umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Increased Eotaxin and MCP-1 Levels in Serum from Individuals with Periodontitis and in Human Gingival Fibroblasts Exposed to Pro-Inflammatory Cytokines
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Odontology.
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Odontology.
Umeå University, Faculty of Medicine, Department of Odontology.
Show others and affiliations
2015 (English)In: PLoS ONE, ISSN 1932-6203, E-ISSN 1932-6203, Vol. 10, no 8, e0134608Article in journal (Refereed) Published
Abstract [en]

Periodontitis is a chronic inflammatory disease of tooth supporting tissues resulting in periodontal tissue destruction, which may ultimately lead to tooth loss. The disease is characterized by continuous leukocyte infiltration, likely mediated by local chemokine production but the pathogenic mechanisms are not fully elucidated. There are no reliable serologic biomarkers for the diagnosis of periodontitis, which is today based solely on the degree of local tissue destruction, and there is no available biological treatment tool. Prompted by the increasing interest in periodontitis and systemic inflammatory mediators we mapped serum cytokine and chemokine levels from periodontitis subjects and healthy controls. We used multivariate partial least squares (PLS) modeling and identified monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) and eotaxin as clearly associated with periodontitis along with C-reactive protein (CRP), years of smoking and age, whereas the number of remaining teeth was associated with being healthy. Moreover, body mass index correlated significantly with serum MCP-1 and CRP, but not with eotaxin. We detected higher MCP-1 protein levels in inflamed gingival connective tissue compared to healthy but the eotaxin levels were undetectable. Primary human gingival fibroblasts displayed strongly increased expression of MCP-1 and eotaxin mRNA and protein when challenged with tumor necrosis factor-alpha (TNF-alpha and interleukin-1 beta (IL-1 beta), key mediators of periodontal inflammation. We also demonstrated that the upregulated chemokine expression was dependent on the NF-kappa B pathway. In summary, we identify higher levels of CRP, eotaxin and MCP-1 in serum of periodontitis patients. This, together with our finding that both CRP and MCP-1 correlates with BMI points towards an increased systemic inflammatory load in patients with periodontitis and high BMI. Targeting eotaxin and MCP-1 in periodontitis may result in reduced leukocyte infiltration and inflammation in periodontitis and maybe prevent tooth loss.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. Vol. 10, no 8, e0134608
National Category
Dentistry
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-107852DOI: 10.1371/journal.pone.0134608ISI: 000358942700053PubMedID: 26241961OAI: oai:DiVA.org:umu-107852DiVA: diva2:859773
Available from: 2015-10-08 Created: 2015-08-28 Last updated: 2017-12-01Bibliographically approved
In thesis
1. Novel Insights into Inflammatory Disturbed Bone Remodelling
Open this publication in new window or tab >>Novel Insights into Inflammatory Disturbed Bone Remodelling
2017 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Alternative title[sv]
Nya insikter om inflammatoriskt störd benremodellering
Abstract [en]

Bone is a dynamic tissue that is continuously remodelled, a process that requires equal amounts of osteoclastic bone resorption and osteoblastic bone formation. Inflammation may disturb the equilibrium and result in local and/or systemic bone loss. Negative bone mass balance occurs in several chronic inflammatory diseases, e.g. periodontitis and rheumatoid arthritis (RA). The aetiology of periodontitis is infectious, while RA is an autoimmune disease. Despite aetiological differences, an association between the two diseases has been established but it is not known if they are causally related. Periodontitis may develop when the inflammatory process, initially restricted to the gingiva (gingivitis), further invades the periodontium and causes bone resorption. The cellular and molecular mechanisms underlying the transition from gingivitis to periodontitis are not fully elucidated. Osteoclast formation is dependent on receptor activator of nuclear factor kappa B ligand (RANKL), but how osteoclast precursors are recruited to the jawbone is poorly understood. A family of cytokines named chemokines has been reported to possess such properties and increasing evidence points towards their involvement in the pathogenesis of chronic inflammatory diseases.

The overall aim of this thesis was to gain extended knowledge about the role of chemokines and a newly discovered family of leukocytes named innate lymphoid cells (ILCs) in periodontitis and concomitant inflammatory disturbed bone remodelling. Furthermore, the aim was also to study the association between periodontitis and RA.

