Trypanosoma brucei is a protozoan parasite that causes human and animal African trypanosomiases (HAT and AAT). Cardiac symptoms are commonly reported in HAT patients, and intracardiac parasites with accompanying myocarditis have been observed in both natural hosts and animal models of T. brucei infection. However, despite the importance of T. brucei as a cause of cardiac dysfunction and the dramatic socioeconomic impact of African trypanosomiases in sub-Saharan Africa, there are currently no reproducible murine models of T. brucei-associated cardiomyopathy. We present the first clinically relevant, reproducible murine model of cardiac dysfunction in chronic T. brucei infection. Similar to humans, mice showed histological evidence of myocarditis and elevation of serum NT-proBNP. Serum NT-proBNP levels were elevated prior to the development of severe ventricular dysfunction. On flow cytometry, myocarditis was associated with an increase of most myocardial immune cell populations, including multiple T cell and macrophage subsets, corroborating the notion that T. brucei-associated cardiac damage is an immune-mediated event. This novel mouse model represents a powerful and practical tool to investigate the pathogenesis of T. brucei-mediated heart damage and support the development of therapeutic options for T. brucei-associated cardiac disease.

Background: A growing body of evidence from animal models indicates that the myocardium hosts a population of B cells that play a role in the development of cardiomyopathy. However, there is minimal data on human myocardial B cells and their biological niche within the heart remains mostly unexplored. Methods: We integrated single-cell and single-nuclei datasets from 45 healthy human hearts, 70 hearts with dilated cardiomyopathy (DCM), and 8 hearts with Arrhythmogenic Right Ventricular Cardiomyopathy (ARVC). Interactions between B cells and other cell types were investigated using the CellChat Package. Differential gene expression analysis comparing B cells across conditions was performed using DESeq2. Pathway analysis was performed using Ingenuity, KEGG, and GO pathways analysis. Results: Out of 1,200,752 nuclei and 49,723 cells, we identified 1,100 B cells, including naive B cells and plasma cells. B cells showed an extensive network of interactions within the healthy myocardium that included outgoing signaling to macrophages, T cells, endothelial cells, and pericytes, and incoming signaling from endothelial cells, pericytes, and fibroblasts. This biological niche relied on both ECM-receptor interactions, cell-cell contact interactions, and paracrine interaction, it changed significantly in the context of cardiomyopathy and had disease-specific features. Differential gene expression analysis showed that in the context of DCM both naive and plasma myocardial B cells upregulated several pathways related to immune activation, including upregulation of oxidative phosphorylation, upregulation of leukocyte extravasation and, in naive B cells, antigen processing and presentation. Conclusions: The human healthy and diseased myocardium contains naive B cells and plasma cells, integrated in a diverse and dynamic biological niche. Naive myocardial-associated B cells likely contribute to the pathogenesis of human dilated cardiomyopathy.

Cardiovascular disease remains the leading cause of death worldwide. A primary driver of cardiovascular mortality is ischemic heart failure, a form of cardiac dysfunction that can develop in patients who survive myocardial infarction. Acute cardiac damage triggers robust changes in the spleen with rapid migration of immune cells from the spleen to the heart. Activating this "cardio-splenic" axis contributes to progressive cardiac dysfunction. The cardio-splenic axis has, therefore, been identified as a promising therapeutic target to prevent or treat heart failure. However, our understanding of the precise mechanisms by which specific immune cells contribute to adverse cardiac remodeling within the cardio-splenic axis remains limited. Here, we show that splenic B cells contribute to the development of heart failure via MHC II-mediated antigen presentation. We found that the adoptive transfer of splenic B cells from mice with ischemic heart failure promoted adverse cardiac remodeling and splenic inflammatory changes in naïve recipient mice. Based on single-cell RNA sequencing analysis of splenic B cells from mice with ischemic heart failure, we hypothesized that B cells contributed to adverse cardiac remodeling through antigen presentation by MHC II molecules. This mechanism was confirmed using transgenic mice with B cell-specific MHC II deletion, and by analyzing circulating B cells from humans who experienced myocardial infarction. Our results broaden our understanding of B lymphocyte biology, reshape current models of immune activation in response to myocardial injury, and point towards MHC II-mediated signaling in B cells as a novel and specific therapeutic target in chronic heart failure.

