The emergence of chronic inflammation during obesity in the absence of overt infection or well-defined autoimmune processes is a puzzling phenomenon. The Nod-like receptor (NLR) family of innate immune cell sensors, such as the nucleotide-binding domain, leucine-rich-containing family, pyrin domain-containing-3 (Nlrp3, but also known as Nalp3 or cryopyrin) inflammasome are implicated in recognizing certain nonmicrobial originated 'danger signals' leading to caspase-1 activation and subsequent interleukin-1β (IL-1β) and IL-18 secretion. We show that calorie restriction and exercise-mediated weight loss in obese individuals with type 2 diabetes is associated with a reduction in adipose tissue expression of Nlrp3 as well as with decreased inflammation and improved insulin sensitivity. We further found that the Nlrp3 inflammasome senses lipotoxicity-associated increases in intracellular ceramide to induce caspase-1 cleavage in macrophages and adipose tissue. Ablation of Nlrp3 in mice prevents obesity-induced inflammasome activation in fat depots and liver as well as enhances insulin signaling. Furthermore, elimination of Nlrp3 in obese mice reduces IL-18 and adipose tissue interferon-γ (IFN-γ) expression, increases naive T cell numbers and reduces effector T cell numbers in adipose tissue. Collectively, these data establish that the Nlrp3 inflammasome senses obesity-associated danger signals and contributes to obesity-induced inflammation and insulin resistance.

Ketone bodies are elevated in response to fasting, a low-carbohydrate ketogenic diet or high-intensity exercise. Vishwa Deep Dixit and colleagues report that one metabolite, β-hydroxybutyrate, inhibits the NLRP3 inflammasome. In vivo, β-hydroxybutyrate is anti-inflammatory and suppresses NLRP3-mediated inflammatory disease. The ketone bodies β-hydroxybutyrate (BHB) and acetoacetate (AcAc) support mammalian survival during states of energy deficit by serving as alternative sources of ATP1. BHB levels are elevated by starvation, caloric restriction, high-intensity exercise, or the low-carbohydrate ketogenic diet2. Prolonged fasting reduces inflammation; however, the impact that ketones and other alternative metabolic fuels produced during energy deficits have on the innate immune response is unknown2,3,4,5,6. We report that BHB, but neither AcAc nor the structurally related short-chain fatty acids butyrate and acetate, suppresses activation of the NLRP3 inflammasome in response to urate crystals, ATP and lipotoxic fatty acids. BHB did not inhibit caspase-1 activation in response to pathogens that activate the NLR family, CARD domain containing 4 (NLRC4) or absent in melanoma 2 (AIM2) inflammasome and did not affect non-canonical caspase-11, inflammasome activation. Mechanistically, BHB inhibits the NLRP3 inflammasome by preventing K+ efflux and reducing ASC oligomerization and speck formation. The inhibitory effects of BHB on NLRP3 are not dependent on chirality or starvation-regulated mechanisms like AMP-activated protein kinase (AMPK), reactive oxygen species (ROS), autophagy or glycolytic inhibition. BHB blocks the NLRP3 inflammasome without undergoing oxidation in the TCA cycle, and independently of uncoupling protein-2 (UCP2), sirtuin-2 (SIRT2), the G protein–coupled receptor GPR109A or hydrocaboxylic acid receptor 2 (HCAR2). BHB reduces NLRP3 inflammasome–mediated interleukin (IL)-1β and IL-18 production in human monocytes. In vivo, BHB or a ketogenic diet attenuates caspase-1 activation and IL-1β secretion in mouse models of NLRP3-mediated diseases such as Muckle–Wells syndrome, familial cold autoinflammatory syndrome and urate crystal–induced peritonitis. Our findings suggest that the anti-inflammatory effects of caloric restriction or ketogenic diets may be linked to BHB-mediated inhibition of the NLRP3 inflammasome.