We identified increased serum levels of monocyte chemoattractant protein (MCP)-1 and CCL11 in individuals with periodontitis. Moreover, a robust correlation between the two chemokines and periodontitis was detected in a weighted analysis of inflammatory markers, subject characteristics and periodontitis parameters. We detected higher MCP-1 levels in periodontitis tissue compared to non-inflamed. Furthermore we demonstrated that human gingival fibroblasts express MCP-1 and CCL11 in response to pro-inflammatory cytokines through NF-κB signalling. Using an inflammatory bone lesion model and primary cell cultures, we discovered that osteoblasts express CCL11 in vivo and in vitro and that the expression increased under inflammatory conditions. Osteoclasts did not express CCL11, but its high affinity receptor CCR3 was upregulated during osteoclast differentiation and found to co-localise with CCL11 on the surface of osteoclasts. Exogenous CCL11 was internalised in osteoclasts, stimulated the migration of osteoclast precursors and increased bone resorption in vitro.

To analyse if periodontitis precedes RA we analysed marginal jawbone loss in dental radiographs taken in pre-symptomatic RA cases and matched controls. The prevalence of jawbone loss was higher among cases, and the amount of jawbone loss correlated with plasma levels of RANKL.

In the search of the newly discovered ILCs, we performed flow cytometry analyses on gingivitis and periodontitis tissue samples. We detected twice as many ILCs in periodontitis as in gingivitis. In addition we found RANKL expression on ILC1s (an ILC subset).

In conclusion, we demonstrated that CCL11 is systemically and locally increased in periodontitis and that the CCL11/CCR3 axis may be activated in inflammatory disturbed bone remodelling. We also found that marginal jawbone loss correlated with plasma levels of RANKL and preceded clinical onset of symptoms of RA. Furthermore, we demonstrated that ILCs are present in periodontitis and represent a previously unknown source of RANKL. 

Abstract [sv]

Skelettet har flera viktiga funktioner i kroppen såsom att möjliggöra en upprätt hållning, utgöra fäste för muskler och mediera rörelse, skydda benmärgen och de inre organen samt reglera mängden av lösligt mineral i blodet. Med tiden uppstår mikroskador i skelettet vilket innebär att benvävnaden måste byggas om för att vara fortsatt funktionell. Ombyggnaden kallas remodellering och är en kontinuerlig process som huvudsakligen utförs av benbildande celler kallade osteoblaster och bennedbrytande celler kallade osteoklaster. Remodelleringen är strikt reglerad av olika signalmolekyler och under friska förhållanden råder jämvikt mellan mängden ben som bryts ner och mängden ben som bildas, vilket innebär att benmassan hålls konstant. Vid sjukdomar som medför långvariga inflammationsprocesser i benvävnad eller i närheten av benvävnad, exempelvis parodontit (tandlossningssjukdom) och ledssjukdomen reumatoid artrit (RA), kan den rådande jämvikten rubbas, vilket oftast resulterar i minskad benmängd. Vid parodontit är den bakomliggande orsaken till inflammationen bakterier som finns i placket på tänderna, men vid RA tros anledningen vara att immunförsvaret attackerar kroppsegna celler. Trots olikheterna delar de två sjukdomarna flera gemensamma drag med avseende på riskfaktorer, vilka signalmolekyler som återfinns i blodet samt hur inflammationsprocessen fortskrider. Parodontit föregås av gingivit (tandköttsinflammation). Hos vissa individer övergår gingivit till parodontit, en process som inkluderar nedbrytning av tandens stödjevävnader inklusive käkben. Det är inte helt klarlagt vilka celler och molekyler som finns närvarande vid gingivit respektive parodontit eller vilka mekanismer som ligger bakom skiftet mellan de två tillstånden. Det är sedan tidigare känt att molekylen RANKL är viktig för osteoklastbildning, men det är delvis okänt hur osteoklastförstadieceller rekryteras från blodcirkulationen till käkbenet. En grupp av molekyler kallade kemokiner, som även finns i förhöjda nivåer i blod vid parodontit och RA, har visat sig ha sådana egenskaper.

För att finna läkemedel som kan förhindra bennedbrytning till följd av den inflammatoriskt störda benremodellering som sker vid både parodontit och RA är det viktigt att studera sambandet mellan sjukdomarna och få en tydlig bild av vilka celler som är närvarande vid inflammationsprocessen. Det är även av betydelse att kartlägga vilka celler och molekyler som främjar rekrytering av osteoklastförstadieceller och bidrar till bennedbrytning.

Syftet med den här avhandlingen var att undersöka betydelsen av kemokiner vid inflammatoriskt störd benremodellering och vid parodontit samt att undersöka sambandet mellan parodontit och RA. För att skapa en tydligare bild av vilka cellertyper som är närvarande vid inflammationsprocessen vid parodontit undersöktes även förekomsten av en nyligen upptäckt celltyp vid namn ILCimmunceller (ILCs) samt om dessa celler uttrycker RANKL.

