Inflammation and tissue destruction in arthritides and periodontal disease

The principal aim of this study was to examine diseases characterized by inflammatory injury, especially human arthritides and periodontitis, with specific interest to final effector enzymes of tissue destruction and address the possible future tools to prevent permanent tissue loss. We used biochemical and immunological methods applied to synovial tissue samples, samples of synovial fluid, and samples of peripheral blood. In Study IV, we used established clinical inflammatory injury indicator probing pocket depth and used it to derive a new clinical measure of systemic burden, periodontal inflammatory burden index. In study I, we showed a difference in the effector enzymes of peripheral blood leukocytes and leukocytes from inflamed synovial fluid of rheumatoid arthritis and reactive arthritis patients. The effector enzyme activities were higher in synovial fluid than in peripheral blood. In study II, we showed the presence of collagenase-3 in rheumatoid synovial tissue samples, relative resistance of the enzyme to inhibition in vitro and developed an electrophoretic method for detection of collagenase-3 in presence of collagenase-1. In study III, we carried out an open label study of doxycycline treatment of 12 RA patients. During the treatment period, we observed an improvement in several of the biochemical and psychosocial variables used to assess the status of the patients. In study IV, we showed a clearly lower level of periodontal inflammatory injury in chronic periodontitis patients referred for periodontal treatment. In this cross-sectional pilot study, we showed lower levels of inflammatory injury in periodontitis patients using statin than in those not receiving statin treatment. The difference was of same magnitude in patients using simvastatin or atorvastatin. The weighted index of inflammatory burden, PIBI, which emphasizes the burden imposed by the deepest pathological pockets on the system showed values consistent with a wider scale to ease future studies on the inflammatory burden associated with periodontitis.

Effects of SLCO1B1 polymorphism on the pharmacokinetics of the oral antidiabetic drugs repaglinide, nateglinide, rosiglitazone, and pioglitazone

Organic anion-transporting polypeptide 1B1 (OATP1B1), encoded by the SLCO1B1 gene, is an influx transporter expressed on the sinusoidal membrane of human hepatocytes. The common c.521T>C (p.Val174Ala) single-nucleotide polymorphism (SNP) of the SLCO1B1 gene has been associated with reduced OATP1B1 transport activity in vitro and increased plasma concentrations of several of its substrate drugs in vivo in humans. Another common SNP of the SLCO1B1 gene, c.388A>G (p.Asn130Asp), defining the SLCO1B1*1B (c.388G-c.521T) haplotype, has been associated with increased OATP1B1 transport activity in vitro. The aim of this thesis was to investigate the role of SLCO1B1 polymorphism in the pharmacokinetics of the oral antidiabetic drugs repaglinide, nateglinide, rosiglitazone, and pioglitazone. Furthermore, the effect of the SLCO1B1 c.521T>C SNP on the extent of interaction between gemfibrozil and repaglinide as well as the role of the SLCO1B1 c.521T>C SNP in the potential interaction between atorvastatin and repaglinide were evaluated. Five crossover studies with 2-4 phases were carried out, with 20-32 healthy volunteers in each study. The effects of the SLCO1B1 c.521T>C SNP on single doses of repaglinide, nateglinide, rosiglitazone, and pioglitazone were investigated in Studies I and V. In Study II, the effects of the c.521T>C SNP on repaglinide pharmacokinetics were investigated in a dose-escalation study, with repaglinide doses ranging from 0.25 to 2 mg. The effects of the SLCO1B1*1B/*1B genotype on repaglinide and nateglinide pharmacokinetics were investigated in Study III. In Study IV, the interactions of gemfibrozil and atorvastatin with repaglinide were evaluated in relation to the c.521T>C SNP. Plasma samples were collected for drug concentration determinations. The pharmacodynamics of repaglinide and nateglinide was assessed by measuring blood glucose concentrations. The mean area under the plasma repaglinide concentration-time curve (AUC) was ~70% larger in SLCO1B1 c.521CC participants than in c.521TT participants (P ≤ 0.001), but no differences existed in the pharmacokinetics of nateglinide, rosiglitazone, and pioglitazone between the two genotype groups. In the dose-escalation study, the AUC of repaglinide was 60-110% (P ≤ 0.001) larger in c.521CC participants than in c.521TT participants after different repaglinide doses. Moreover, the AUC of repaglinide increased linearly with repaglinide dose in both genotype groups (r > 0.88, P 0.001). The AUC of repaglinide was ~30% lower in SLCO1B1*1B/*1B participants than in SLCO1B1*1A/*1A (c.388AA-c.521TT) participants (P = 0.007), but no differences existed in the AUC of nateglinide between the two genotype groups. In the drug-drug interaction study, the mean increase in the repaglinide AUC by gemfibrozil was ~50% (P = 0.002) larger in c.521CC participants than in c.521TT participants, but the relative (7-8-fold) increases in the repaglinide AUC did not differ significantly between the genotype groups. In c.521TT participants, atorvastatin increased repaglinide peak plasma concentration and AUC by ~40% (P = 0.001) and ~20% (P = 0.033), respectively. In each study, after repaglinide administration, there was a tendency towards lower blood glucose concentrations in c.521CC participants than in c.521TT participants. In conclusion, the SLCO1B1 c.521CC genotype is associated with increased and the SLCO1B1*1B/*1B genotype with decreased plasma concentrations of repaglinide, consistent with reduced and enhanced hepatic uptake, respectively. Inhibition of OATP1B1 plays a limited role in the interaction between gemfibrozil and repaglinide. Atorvastatin slightly raises plasma repaglinide concentrations, probably by inhibiting OATP1B1. The findings on the effect of SLCO1B1 polymorphism on the pharmacokinetics of the drugs studied suggest that in vivo in humans OATP1B1 significantly contributes to the hepatic uptake of repaglinide, but not to that of nateglinide, rosiglitazone, or pioglitazone. SLCO1B1 polymorphism may be associated with clinically significant differences in blood glucose-lowering response to repaglinide, but probably has no effect on the response to nateglinide, rosiglitazone, or pioglitazone.

