Multi-protein complexes called inflammasomes have recently been identified and shown to contribute to cell death in tissue injury. Intravenous immunoglobulin (IVIg) is an FDA-approved therapeutic modality used for various inflammatory diseases. The objective of this study is to investigate dynamic responses of the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes in stroke and to determine whether the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes can be targeted with IVIg for therapeutic intervention. Primary cortical neurons were subjected to glucose deprivation (GD), oxygen–glucose deprivation (OGD) or simulated ischemia-reperfusion (I/R). Ischemic stroke was induced in C57BL/6J mice by middle cerebral artery occlusion, followed by reperfusion. Neurological assessment was performed, brain tissue damage was quantified, and NLRP1 and NLRP3 inflammasome protein levels were evaluated. NLRP1 and NLRP3 inflammasome components were also analyzed in postmortem brain tissue samples from stroke patients. Ischemia-like conditions increased the levels of NLRP1 and NLRP3 inflammasome proteins, and IL-1β and IL-18, in primary cortical neurons. Similarly, levels of NLRP1 and NLRP3 inflammasome proteins, IL-1β and IL-18 were elevated in ipsilateral brain tissues of cerebral I/R mice and stroke patients. Caspase-1 inhibitor treatment protected cultured cortical neurons and brain cells in vivo in experimental stroke models. IVIg treatment protected neurons in experimental stroke models by a mechanism involving suppression of NLRP1 and NLRP3 inflammasome activity. Our findings provide evidence that the NLRP1 and NLRP3 inflammasomes have a major role in neuronal cell death and behavioral deficits in stroke. We also identified NLRP1 and NLRP3 inflammasome inhibition as a novel mechanism by which IVIg can protect brain cells against ischemic damage, suggesting a potential clinical benefit of therapeutic interventions that target inflammasome assembly and activity.

Abstract —Diverse stimuli, including shear stress, cyclic strain, oxidized LDL, hyperglycemia, and cell growth, modulate endothelial nitric oxide synthase (eNOS) expression. Although seemingly unrelated, these may all alter cellular redox state, suggesting that reactive oxygen intermediates might modulate eNOS expression. The present study was designed to test this hypothesis. Exposure of bovine aortic endothelial cells for 24 hours to paraquat, a superoxide (O 2 −· )–generating compound, did not affect eNOS mRNA levels. However, cotreatment with paraquat and either Cu 2+ /Zn 2+ superoxide dismutase or the superoxide dismutase mimetic tetrakis(4-benzoic acid)porphyrin chloride increased eNOS mRNA by 2.3- and 2.2-fold, respectively, implicating a role for H 2 O 2 . Direct addition of 100 and 150 μmol/L H 2 O 2 caused increases in bovine aortic endothelial cell eNOS mRNA that were dependent on concentration (ie, 3.1- and 5.2-fold increases) and time, and elevated eNOS protein expression and enzyme activity, accordingly. Nuclear run-on and 5,6-dichloro-1-β- d -ribofuranosylbenzimidazole–chase studies showed that H 2 O 2 caused a 3.0-fold increase in eNOS gene transcription and a 2.8-fold increase in eNOS mRNA half-life. Induction of eNOS by H 2 O 2 was not affected by the hydroxyl radical scavenger DMSO, mannitol, or N-tert-butyl -α-phenylnitrone, but it was inhibited by the antioxidants N -acetylcysteine, ebselen, and exogenously added catalase. Unlike H 2 O 2 , the 4.0-fold induction of eNOS by shear stress (15 dyne/cm 2 for 6 hours) was not inhibited by N -acetylcysteine or exogenous catalase. In conclusion, H 2 O 2 increases eNOS expression through transcriptional and post-transcriptional mechanisms. Although H 2 O 2 does not mediate shear-dependent eNOS regulation, it is likely to be involved in regulation of eNOS expression in response to other physiological and/or pathophysiological stimuli.