Först analyserades förekomsten av olika inflammatoriska signalmolekyler i blod från individer med parodontit samt från friska kontroller. Individer med parodontit hade förhöjda nivåer av kemokinerna MCP-1 och CCL11. Genom att använda en statistisk analysmetod som utöver inflammatoriska signalmolekyler även inkluderade kliniska variabler kunde ett samband mellan de två kemokinerna och parodontit påvisas. Vidare undersöktes möjliga ursprung till de i blodet förhöjda kemokinnivåerna genom att analysera tandkött från tänder med parodontit samt friskt tandkött. Vid parodontit uppmättes högre nivåer av MCP-1. Gingivala fibroblaster (en celltyp som producerar bindväv och ansvarar för tandköttets uppbyggnad) från människa bildade MCP-1 och CCL11 när de stimulerats med inflammationsfrämjande substanser, vilket krävde aktivering en intracellulär signaleringsväg kallad NF-κB. För att utreda betydelsen av CCL11 vid inflammatoriskt störd benremodellering analyserades bencellers bildning av CCL11 in vivo i skalltak från möss samt in vitro i cellodlingar. Osteoblaster bildade CCL11 in vivo och in vitro och bildningen ökade under inflammatoriska förhållanden. Osteoklaster bildade inte CCL11, men däremot fanns ett uttryck av receptorn CCR3, vilket är en mottagarmolekyl till CCL11. I vävnadssnitt från skalltak visades att CCL11 och CCR3 ser ut att binda till varandra på osteoklasternas yta. Dessutom hade CCL11 en positiv effekt på rekrytering av osteoklastförstadieceller och CCL11 som tillsattes till cellodlingar togs upp av osteoklaster och stimulerade benresorption.

För att studera sambandet mellan parodontit och RA analyserades käkbensförlust vid tänder med hjälp av röntgenbilder tagna på individer som senare utvecklade RA (pre-symptomatiska) samt matchade kontroller. De presymptomatiska individerna hade en högre grad av käkbenförlust och det fanns också ett samband mellan käkbensförlust och nivåer av RANKL i blodet.

Förekomsten av ILCs i tandkött från tänder med gingivit respektive parodontit analyserades med flödescytometri. Dubbelt så många ILCs återfanns vid parodontit än vid gingivit, varav majoriteten bestod av ILC1 (en undergrupp till ILCs). Vidare analyser visade att ILC1 cellerna bildar RANKL.

Sammanfattningsvis, vid parodontit finns förhöjda nivåer av CCL11 i vävnaden och i blodet, och interaktionen mellan CCL11 CCR3 kan vara av betydelse vid inflammatoriskt störd benremodellering. Käkbensförlust föregår RA och korrelerar med nivåer av den osteoklaststimulerande molekylen RANKL i blodet, vilket stödjer teorin om att det finns ett samband mellan de två sjukdomarna. De nyligen upptäckta ILCs återfinns vid både gingivit och parodontit och utgör dessutom en tidigare okänd källa till RANKL.

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå universitet, 2017. 59 p.
Series
Umeå University odontological dissertations, ISSN 0345-7532 ; 138
Keyword
bone, osteoblast, osteoclast, chemokines, CCL11, periodontitis, rheumatoid arthritis, innate lympoid cells
National Category
Dentistry Cell and Molecular Biology
Research subject
Odontology; Immunology; biology; Medicine, rheumatology
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-139694 (URN)978-91-7601-762-3 (ISBN)
Public defence
2017-10-13, Sal D, Norrlands Universitetssjukhus, By 1D, 9tr, Umeå, 09:00 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2017-09-22 Created: 2017-09-20 Last updated: 2017-09-22Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1780 kB)113 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1780 kBChecksum SHA-512
20e185a4cfaf3c3bfeabebb7ddec741b7f21bf585a9c3e8962fe8299faed91bf1c360644ee7f7f03a974f92b30bd42acc33be475c25c216f51ebfe95f322df1d
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full textPubMed

Search in DiVA

By author/editor
Kindstedt, ElinSulniute, RimaPalmqvist, PyHolm, Cecilia KoskinenÖnell, SebastianJohansson, IngegerdLerner, Ulf H.Lundberg, Pernilla
By organisation
Department of Odontology
In the same journal
PLoS ONE
Dentistry

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 113 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
pubmed
urn-nbn

Altmetric score

doi
pubmed
urn-nbn
Total: 297 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf