaineenvaihduntaa ja aiheutti niihin rasvan kertymistä. Väestötutkimuksessa selvitettiin endotoksemian yhteyttä kardiometabolisiin sairauksiin ja tutkittiin, vaikuttavatko ravintoaineet tähän yhteyteen. Ylipainoisilla tai metabolista oireyhtymää, diabetesta tai sepelvaltimotautia sairastavilla henkilöillä havaittiin korkeat seerumin endotoksiinitasot, jotka yhdistyivät lisääntyneeseen sepelvaltimotautiriskiin riippumatta ravinnon energiamäärästä tai ravintoaineista. Väitöskirjatutkimuksen tulokset osoittavat, että MHC-alueen geneettinen variaatio saattaa altistaa parodontiitille. Parodontiitin aiheuttama endotoksemia ja matala-asteinen tulehdus lisäsivät lipoproteiineissa valtimonkovettumatautia edistäviä ominaisuuksia. Ylipainoisuuden, metabolisen oireyhtymän, diabeteksen ja sepelvaltimotaudin yhteys endotoksemiaan tukee bakteerien ja immuunivasteen osuutta kardiometabolisten sairauksien etiologiassa. Tulokset korostavat endotoksemian merkitystä parodontiittia ja kardiometabolisia sairauksia yhdistävänä tekijänä.
Share - Bookmark