Fibroblast-specific Il-11 expression causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas IL-11 inhibition prevents fibroblast activation and organ fibrosis, indicating that IL-11 inhibition is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases. Fibrosis—the overproduction of fibrous connective tissue—is a feature of many diseases and can contribute to pathology by causing scarring, thickening of tissue and interference with normal organ function. In the heart, fibrosis can cause mechanical and electrical dysfunction. Stuart Cook and colleagues identify a protein that has a crucial role in cardiac fibrosis: the cytokine IL-11. They find that, in primary human cardiac fibroblasts, transcription of IL-11 is a dominant response to transforming growth factor beta (TGFβ) exposure and that it is required for the pro-fibrotic effect of TGFβ. Loss of IL-11 reduced fibrosis in three preclinical models of cardiovascular fibrosis, leading the authors to propose IL-11 as a therapeutic target. Fibrosis is a common pathology in cardiovascular disease1. In the heart, fibrosis causes mechanical and electrical dysfunction1,2 and in the kidney, it predicts the onset of renal failure3. Transforming growth factor β1 (TGFβ1) is the principal pro-fibrotic factor4,5, but its inhibition is associated with side effects due to its pleiotropic roles6,7. We hypothesized that downstream effectors of TGFβ1 in fibroblasts could be attractive therapeutic targets and lack upstream toxicity. Here we show, using integrated imaging–genomics analyses of primary human fibroblasts, that upregulation of interleukin-11 (IL-11) is the dominant transcriptional response to TGFβ1 exposure and required for its pro-fibrotic effect. IL-11 and its receptor (IL11RA) are expressed specifically in fibroblasts, in which they drive non-canonical, ERK-dependent autocrine signalling that is required for fibrogenic protein synthesis. In mice, fibroblast-specific Il11 transgene expression or Il-11 injection causes heart and kidney fibrosis and organ failure, whereas genetic deletion of Il11ra1 protects against disease. Therefore, inhibition of IL-11 prevents fibroblast activation across organs and species in response to a range of important pro-fibrotic stimuli. These results reveal a central role of IL-11 in fibrosis and we propose that inhibition of IL-11 is a potential therapeutic strategy to treat fibrotic diseases.

Gene expression in human tissue has primarily been studied on the transcriptional level, largely neglecting translational regulation. Here, we analyze the translatomes of 80 human hearts to identify new translation events and quantify the effect of translational regulation. We show extensive translational control of cardiac gene expression, which is orchestrated in a process-specific manner. Translation downstream of predicted disease-causing protein-truncating variants appears to be frequent, suggesting inefficient translation termination. We identify hundreds of previously undetected microproteins, expressed from lncRNAs and circRNAs, for which we validate the protein products in vivo. The translation of microproteins is not restricted to the heart and prominent in the translatomes of human kidney and liver. We associate these microproteins with diverse cellular processes and compartments and find that many locate to the mitochondria. Importantly, dozens of microproteins are translated from lncRNAs with well-characterized noncoding functions, indicating previously unrecognized biology.

For healthspan and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways and inflammation is a centrally important hallmark

Abstract Interleukin 11 (IL11) is upregulated in inflammatory conditions where it is believed to have anti-inflammatory activity. However, recent studies suggest instead that IL11 may promote inflammation, via the stroma. Here, we assessed whether IL11 is pro- or anti-inflammatory in fibroblasts. Primary cultures of human kidney, lung or skin fibroblasts were stimulated with IL11 that resulted in transient STAT3 phosphorylation and bi-modal ERK activation. RNA sequencing over a time course of IL11 stimulation revealed a robust short-lived transcriptional response, which was enriched for gene set hallmarks of inflammation and characterized by upregulation of SERPINB2, TNFRSF18, IL33, CCL20, IL1RL1, CXCL3/5/8, ICAM1 and IL11 itself. IL33 was the most upregulated signaling factor (38-fold, P=9.8×10 −5 ) and IL1RL1 , its cognate receptor, was similarly increased (18-fold, P=1.1×10 −34 ). In proteomic studies, IL11 triggered a proinflammatory secretome with notable upregulation of IL8, IL6, MCP1, CCL20 and CXCL1/5/6, which are important chemotaxins for neutrophils, monocytes and lymphocytes. IL11 induced IL33 expression across fibroblast types and inhibition of STAT3, but not MEK/ERK, prevented this. These data establish IL11 as pro-inflammatory with specific importance for priming the IL33 alarmin response in inflammatory fibroblasts.

