Background— Inflammation plays a key role in the pathophysiology of myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury; however, the mechanism by which myocardial I/R induces inflammation remains unclear. Recent evidence indicates that a sterile inflammatory response triggered by tissue damage is mediated through a multiple-protein complex called the inflammasome. Therefore, we hypothesized that the inflammasome is an initial sensor for danger signal(s) in myocardial I/R injury. Methods and Results— We demonstrate that inflammasome activation in cardiac fibroblasts, but not in cardiomyocytes, is crucially involved in the initial inflammatory response after myocardial I/R injury. We found that inflammasomes are formed by I/R and that its subsequent activation of inflammasomes leads to interleukin-1β production, resulting in inflammatory responses such as inflammatory cell infiltration and cytokine expression in the heart. In mice deficient for apoptosis-associated speck-like adaptor protein and caspase-1, these inflammatory responses and subsequent injuries, including infarct development and myocardial fibrosis and dysfunction, were markedly diminished. Bone marrow transplantation experiments with apoptosis-associated speck-like adaptor protein–deficient mice revealed that inflammasome activation in bone marrow cells and myocardial resident cells such as cardiomyocytes or cardiac fibroblasts plays an important role in myocardial I/R injury. In vitro experiments revealed that hypoxia/reoxygenation stimulated inflammasome activation in cardiac fibroblasts, but not in cardiomyocytes, and that hypoxia/reoxygenation–induced activation was mediated through reactive oxygen species production and potassium efflux. Conclusions— Our results demonstrate the molecular basis for the initial inflammatory response after I/R and suggest that the inflammasome is a potential novel therapeutic target for preventing myocardial I/R injury.

Regenerative therapies have currently emerged as one of the most promising treatments for repair of the damaged heart. Recently, numerous researchers reported that isolated cell injection treatments can improve heart function in myocardial infarction models. However, significant cell loss due to primary hypoxia or cell wash-out and difficulty to control the location of the grafted cells remains problem. As an attempt to overcome these limitations, we have proposed cell sheet-based tissue engineering, which involves stacking confluently cultured cells (two-dimensional), cell sheets, to construct three-dimensional cell-dense tissues. Cell sheet transplantation has been able to recover damaged heart function. However, no detailed analysis for transplanted cell survival has been previously performed. The present study compared the survival of cardiac cell sheet transplantation to direct cell injection in a rat myocardial infarction model. Luciferase-expressing neonatal rat cardiac cells were harvested as cell sheets from temperature-responsive culture dishes. The transplantation of cell sheets was compared to the direct injection of isolated cells dissociated with trypsin-ethylenediaminetetraacetic acid. These grafts were transplanted to infarcted rat hearts and cardiac function was assessed by echocardiography at 2 and 4 weeks after transplantation. In vivo bioluminescence and histological analyses were performed to examine cell survival. Cell sheet transplantation consistently yielded greater cell survival than cell injection. Immunohistochemistry revealed that cardiac cell sheets existed over the infarcted area as an intact layer. In contrast, the injected cells were scattered with relatively few cardiomyocytes in the infarcted areas. Four weeks after transplantation, cardiac function was also significantly improved in the cell sheet transplantation group compared with the cell injection. Twenty-four hours after cell grafting, significantly greater numbers of mature capillaries were also observed in the cardiac cell sheet transplantation. Additionally, the numbers of apoptotic cells with deterioration of integrin-mediated attachment were significantly lower after cardiac cell sheet transplantation. In accordance with increased cell survival, cardiac function was significantly improved after cardiac cell sheet transplantation in comparison to cell injection. Cell sheet transplantation can repair damaged hearts through improved cell survival and should become a promising therapy in cardiovascular regenerative medicine.