Introduction: Acute myocardial infarction (MI) induces splenic remodeling and rapid mobilization of immune cells from the spleen to the injured myocardium. Activation of this “cardio-splenic” axis contributes to adverse cardiac remodeling and the development of chronic heart failure. B cells account for the majority of splenic immune cells, but their potential role within the cardio-splenic axis of heart failure remains incompletely explored. In this study, we provide evidence indicating that B cells play an essential role within the cardio-splenic axis via MHC II-mediated antigen presentation. Methods and Results: MI was induced in mice via permanent ligation of the left anterior descending coronary artery. Four weeks following MI or sham surgery, splenic B cells were isolated and transferred into healthy wild-type mice. Eight weeks after adoptive transfer, we assessed cardiac remodeling of recipient mice using echocardiography, gravimetric analysis, and histology. We found that the adoptive transfer of splenic B cells from post-MI mice was sufficient to induce adverse cardiac remodeling in recipient mice (Figure 1). Adoptively transferred splenic B cells were identified in the blood, spleen, and heart of recipient mice 8 weeks post-adoptive transfer. Single cell RNA sequencing (scRNAseq) of splenic B cells was then performed in mice following MI. Biological pathway analyses revealed dysregulation of signaling pathways related to antigen processing and presentation in post-MI mice, suggesting splenic B cells were modulating adverse cardiac remodeling via major histocompatibility complex class II (MHC II)-mediated antigen presentation (Figure 2). Therefore, we developed transgenic mice with B cell-specific MHC II deletion and repeated our adoptive transfer studies. The adoptive transfer of splenic B cells deficient in MHC II from post-MI mice did not induce adverse cardiac remodeling in naïve recipients (Figure 3). Transcriptomic analyses of peripheral blood B cells were also performed in post-MI human patients and healthy control patients, and showed similar dysregulation of antigen processing and presentation in B cells in both acute and chronic phases of MI. Conclusions: Following MI, splenic B cells recirculate along the cardio-splenic axis and contribute to adverse cardiac remodeling via MHC II-mediated antigen presentation. Our results thus point towards MHC II-mediated signaling in B cells as a novel and specific therapeutic target in heart failure.

ABSTRACT Trypanosoma brucei is a protozoan parasite that causes human and animal African trypanosomiases (HAT and AAT). Cardiac symptoms are commonly reported in HAT patients, and intracardiac parasites with accompanying myocarditis have been observed in both natural hosts and animal models of T. brucei infection. Despite the importance of T. brucei as a cause of cardiac dysfunction and the dramatic socioeconomic impact of African trypanosomiases in sub-Saharan Africa, there are currently no reproducible murine models of T. brucei- associated cardiomyopathy. We present the first clinically relevant, reproducible murine model of cardiac dysfunction in chronic T. brucei infection. Similar to humans, mice showed histological evidence of myocarditis and elevation of serum NT-proBNP with electrocardiographic abnormalities. Serum NT-proBNP levels were elevated prior to the development of severe ventricular dysfunction. On flow cytometry, myocarditis was associated with an increase of most myocardial immune cell populations, including multiple T cell and macrophage subsets, corroborating the notion that T. brucei- associated cardiac damage is an immune-mediated event. This novel mouse model represents a powerful and practical tool to investigate the pathogenesis of T. brucei -mediated heart damage and supports the development of therapeutic options for T. brucei -associated cardiac disease. In characterizing this model, we provide evidence that T. brucei causes cardiac disease, and we suggest that immunopathology is an important contributor to cardiac pathology. Along with other recent studies, our work demonstrates the importance of extravascular spaces, including the heart, for T. brucei pathogenesis. IMPORTANCE African trypanosomiasis is a neglected tropical disease affecting both people and cattle, which represents a major public health problem in sub-Saharan Africa with an enormous socioeconomic impact. Cardiac disease represents an underappreciated clinical manifestation of African trypanosomiasis that may lead to lifelong illness despite successful treatment of infection. However, this aspect of African trypanosomiasis remains poorly understood, partially due to a lack of well-characterized and practical animal models. In this study, we present the development and characterization of a novel, reproducible, and cost-effective mouse model of cardiac dysfunction in African trypanosomiasis. We demonstrate that this model recapitulates major features of cardiac dysfunction in natural infection, including the presence of parasites in the cardiac interstitial spaces, alterations of cardiac biomarkers, and functional changes. This model represents a resource to support the understanding of cardiac complications of trypanosomiasis and the development of new therapies to prevent and treat cardiac involvement in African trypanosomiasis.