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 Peripherally restricted cannabinoid CB1 receptor antagonists without central side effects hold promise for treating metabolic disorders including diabetes and obesity. In atherosclerosis, the specific effects of peripheral CB1 signaling in vascular endothelial cells (ECs) remain incompletely understood. Methods and results Endothelial expression of the CB1 encoding gene CNR1 was detectable in human plaque single-cell RNA sequencing data. In situ hybridization of Cnr1 in murine aortas revealed a significantly increased endothelial expression within atheroprone compared to atheroresistant regions. In vitro , CNR1 was upregulated by oscillatory shear stress (OSS) in human aortic endothelial cells (HAoECs). Endothelial CB1 deficiency ( Cnr1 EC-KO ) in female mice on atherogenic background resulted in pronounced endothelial phenotypic changes, with reduced vascular inflammation and permeability. This resulted in attenuated plaque development with reduced lipid content in female mice, while reduced white and brown adipose tissue mass and liver steatosis were observed in both males and females. Ex vivo imaging of carotid arteries via two-photon microscopy revealed less labeled low density lipoprotein (Dil-LDL) uptake in Cnr1 EC-KO . This was accompanied by a significant reduction of aortic endothelial caveolin-1 (CAV1) expression, a key structural protein involved in lipid transcytosis, in female Cnr1 EC-KO mice. In vitro , pharmacological blocking with CB1 antagonist AM281 reproduced the inhibition of CAV1 expression and Dil-LDL uptake in response to atheroprone OSS in HAoECs, which was dependent on cAMP-mediated PKA activation. Conversely, the CB1 agonist ACEA increased Dil-LDL uptake and CAV1 expression in HAoECs. Finally, treatment of atherosclerotic mice with the peripheral CB1 antagonist JD-5037 reduced plaque progression, CAV1 and endothelial adhesion molecule expression in female mice. Conclusions These results confirm an essential role of endothelial CB1 to the pathogenesis of atherosclerosis. Peripheral CB1 antagonists may hold promise as an effective therapeutic strategy for treating atherosclerosis and related metabolic disorders. NOVELTY AND SIGNIFICANCE What is known? Enhanced endocannabinoid-cannabinoid CB1 receptor signaling has been implicated in metabolic disorders, atherosclerosis, and hypertension, but the cell-specific role of endothelial CB1 in atherosclerosis is not well understood. Global CB1 antagonists improve metabolic function and inhibit atherosclerotic plaque development in mouse models, but have failed in the clinic due to centrally mediated psychiatric side effects. What is new? Based on human single-cell RNA sequencing data, CB1 is expressed in human plaque ECs. Using transgenic mouse models and human primary aortic endothelial cells, we provide evidence for a key role of CB1 in endothelial shear stress response, inflammatory gene expression, and LDL uptake. The underlying signaling pathway of CB1-induced endothelial LDL uptake involves a cAMP-PKA-dependent regulation of caveolin 1 (CAV1) expression, a structural protein of the shear stress sensitive signaling domains of the plasma membrane. By limiting endothelial CAV1 and VCAM1 expression, peripherally restricted CB1 antagonists confer atheroprotection in mice. Our findings reveal that endothelial CB1 expression is induced by atheroprone shear stress responses and contributes to impaired vascular barrier function, inflammation, and lipid uptake, thereby promoting atherosclerotic lesion formation and progression. By elucidating the transcriptomic pathways regulated by endothelial CB1 and its broad influence on lipid uptake and metabolism in arteries, liver, and brown and white adipose tissue, our study provides insights into novel pathways and potential interventions for the treatment of atherosclerosis and metabolic disorders. The use of peripherally restricted CB1 antagonists that specifically target vascular inflammation and tissue lipid storage could be a complementary and safe therapeutic avenue to treat cardiovascular and metabolic disease comorbidities without altering CB1 signaling in the brain.