Acetaminophen (APAP) overdose is a common cause of drug-induced acute liver failure. Although hepatocyte cell death is considered to be the critical event in APAP-induced hepatotoxicity, the underlying mechanism remains unclear. Ferroptosis is a newly discovered type of cell death that is caused by a loss of cellular redox homeostasis. As glutathione (GSH) depletion triggers APAP-induced hepatotoxicity, we investigated the role of ferroptosis in a murine model of APAP-induced acute liver failure. APAP-induced hepatotoxicity (evaluated in terms of ALT, AST, and the histopathological score), lipid peroxidation (4-HNE and MDA), and upregulation of the ferroptosis maker PTGS2 mRNA were markedly prevented by the ferroptosis-specific inhibitor ferrostatin-1 (Fer-1). Fer-1 treatment also completely prevented mortality induced by high-dose APAP. Similarly, APAP-induced hepatotoxicity and lipid peroxidation were prevented by the iron chelator deferoxamine. Using mass spectrometry, we found that lipid peroxides derived from n-6 fatty acids, mainly arachidonic acid, were elevated by APAP, and that auto-oxidation is the predominant mechanism of APAP-derived lipid oxidation. APAP-induced hepatotoxicity was also prevented by genetic inhibition of acyl-CoA synthetase long-chain family member 4 or α-tocopherol supplementation. We found that ferroptosis is responsible for APAP-induced hepatocyte cell death. Our findings provide new insights into the mechanism of APAP-induced hepatotoxicity and suggest that ferroptosis is a potential therapeutic target for APAP-induced acute liver failure.

Hepatic ischemia-reperfusion (I/R) injury is a major problem in liver transplantation (LT). Although hepatocyte cell death is the initial event in hepatic I/R injury, the underlying mechanism remains unclear. In the present study, we retrospectively analyzed the clinical data of 202 pediatric living donor LT and found that a high serum ferritin level, a marker of iron overload, of the donor is an independent risk factor for liver damage after LT. Since ferroptosis has been recently discovered as an iron-dependent cell death that is triggered by a loss of cellular redox homeostasis, we investigated the role of ferroptosis in a murine model of hepatic I/R injury, and found that liver damage, lipid peroxidation, and upregulation of the ferroptosis marker Ptgs2 were induced by I/R, and all of these manifestations were markedly prevented by the ferroptosis-specific inhibitor ferrostatin-1 (Fer-1) or α-tocopherol. Fer-1 also inhibited hepatic I/R-induced inflammatory responses. Furthermore, hepatic I/R injury was attenuated by iron chelation by deferoxamine and exacerbated by iron overload with a high iron diet. These findings demonstrate that iron overload is a novel risk factor for hepatic I/R injury in LT, and ferroptosis contributes to the pathogenesis of hepatic I/R injury. Hepatic ischemia-reperfusion (I/R) injury is a major problem in liver transplantation (LT). Although hepatocyte cell death is the initial event in hepatic I/R injury, the underlying mechanism remains unclear. In the present study, we retrospectively analyzed the clinical data of 202 pediatric living donor LT and found that a high serum ferritin level, a marker of iron overload, of the donor is an independent risk factor for liver damage after LT. Since ferroptosis has been recently discovered as an iron-dependent cell death that is triggered by a loss of cellular redox homeostasis, we investigated the role of ferroptosis in a murine model of hepatic I/R injury, and found that liver damage, lipid peroxidation, and upregulation of the ferroptosis marker Ptgs2 were induced by I/R, and all of these manifestations were markedly prevented by the ferroptosis-specific inhibitor ferrostatin-1 (Fer-1) or α-tocopherol. Fer-1 also inhibited hepatic I/R-induced inflammatory responses. Furthermore, hepatic I/R injury was attenuated by iron chelation by deferoxamine and exacerbated by iron overload with a high iron diet. These findings demonstrate that iron overload is a novel risk factor for hepatic I/R injury in LT, and ferroptosis contributes to the pathogenesis of hepatic I/R injury.

Abstract Recent evidence indicates that ferroptosis is implicated in the pathophysiology of various liver diseases; however, the mechanism of ferroptosis regulation in the liver is poorly understood. Here, using the whole-genome screening approach, we identified 7-dehydrocholesterol reductase (DHCR7), the terminal enzyme of cholesterol biosynthesis, as a novel regulator of ferroptosis in hepatocytes. Genetic and pharmacological inhibition (with AY9944) of DHCR7 suppressed lipid peroxidation and ferroptosis in human hepatocellular carcinoma Huh-7 cells. DHCR7 inhibition increased its substrate, 7-dehydrocholesterol (7-DHC), and extrinsic 7-DHC supplementation in turn suppressed ferroptosis. On the other hand, cholesterol deprivation had no effect on ferroptosis. A 7-DHC-derived oxysterol metabolite, 3β,5α-dihydroxycholest-7-en-6-one (DHCEO), was increased by a ferroptosis inducer RSL-3 in DHCR7-deficient cells, suggesting that the ferroptosis-suppressive effect of DHCR7 inhibition was driven by intracellular 7-DHC as a radical scavenger. While extrinsic 7-DHC supplementation suppressed ferroptosis in various cancer cells, pharmacological DHCR7 inhibition by AY9944 showed cell-type specific effects, which could be explained by high DHCR7 expression in Huh-7 cells. We further showed that AY9944 suppressed ferroptosis in murine primary hepatocytes in vitro and systemic administration of AY9944 inhibited hepatic ischemia-reperfusion injury in vivo . These findings provide new insights into the regulatory mechanism of liver ferroptosis and suggest that DHCR7 inhibition is a potential therapeutic option for ferroptosis-related liver diseases.