Despite a wealth of clinical data showing an association between inflammation and degenerative disorders in the elderly, the immune sensors that causally link systemic inflammation to aging remain unclear. Here we detail a mechanism by which the Nlrp3 inflammasome controls systemic low-grade age-related “sterile” inflammation in both periphery and brain independently of the noncanonical caspase-11 inflammasome. Ablation of Nlrp3 inflammasome protected mice from age-related increases in the innate immune activation, alterations in CNS transcriptome, and astrogliosis. Consistent with the hypothesis that systemic low-grade inflammation promotes age-related degenerative changes, the deficient Nlrp3 inflammasome-mediated caspase-1 activity improved glycemic control and attenuated bone loss and thymic demise. Notably, IL-1 mediated only Nlrp3 inflammasome-dependent improvement in cognitive function and motor performance in aged mice. These studies reveal Nlrp3 inflammasome as an upstream target that controls age-related inflammation and offer an innovative therapeutic strategy to lower Nlrp3 activity to delay multiple age-related chronic diseases.

Abstract Emerging evidence suggests that increases in activated T cell populations in adipose tissue may contribute toward obesity-associated metabolic syndrome. The present study investigates three unanswered questions: 1) Do adipose-resident T cells (ARTs) from lean and obese mice have altered cytokine production in response to TCR ligation?; 2) Do the extralymphoid ARTs possess a unique TCR repertoire compared with lymphoid-resident T cells and whether obesity alters the TCR diversity in specific adipose depots?; and 3) Does short-term elimination of T cells in epididymal fat pad without disturbing the systemic T cell homeostasis regulate inflammation and insulin-action during obesity? We found that obesity reduced the frequency of naive ART cells in s.c. fat and increased the effector-memory populations in visceral fat. The ARTs from diet-induced obese (DIO) mice had a higher frequency of IFN-γ+, granzyme B+ cells, and upon TCR ligation, the ARTs from DIO mice produced increased levels of proinflammatory mediators. Importantly, compared with splenic T cells, ARTs exhibited markedly restricted TCR diversity, which was further compromised by obesity. Acute depletion of T cells from epididymal fat pads improved insulin action in young DIO mice but did not reverse obesity-associated feed forward cascade of chronic systemic inflammation and insulin resistance in middle-aged DIO mice. Collectively, these data establish that ARTs have a restricted TCR-Vβ repertoire, and T cells contribute toward the complex proinflammatory microenvironment of adipose tissue in obesity. Development of future long-term T cell depletion protocols specific to visceral fat may represent an additional strategy to manage obesity-associated comorbidities.

Lipolysis declines with age because NLRP3 inflammasome-activated adipose tissue macrophages reduce levels of noradrenaline by upregulating genes that control its degradation, such as GDF3 and MAOA. With increasing age, lipolysis (the breakdown of fats in the body) induced by catecholamines declines and fewer free fatty acids are mobilized. This is associated with increased fat around the abdomen, a lower exercise capacity, and a reduced ability to maintain core body temperature and to survive starvation. Vishwa Deep Dixit and colleagues now show that lipolysis declines because fatty tissue macrophages activated by NLRP3 inflammasome reduce the levels of catecholamine by upregulating genes that control its degradation, such as growth differentiation factor-3 (GDF3) and monoamine oxidase A (MAOA). Deletion of NLRP3 or GDF3, or inhibition of MAOA restores lipolysis to more youthful levels. Catecholamine-induced lipolysis, the first step in the generation of energy substrates by the hydrolysis of triglycerides1, declines with age2,3. The defect in the mobilization of free fatty acids in the elderly is accompanied by increased visceral adiposity, lower exercise capacity, failure to maintain core body temperature during cold stress, and reduced ability to survive starvation. Although catecholamine signalling in adipocytes is normal in the elderly, how lipolysis is impaired in ageing remains unknown2,4. Here we show that adipose tissue macrophages regulate the age-related reduction in adipocyte lipolysis in mice by lowering the bioavailability of noradrenaline. Unexpectedly, unbiased whole-transcriptome analyses of adipose macrophages revealed that ageing upregulates genes that control catecholamine degradation in an NLRP3 inflammasome-dependent manner. Deletion of NLRP3 in ageing restored catecholamine-induced lipolysis by downregulating growth differentiation factor-3 (GDF3) and monoamine oxidase A (MAOA) that is known to degrade noradrenaline. Consistent with this, deletion of GDF3 in inflammasome-activated macrophages improved lipolysis by decreasing levels of MAOA and caspase-1. Furthermore, inhibition of MAOA reversed the age-related reduction in noradrenaline concentration in adipose tissue, and restored lipolysis with increased levels of the key lipolytic enzymes adipose triglyceride lipase (ATGL) and hormone sensitive lipase (HSL). Our study reveals that targeting neuro-immunometabolic signalling between the sympathetic nervous system and macrophages may offer new approaches to mitigate chronic inflammation-induced metabolic impairment and functional decline.