The Nox family NADPH oxidases are reactive oxygen species (ROS)-generating enzymes that are strongly implicated in atherogenesis. However, no studies have examined which Nox isoform(s) are involved. Here we investigated the role of the Nox2-containing NADPH oxidase in atherogenesis in apolipoprotein E-null (ApoE(-/-)) mice. Wild-type (C57Bl6/J), ApoE(-/-), and Nox2(-/y)/ApoE(-/-) mice were maintained on a high-fat (21%) diet from 5 wk of age until they were 12 or 19 wk old. Mice were euthanized and their aortas removed for measurement of Nox2 expression (Western blot analysis and immunohistochemistry), ROS production (L012-enhanced chemiluminescence), nitric oxide (NO) bioavailability (contractions to N(omega)-nitro-L-arginine), and atherosclerotic plaque development along the aorta and in the aortic sinus. Nox2 expression was upregulated in the aortic endothelium of ApoE(-/-) mice before the appearance of lesions, and this was associated with elevated ROS levels. Within developing plaques, macrophages were also a prominent source of Nox2. The absence of Nox2 in Nox2(-/y)/ApoE(-/-) double-knockout mice had minimal effects on plasma lipids or lesion development in the aortic sinus in animals up to 19 wk of age. However, an en face examination of the aorta from the arch to the iliac bifurcation revealed a 50% reduction in lesion area in Nox2(-/y)/ApoE(-/-) versus ApoE(-/-) mice, and this was associated with a marked decrease in aortic ROS production and an increased NO bioavailability. In conclusion, this is the first demonstration of a role for Nox2-NADPH oxidase in vascular ROS production, reduced NO bioavailability, and early lesion development in ApoE(-/-) mice, highlighting this Nox isoform as a potential target for future therapies for atherosclerosis.

High blood pressure (BP) continues to be a major, poorly controlled but modifiable risk factor for cardiovascular death. Among key Western lifestyle factors, a diet poor in fiber is associated with prevalence of high BP. The impact of lack of prebiotic fiber and the associated mechanisms that lead to higher BP are unknown. Here we show that lack of prebiotic dietary fiber leads to the development of a hypertensinogenic gut microbiota, hypertension and its complications, and demonstrate a role for G-protein coupled-receptors (GPCRs) that sense gut metabolites.One hundred seventy-nine mice including C57BL/6J, gnotobiotic C57BL/6J, and knockout strains for GPR41, GPR43, GPR109A, and GPR43/109A were included. C57BL/6J mice were implanted with minipumps containing saline or a slow-pressor dose of angiotensin II (0.25 mg·kg-1·d-1). Mice were fed diets lacking prebiotic fiber with or without addition of gut metabolites called short-chain fatty acids ([SCFA)] produced during fermentation of prebiotic fiber in the large intestine), or high prebiotic fiber diets. Cardiac histology and function, BP, sodium and potassium excretion, gut microbiome, flow cytometry, catecholamines and methylation-wide changes were determined.Lack of prebiotic fiber predisposed mice to hypertension in the presence of a mild hypertensive stimulus, with resultant pathological cardiac remodeling. Transfer of a hypertensinogenic microbiota to gnotobiotic mice recapitulated the prebiotic-deprived hypertensive phenotype, including cardiac manifestations. Reintroduction of SCFAs to fiber-depleted mice had protective effects on the development of hypertension, cardiac hypertrophy, and fibrosis. The cardioprotective effect of SCFAs were mediated via the cognate SCFA receptors GPR43/GPR109A, and modulated L-3,4-dihydroxyphenylalanine levels and the abundance of T regulatory cells regulated by DNA methylation.The detrimental effects of low fiber Westernized diets may underlie hypertension, through deficient SCFA production and GPR43/109A signaling. Maintaining a healthy, SCFA-producing microbiota is important for cardiovascular health.