The deposition of cholesterol containing cholesterol crystals and the infiltration of immune cells are features of atherosclerosis. Although the role of cholesterol crystals in the progression of atherosclerosis have long remained unclear, recent studies have clarified the involvement of cholesterol crystals in inflammatory responses. Cholesterol crystals activate the NLRP3 inflammasome, a molecular complex involved in the innate immune system. Activation of NLRP3 inflammasomes in macrophages cause pyroptosis, which is accompanied by the release of inflammatory cytokines such as IL-1β and IL-1α. Furthermore, NLRP3 inflammasome activation drives neutrophil infiltration into atherosclerotic plaques. Cholesterol crystals trigger NETosis against infiltrated neutrophils, a form of cell death characterized by the formation of neutrophil extracellular traps (NETs), which, in turn, prime macrophages to enhance inflammasome-mediated inflammatory responses. Colchicine, an anti-inflammatory drug effective in cardiovascular disease, is expected to inhibit cholesterol crystal-induced NLRP3 inflammasome activation and neutrophil infiltration. In this review, we illustrate the reinforcing cycle of inflammation that is amplified by inflammasome activation and NETosis.

Trifluridine/tipiracil (FTD/TPI) is one of the options for late-line treatment of colorectal cancer (CRC). However, the specific patient populations that would particularly benefit from it remain unclear. This study attempted to identify predictive markers of chemotherapy efficacy with trifluridine/tipiracil (FTD/TPI), focusing on the RNA-editing enzyme adenosine deaminase acting on RNA 1 (ADAR1) expression and neutrophil–lymphocyte ratio (NLR). To assess the effectiveness of FTD/TPI in CRC patients, we retrospectively analyzed 72 CRC patients at Okayama University Hospital from 2014 to 2022. Adding bevacizumab to FTD/TPI resulted in a more prolonged progression-free survival (PFS), consistent with the SUNLIGHT study findings (p = 0.0028). Among the participants, those with a high NLR had a shorter PFS (p = 0.0395). Moreover, high ADAR1 expression was associated with longer PFS (p = 0.0151). In multivariate analysis, low ADAR1 (HR = 3.43, p = 0.01) and absence of bevacizumab (HR = 4.25, p = 0.01) were identified as factors shortening PFS. The high ADAR1 group demonstrated fewer cases of progressive disease and a higher proportion of stable disease than the low ADAR1 group (p = 0.0288). Low NLR and high ADAR1 were predictive markers of prolonged PFS in the bevacizumab-treated group (p = 0.0036). Low NLR and high ADAR1 were predictive markers for a positive response to the FTD/TPI plus bevacizumab regimen associated with prolonged PFS. The FTD/TPI plus bevacizumab regimen should be proactively implemented in the low NLR and high ADAR1 subgroups.

Abstract Cryopyrin-associated periodic syndrome (CAPS) is an autoinflammatory syndrome caused by mutations of NLRP3, which was originally identified as cryopyrin. Familial cold autoinflammatory syndrome (FCAS), the mildest form of CAPS, is characterized by cold-induced inflammation induced by the overproduction of IL-1β. However, the molecular mechanism of how mutated NLRP3 causes inflammasome activation in CAPS remains unclear. Here, we found that CAPS-associated NLRP3 mutants form cryo-sensitive aggregates that function as a scaffold for inflammasome activation. Cold exposure promoted inflammasome assembly and subsequent IL-1β release triggered by mutated NLRP3. While K + efflux was dispensable, Ca 2+ was indispensable for mutated NLRP3-mediated inflammasome assembly. Notably, Ca 2+ influx was induced during mutated NLRP3-mediated inflammasome assembly. Furthermore, caspase-1 inhibition prevented Ca 2+ influx and inflammasome assembly induced by the mutated NLRP3, suggesting a feed-forward Ca 2+ influx loop triggered by mutated NLRP3. Thus, the mutated NLRP3 forms cryo-sensitive aggregates to promote inflammasome assembly distinct from canonical NLRP3 inflammasome activation.