SUMMARY Atherosclerosis is the underlying cause of cardiovascular diseases (CVDs) such as myocardial infarction and ischemic stroke. It is a lipid-triggered chronic inflammatory condition of the arterial vascular wall that is driven by various inflammatory pathways including atherogenic cytokines and chemokines. D-dopachrome tautomerase (D-DT), also known as macrophage migration inhibitory factor-2 (MIF-2), belongs to the MIF protein family, which is best known for its pathogenic role in a variety of inflammatory and immune conditions including CVDs. While MIF is well known as a promoter of atherogenic processes, MIF-2 has not been studied in atherosclerosis. Here, we investigated atherosclerosis in hyperlipidemic Mif-2 −/− Apoe −/− mice and studied the role of MIF-2 in various atherogenic assays in vitro . We found that global Mif-2 deficiency as well as its pharmacological blockade by 4-CPPC protected against atherosclerotic lesion formation and vascular inflammation in models of early and advanced atherogenesis. On cellular level, MIF-2 promoted monocyte migration in 2D and 3D and monocyte arrest on aortic endothelial monolayers, promoted B-cell chemotaxis in vitro and B-cell homing in vivo , and increased macrophage foam cell formation. Dose curves and direct comparison in a 3D migration set-up suggest that MIF-2 may be a more potent chemokine than MIF for monocytes and B cells. We identify CXCR4 as a novel receptor for MIF-2. The evidence relies on a CXCR4 inhibitor, CXCR4 internalization experiments, MIF-2/CXCR4 binding studies by yeast-CXCR4 transformants, and fluorescence spectroscopic titrations with a soluble CXCR4 surrogate. Of note, Mif-2 −/− Apoe −/− mice exhibited decreased plasma cholesterol and triglyceride levels, lower body weights, smaller livers, and profoundly reduced hepatic lipid accumulation compared to Apoe −/− mice. Mechanistic experiments in Huh-7 hepatocytes suggest that MIF-2 regulates the expression and activation of sterol-regulatory element binding protein-1 and −2 (SREBP-1, SREBP-2) to induce lipogenic downstream genes such as FASN and LDLR, while it attenuated the activation of the SREBP inhibiting AMPK pathway. Studies using receptor Inhibitors showed that SREBP activation and hepatic lipoprotein uptake by MIF-2 is mediated by both CXCR4 and CD74. Lastly and in line with a combined role of MIF-2 in vascular inflammation and hepatic lipid accumulation, MIF-2 was found to be profoundly upregulated in unstable human carotid plaques, underscoring a critical role for MIF-2 in advanced stages of atherosclerosis. Together, these data identify MIF-2 as a novel atherogenic chemokine and CXCR4 ligand that not only promotes lesion formation and vascular inflammation but also strongly affects hepatic lipogenesis in an SREBP-mediated manner, possibly linking atherosclerosis and hepatic steatosis.

Abstract Background Development of effective treatments for atherosclerosis requires new models that better predict the human immune response. Although T cells are abundant in human atherosclerotic lesions and play a key role in the pathogenesis, the mechanism involved in plaque infiltration remains ill defined. Methods We developed a three-dimensional tissue-culture model to study leukocyte recruitment to human atherosclerotic plaques. In this study, human atherosclerotic plaques obtained during carotid endarterectomy surgery were co-cultured with patient-matching T cells. Exogenous T cells were stained using a multi-factor staining strategy, which involved intracellular fluorescent cell tracker dyes combined with nuclear labels. Flow cytometry was used to assess the presence of the labeled cells within the plaques, and microscopic analysis was performed to examine their localization. Results Flow cytometry and microscopy cell-tracking analysis demonstrated that exogenous T cells successfully migrated into atherosclerotic plaques. Furthermore, infiltrated CD8 + T cells displayed a significant increase of CD69 expression, indicating their activation within the tissue. Blocking chemokine receptors, particularly CXCR4, significantly impaired T cell infiltration, demonstrating that exogenous CD8 + T cells invade plaques through chemotactic migration. Surprisingly, 3D microscopy combined with optical tissue clearing strategy revealed that CXCL12, the sole ligand of CXCR4, mainly accumulated in intraplaque neovessels. Single-cell RNA sequencing (scRNAseq) analysis further confirmed that endothelial cells from intraplaque neovessels were the primary source for CXCL12. Additionally, exogenous T cells were found within and in proximity to these neovessels, suggesting that the CXCL12/CXCR4 axis regulates T cell recruitment through intraplaque neovessels. Conclusions Overall, these findings shed new light on the mechanism of action of CXCL12 in atherosclerosis and demonstrated the potential of the model to advance our understanding of leukocyte accumulation in human atherosclerosis and assist in testing novel pharmacological therapies.