Influenza A virus pandemics and emerging anti-viral resistance highlight the urgent need for novel generic pharmacological strategies that reduce both viral replication and lung inflammation. We investigated whether the primary enzymatic source of inflammatory cell ROS (reactive oxygen species), Nox2-containing NADPH oxidase, is a novel pharmacological target against the lung inflammation caused by influenza A viruses. Male WT (C57BL/6) and Nox2(-/y) mice were infected intranasally with low pathogenicity (X-31, H3N2) or higher pathogenicity (PR8, H1N1) influenza A virus. Viral titer, airways inflammation, superoxide and peroxynitrite production, lung histopathology, pro-inflammatory (MCP-1) and antiviral (IL-1β) cytokines/chemokines, CD8(+) T cell effector function and alveolar epithelial cell apoptosis were assessed. Infection of Nox2(-/y) mice with X-31 virus resulted in a significant reduction in viral titers, BALF macrophages, peri-bronchial inflammation, BALF inflammatory cell superoxide and lung tissue peroxynitrite production, MCP-1 levels and alveolar epithelial cell apoptosis when compared to WT control mice. Lung levels of IL-1β were ∼3-fold higher in Nox2(-/y) mice. The numbers of influenza-specific CD8+D(b)NP(366)+ and D(b)PA(224)+ T cells in the BALF and spleen were comparable in WT and Nox2(-/y) mice. In vivo administration of the Nox2 inhibitor apocynin significantly suppressed viral titer, airways inflammation and inflammatory cell superoxide production following infection with X-31 or PR8. In conclusion, these findings indicate that Nox2 inhibitors have therapeutic potential for control of lung inflammation and damage in an influenza strain-independent manner.

Recent studies have emphasized the role of perivascular inflammation in cardiovascular disease. We studied mechanisms of perivascular leukocyte infiltration in angiotensin II (Ang II)-induced hypertension and their links to vascular dysfunction. Chronic Ang II infusion in mice increased immune cell content of T cells (255 ± 130 to 1664 ± 349 cells/mg; P < 0.01), M1 and M2 macrophages, and dendritic cells in perivascular adipose tissue. In particular, the content of T lymphocytes bearing CC chemokine receptor (CCR) 1, CCR3, and CCR5 receptors for RANTES chemokine was increased by Ang II (CCR1, 15.6 ± 1.5% vs. 31 ± 5%; P < 0.01). Hypertension was associated with an increase in perivascular adipose tissue expression of the chemokine RANTES (relative quantification, 1.2 ± 0.2 vs. 3.5 ± 1.1; P< 0.05), which induced T-cell chemotaxis and vascular accumulation of T cells expressing the chemokine receptors CCR1, CCR3, and CCR5. Mechanistically, RANTES–/– knockout protected against vascular leukocyte, and in particular T lymphocyte infiltration (26 ± 5% in wild type Ang II vs. 15 ± 4% in RANTES–/–), which was associated with protection from endothelial dysfunction induced by Ang II. This effect was linked with diminished infiltration of IFN-γ-producing CD8+ and double-negative CD3+CD4–CD8– T cells in perivascular space and reduced vascular oxidative stress while FoxP3+ T-regulatory cells were unaltered. IFN-γ ex vivo caused significant endothelial dysfunction, which was reduced by superoxide anion scavenging. In a human cohort, a significant inverse correlation was observed between circulating RANTES levels as a biomarker and vascular function measured as flow-mediated dilatation (R = –0.3, P < 0.01) or endothelial injury marker von Willebrand factor (R= +0.3; P< 0.01). Thus, chemokine RANTES is important in the regulation of vascular dysfunction through modulation of perivascular inflammation.—Mikolajczyk, T. P., Nosalski, R., Szczepaniak, P., Budzyn, K., Osmenda, G., Skiba, D., Sagan, A., Wu, J., Vinh, A., Marvar, P. J., Guzik, B., Podolec, J., Drummond, G., Lob, H. E., Harrison, D. G., Guzik, T. J. Role of chemokine RANTES in the regulation of perivascular inflammation, T-cell accumulation, and vascular dysfunction in hypertension. FASEB J. 30, 1987–1999 (2016). www.fasebj.org