Abstract Interleukin 11 (IL11) is a profibrotic cytokine, secreted by myofibroblasts and damaged epithelial cells. Smooth muscle cells (SMCs) also secrete IL11 under pathological conditions and express the IL11 receptor. Here we examined the effects of SMC-specific, conditional expression of murine IL11 in a transgenic mouse ( Il11 SMC ). Within days of transgene activation, Il11 SMC mice developed loose stools and progressive bleeding and rectal prolapse, which was associated with a 65% mortality by two weeks. The bowel of Il11 SMC mice was inflamed, fibrotic and had a thickened wall, which was accompanied by activation of ERK and STAT3. In other organs, including heart, lung, liver, kidney and skin there was a phenotypic spectrum of fibro-inflammation, together with consistent ERK activation. To investigate further the importance of stromal-derived IL11 in the inflammatory bowel phenotype we used a second model with fibroblast-specific expression of IL11, the Il11 Fib mouse. This additional model largely phenocopied the Il11 SMC bowel phenotype. These data show that IL11 secretion from the stromal niche is sufficient to drive inflammatory bowel disease in mice. Given that IL11 expression in colonic stromal cells predicts anti-TNF therapy failure in patients with ulcerative colitis or Crohn’s disease, we suggest IL11 as a therapeutic target for inflammatory bowel disease.

Abstract Interleukin 11 (IL11) stimulates stromal cell activation but also causes hepatocyte metabolic dysfunction. The mechanisms underlying these seemingly unrelated processes are not known. Here we report that IL11-stimulated ERK/P90RSK activity causes the sequential phosphorylation of LKB1 (STK11) at S325 and S428, leading to its inactivation. This leads to a reduction in AMPK activity whilst concomitantly activating mTOR in human fibroblasts, hepatic stellate cells, hepatocytes and cancer cells. In fibroblasts and hepatic stellate cells, IL11-mediated LKB1/AMPK inhibition causes myofibroblast transformation whereas in hepatocytes it inhibits autophagy and fatty acid oxidation and is toxic. Across cell types, the self-amplifying loop of autocrine IL11 activity was inhibited by AMPK activation with metformin, AICAR or 991. In mice on a western diet with fructose, anti-IL11 therapy or hepatocyte-specific deletion of Il11ra1 rescues LKB1/AMPK activity and reduces NASH. In contrast, restoration of IL11 signalling in hepatocytes of mice with global Il11ra1 deletion inactivates LKB1/AMPK and exacerbates NASH. These data show that LKB1, an important tumour suppressor and master kinase, is not constitutively active and identify the IL11/LKB1/AMPK/mTOR axis as a point of signalling convergence for epithelial homeostasis, fibrogenesis, immunometabolism and cancer.

Abstract Genetic loss of function (LOF) in IL11RA infers IL11 signaling as important for fertility, fibrosis, inflammation and craniosynostosis. The impact of genetic LOF in IL11 has not been characterized. We generated IL11-knockout (Il11 -/- ) mice, which are born in normal Mendelian ratios, have normal hematological profiles and are protected from bleomycin-induced lung fibro-inflammation. Noticeably, baseline IL6 levels in the lungs of Il11 -/- mice are lower than those of wild-type mice and are not induced by bleomycin damage, placing IL11 upstream of IL6. Lung fibroblasts from Il11 -/- mice are resistant to pro-fibrotic stimulation and show evidence of reduced autocrine IL11 activity. Il11 -/- female mice are infertile. Unlike Il11ra1 -/- mice, Il11 -/- mice do not have a craniosynostosis-like phenotype and exhibit mildly reduced body weights. These data highlight similarities and differences between LOF in IL11 or IL11RA while establishing further the role of IL11 signaling in fibrosis and stromal inflammation.