Pharmacogenetics of SLCO1B1: Population genetics and effect on statins

Kohonneiden kolesterolipitoisuuksien alentamisessa käytettävien statiinien hyödyt sydän- ja verisuonisairauksien estossa on vahvasti osoitettu ja niiden käyttö on niin Suomessa kuin muuallakin maailmassa kasvanut voimakkaasti – Suomessa statiininkäyttäjiä on noin 600 000. Statiinilääkitys on pitkäaikaisessakin käytössä melko hyvin siedetty, mutta yleisimpinä haittavaikutuksina voi ilmetä lihasheikkoutta, -kipua ja -kramppeja, jotka voivat edetä jopa henkeä uhkaavaksi lihasvaurioksi. Lihashaittariski suurenee suhteessa statiiniannokseen ja plasman statiinipitoisuuksiin. Statiinien plasmapitoisuuksissa, tehossa ja haittavaikutusten ilmenemisessä on suuria potilaskohtaisia eroja. SLCO1B1-geenin koodaama OATP1B1-kuljetusproteiini kuljettaa monia elimistön omia aineita ja lääkeaineita verenkierrosta solukalvon läpi maksasoluun, mm. statiineja, joiden kolesterolia alentava vaikutus ja poistuminen elimistöstä tapahtuvat pääosin maksassa. Erään SLCO1B1-geenin nukleotidimuutoksen (c.521T>C) tiedetään heikentävän OATP1B1:n kuljetustehoa. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin SLCO1B1-geenin perinnöllistä muuntelua suomalaisilla ja eri väestöissä maailmanlaajuisesti. Lisäksi selvitettiin SLCO1B1:n muunnosten vaikutusta eri statiinien pitoisuuksiin (farmakokinetiikka) ja vaikutuksiin (farmakodynamiikka) sekä kolesteroliaineenvaihduntaan. Näihin tutkimuksiin valittiin SLCO1B1-genotyypin perusteella terveitä vapaaehtoisia koehenkilöitä, joille annettiin eri päivinä kerta-annos kutakin tutkittavaa statiinia: fluvastatiinia, pravastatiinia, simvastatiinia, rosuvastatiinia ja atorvastatiinia. Verinäytteistä määritettiin plasman statiinien ja niiden aineenvaihduntatuotteiden sekä kolesterolin ja sen muodostumista ja imeytymistä kuvaavien merkkiaineiden pitoisuuksia. Toiminnallisesti merkittävien SLCO1B1-geenimuunnosten esiintyvyydessä todettiin suuria eroja eri väestöjen välillä. Suomalaisilla SLCO1B1 c.521TC-genotyypin (geenimuunnos toisessa vastinkromosomissa) esiintyvyys oli noin 32 % ja SLCO1B1 c.521CC-genotyypin (geenimuunnos molemmissa vastinkromosomeissa) esiintyvyys noin 4 %. Globaalisti geenimuunnosten esiintyvyys korreloi maapallon leveyspiirien kanssa siten, että matalaan transportteriaktiivisuuteen johtavat muunnokset olivat yleisimpiä pohjoisessa ja korkeaan aktiivisuuteen johtavat päiväntasaajan lähellä asuvilla väestöillä. SLCO1B1-genotyypillä oli merkittävä vaikutus statiinien plasmapitoisuksiin lukuun ottamatta fluvastatiinia. Simvastatiinihapon plasmapitoisuudet olivat keskimäärin 220 %, atorvastatiinin 140 %, pravastatiinin 90 % ja rosuvastatiinin 70 % suuremmat c.521CC-genotyypin omaavilla koehenkilöillä verrattuna normaalin c.521TT-genotyypin omaaviin. Genotyypillä ei ollut merkittävää vaikutusta minkään statiinin tehoon tässä kerta-annostutkimuksessa, mutta geenimuunnoksen kantajilla perustason kolesterolisynteesinopeus oli suurempi. Tulokset osoittavat, että SLCO1B1 c.521T>C geenimuunnos on varsin yleinen suomalaisilla ja muilla ei-afrikkalaisilla väestöillä. Tämä geenimuunnos voi altistaa erityisesti simvastatiinin, mutta myös atorvastatiinin, pravastatiinin ja rosuvastatiinin, aiheuttamille lihashaitoille suurentamalla niiden plasmapitoisuuksia. SLCO1B1:n geenimuunnoksen testaamista voidaan tulevaisuudessa käyttää apuna valittaessa sopivaa statiinilääkitystä ja -annosta potilaalle, ja näin parantaa sekä statiinihoidon turvallisuutta että tehoa.