The extension of life span driven by 40% caloric restriction (CR) in rodents causes trade-offs in growth, reproduction, and immune defense that make it difficult to identify therapeutically relevant CR-mimetic targets. We report that about 14% CR for 2 years in healthy humans improved thymopoiesis and was correlated with mobilization of intrathymic ectopic lipid. CR-induced transcriptional reprogramming in adipose tissue implicated pathways regulating mitochondrial bioenergetics, anti-inflammatory responses, and longevity. Expression of the gene Pla2g7 encoding platelet activating factor acetyl hydrolase (PLA2G7) is inhibited in humans undergoing CR. Deletion of Pla2g7 in mice showed decreased thymic lipoatrophy, protection against age-related inflammation, lowered NLRP3 inflammasome activation, and improved metabolic health. Therefore, the reduction of PLA2G7 may mediate the immunometabolic effects of CR and could potentially be harnessed to lower inflammation and extend the health span.

Abstract Aging impairs the integrated immunometabolic responses which have evolved to maintain core body temperature in homeotherms to survive cold-stress, infections, and dietary restriction. Adipose tissue inflammation regulates the thermogenic stress response but how adipose tissue-resident cells instigate thermogenic failure in aged are unknown. Here, we define alterations in the adipose-resident immune system and identify that type 2 innate lymphoid cells (ILC2) are lost in aging. Restoration of ILC2 numbers in aged mice to levels seen in adults through IL-33 supplementation failed to rescue old mice from metabolic impairment and cold-induced lethality. Transcriptomic analyses revealed intrinsic defects in aged ILC2, and adoptive transfer of adult ILC2 are sufficient to protect old mice against cold. Thus, the functional defects in adipose ILC2 during aging drive thermogenic failure. One Sentence Summary Age-related changes in adipose tissue drive reprogramming of ILC2 that leads to impaired cold tolerance

Summary Visceral adiposity in elderly is associated with alterations in adipose tissue immune cells leading to inflammation and metabolic dysfunction. The Nlrp3 inflammasome is a critical regulator of macrophage activation, inflammation, and immunometabolism in visceral adipose tissue during aging; however, the potential contribution of adipose tissue B cells is unexplored. Here, we show that aging expands adipose-resident B cells and fat-associated lymphoid clusters (FALCs) in visceral white adipose tissue. Adipose tissue B cells exhibit a memory-like B cell profile similar to the phenotype of aged B cells that are increased in spleen of old mice. Mechanistically, the age-induced FALC formation and adipose B cell expansion, but not B cell transcriptional program, is dependent on the Nlrp3 inflammasome. Furthermore, B cell depletion in aged mice restores lipolysis and defense against loss of core body temperature during cold stress. These data reveal that inhibiting Nlrp3-dependent B cell accumulation can be targeted to reverse metabolic impairment in aging adipose tissue. Highlights - Adipose-resident aged B cells are increased in fat-associated lymphoid clusters (FALC) - FALC formation and adipose-resident B cell expansion during aging are regulated by the Nlrp3 inflammasome - Nlrp3 and B cell depletion in aging restores lipolysis and improves cold tolerancea

Increasing age is the strongest predictor of risk of COVID-19 severity. Unregulated cytokine storm together with impaired immunometabolic response leads to highest mortality in elderly infected with SARS-CoV-2. To investigate how aging compromises defense against COVID-19, we developed a model of natural murine beta coronavirus (mCoV) infection with mouse hepatitis virus strain MHV-A59 (mCoV-A59) that recapitulated majority of clinical hallmarks of COVID-19. Aged mCoV-A59-infected mice have increased mortality and higher systemic inflammation in the heart, adipose tissue and hypothalamus, including neutrophilia and loss of γδ T cells in lungs. Ketogenic diet increases beta-hydroxybutyrate, expands tissue protective γδ T cells, deactivates the inflammasome and decreases pathogenic monocytes in lungs of infected aged mice. These data underscore the value of mCoV-A59 model to test mechanism and establishes harnessing of the ketogenic immunometabolic checkpoint as a potential treatment against COVID-19 in the elderly.

Dietary interventions such as caloric restriction (CR)