Abstract Human ageing is associated with metabolic dysfunction, sarcopenia and frailty that taken together reduce healthspan. For age-associated diseases and lifespan, ERK, AMPK and mTORC1 represent critical pathways, across species 1–7 . Here we examined the hypothesis that IL11, recently shown to regulate ERK/mTORC1, is an inflammaging factor important for healthspan. As mice age, IL11 is progressively upregulated in liver, skeletal muscle, and fat to stimulate an ERK/AMPK/mTORC1 axis of cellular, tissue- and organismal-level ageing pathologies. In old mice, deletion of Il11 or Il11ra1 protects against metabolic multi-morbidity, sarcopenia, and frailty. Administration of anti-IL11 therapy to elderly mice for six months reactivates an age-repressed program of white fat beiging, reverses metabolic dysfunction, restores muscle function, and reduces frailty. Across studies, inhibition of IL11 lowers epigenetic age, reduces telomere attrition, and preserves mitochondrial function. Towards clinical translation, we generated, humanised, and engineered a neutralising, high-affinity IL11 antibody. These studies identify IL11 as a key inflammaging factor and therapeutic target for mammalian healthspan.

Abstract Background Alcoholic hepatitis (AH) reflects acute exacerbation of alcoholic liver disease (ALD) and is a growing healthcare burden worldwide with limited treatment options. Interleukin-11 (IL-11) is a pro-fibrotic, pro-inflammatory cytokine with increasingly recognized toxicities in parenchymal and epithelial cells. Aim The aim of this study was to explore the prognostic value of IL-11 serum levels in patients suffering from AH and cirrhosis of various etiology and to understand the role of IL-11 in experimental ALD. Methods IL-11 serum concentration and tissue expression was determined in a cohort comprising 50 patients with AH, 110 patients with cirrhosis and 19 healthy volunteers. Findings were replicated in an independent patient cohort including 186 patients. Ethanol-fed wildtype mice were treated with a neutralizing murine IL-11 receptor-antibody (anit-IL11RA) and thereafter examined for severity signs and markers of ALD. Results Human IL-11 serum concentration and liver tissue expression increased with severity of liver disease and were most pronounced in AH. In a multivariate Cox-regression, a serum level above 6.4 picograms/milliliter was a MELD independent risk factor for transplant-free liver disease survival in patients with compensated and decompensated cirrhosis. Findings were confirmed in an independent cohort. In mice, severity of alcohol-induced liver inflammation was positively correlated to enhanced hepatic IL-11 expression. Pretreatment with a neutralizing anti-IL11RA inhibited hepatic inflammation and mice were protected from ethanol-induced liver injury. In comparison to IgG-control, ethanol-fed mice treated with anti-IL11RA showed decreased steatosis, hepatic neutrophil infiltration, and expression of pro-inflammatory cytokines. Conclusion IL-11 plays a crucial role in the pathogenesis of ALD and could serve as an independent prognostic factor for transplant-free survival. Blocking IL-11 signaling might be a therapeutic option in human ALD, particularly AH.

Abstract It is accepted that IL6 signaling in hepatocytes, mediated via glycoprotein 130 (gp130), is beneficial and that HyperIL6 promotes liver regeneration by activating STAT3. Recently, autocrine IL11 activity, which also signals via gp130 and ERK, was found to be hepatotoxic. Here we examined whether the beneficial effects of HyperIL6 could reflect unappreciated competitive inhibition of IL11 signaling. In hepatocytes, HyperIL6 inhibited N-acetyl-p-aminophenol (APAP)-induced cell death that mimicked inhibition of IL11 signaling and was unrelated to STAT3 phosphorylation. In mice, expression of HyperIL6 reduced liver damage due to IL11 dosing or APAP and promoted hepatic regeneration in a STAT3-independent manner. Following APAP, mice deleted for Il11 were protected from liver failure and exhibited spontaneous regeneration. Despite robustly activating STAT3, HyperIL6 had no beneficial effect in Il11 null mice. These data overturn the premise that IL6 promotes liver regeneration, show STAT3 activation to be redundant and suggest IL11 as a focus for regenerative medicine.