Renal inflammation, leading to fibrosis and impaired function is a major contributor to the development of hypertension. The NLRP3 inflammasome mediates inflammation in several chronic diseases by processing the cytokines pro-interleukin (IL)-1β and pro-IL-18. In this study, we investigated whether MCC950, a recently-identified inhibitor of NLRP3 activity, reduces blood pressure (BP), renal inflammation, fibrosis and dysfunction in mice with established hypertension. C57BL6/J mice were made hypertensive by uninephrectomy and treatment with deoxycorticosterone acetate (2.4 mg/day, s.c.) and 0.9% NaCl in the drinking water (1K/DOCA/salt). Normotensive controls were uninephrectomized and received normal drinking water. Ten days later, mice were treated with MCC950 (10 mg/kg/day, s.c.) or vehicle (saline, s.c.) for up to 25 days. BP was monitored by tail-cuff or radiotelemetry; renal function by biochemical analysis of 24-h urine collections; and kidney inflammation/pathology was assessed by real-time PCR for inflammatory gene expression, flow cytometry for leucocyte influx, and Picrosirius red histology for collagen. Over the 10 days post-surgery, 1K/DOCA/salt-treated mice became hypertensive, developed impaired renal function, and displayed elevated renal levels of inflammatory markers, collagen and immune cells. MCC950 treatment from day 10 attenuated 1K/DOCA/salt-induced increases in renal expression of inflammasome subunits (NLRP3, ASC, pro-caspase-1) and inflammatory/injury markers (pro-IL-18, pro-IL-1β, IL-17A, TNF-α, osteopontin, ICAM-1, VCAM-1, CCL2, vimentin), each by 25–40%. MCC950 reduced interstitial collagen and accumulation of certain leucocyte subsets in kidneys of 1K/DOCA/salt-treated mice, including CD206+ (M2-like) macrophages and interferon-gamma-producing T cells. Finally, MCC950 partially reversed 1K/DOCA/salt-induced elevations in BP, urine output, osmolality, [Na+], and albuminuria (each by 20–25%). None of the above parameters were altered by MCC950 in normotensive mice. MCC950 was effective at reducing BP and limiting renal inflammation, fibrosis and dysfunction in mice with established hypertension. This study provides proof-of-concept that pharmacological inhibition of the NLRP3 inflammasome is a viable anti-hypertensive strategy.

Clinical hypertension is associated with raised serum IgG antibodies. However, whether antibodies are causative agents in hypertension remains unknown. We investigated whether hypertension in mice is associated with B-cell activation and IgG production and moreover whether B-cell/IgG deficiency affords protection against hypertension and vascular remodeling. Angiotensin II (Ang II) infusion (0.7 mg/kg per day; 28 days) was associated with (1) a 25% increase in the proportion of splenic B cells expressing the activation marker CD86, (2) an 80% increase in splenic plasma cell numbers, (3) a 500% increase in circulating IgG, and (4) marked IgG accumulation in the aortic adventitia. In B-cell–activating factor receptor–deficient (BAFF-R −/− ) mice, which lack mature B cells, there was no evidence of Ang II–induced increases in serum IgG. Furthermore, the hypertensive response to Ang II was attenuated in BAFF-R −/− (Δ30±4 mm Hg) relative to wild-type (Δ41±5 mm Hg) mice, and this response was rescued by B-cell transfer. BAFF-R −/− mice displayed reduced IgG accumulation in the aorta, which was associated with 80% fewer aortic macrophages and a 70% reduction in transforming growth factor-β expression. BAFF-R −/− mice were also protected from Ang II–induced collagen deposition and aortic stiffening (assessed by pulse wave velocity analysis). Finally, like BAFF-R deficiency, pharmacological depletion of B cells with an anti-CD20 antibody attenuated Ang II–induced hypertension by ≈35%. Hence, these studies demonstrate that B cells/IgGs are crucial for the development of Ang II–induced hypertension and vessel remodeling in mice. Thus, B-cell–targeted therapies—currently used for autoimmune diseases—may hold promise as future treatments for hypertension.

The inflammasome NLRP3 is activated by pathogen associated molecular patterns (PAMPs) during infection, including RNA and proteins from influenza A virus (IAV). However, chronic activation by danger associated molecular patterns (DAMPs) can be deleterious to the host. We show that blocking NLRP3 activation can be either protective or detrimental at different stages of lethal influenza A virus (IAV). Administration of the specific NLRP3 inhibitor MCC950 to mice from one day following IAV challenge resulted in hypersusceptibility to lethality. In contrast, delaying treatment with MCC950 until the height of disease (a more likely clinical scenario) significantly protected mice from severe and highly virulent IAV-induced disease. These findings identify for the first time that NLRP3 plays a detrimental role later in infection, contributing to IAV pathogenesis through increased cytokine production and lung cellular infiltrates. These studies also provide the first evidence identifying NLRP3 inhibition as a novel therapeutic target to reduce IAV disease severity.