Recent work in mice has shown that microRNA-33a is an important regulator of lipid metabolism and that its inhibition can increase plasma high-density lipoprotein (HDL) and decrease atherosclerosis. Rayner et al. take an important step in translating these findings to non-human primates (African green monkeys), which, like humans and unlike mice, express both miR-33a and miR-33b. They find that anti-miR-33 is effective at inhibiting both miR-33a and miR-33b. As seen in the mouse studies, anti-miR33 raised plasma HDL but had the additional beneficial effect of reducing very low-density lipoprotein triglycerides, making this type of 'antagomir' therapy a candidate method of treating dyslipidaemias that increase cardiovascular disease risk. Cardiovascular disease remains the leading cause of mortality in westernized countries, despite optimum medical therapy to reduce the levels of low-density lipoprotein (LDL)-associated cholesterol. The pursuit of novel therapies to target the residual risk has focused on raising the levels of high-density lipoprotein (HDL)-associated cholesterol in order to exploit its atheroprotective effects1. MicroRNAs (miRNAs) have emerged as important post-transcriptional regulators of lipid metabolism and are thus a new class of target for therapeutic intervention2. MicroRNA-33a and microRNA-33b (miR-33a/b) are intronic miRNAs whose encoding regions are embedded in the sterol-response-element-binding protein genes SREBF2 and SREBF1 (refs 3–5), respectively. These miRNAs repress expression of the cholesterol transporter ABCA1, which is a key regulator of HDL biogenesis. Recent studies in mice suggest that antagonizing miR-33a may be an effective strategy for raising plasma HDL levels3,4,5 and providing protection against atherosclerosis6; however, extrapolating these findings to humans is complicated by the fact that mice lack miR-33b, which is present only in the SREBF1 gene of medium and large mammals. Here we show in African green monkeys that systemic delivery of an anti-miRNA oligonucleotide that targets both miR-33a and miR-33b increased hepatic expression of ABCA1 and induced a sustained increase in plasma HDL levels over 12 weeks. Notably, miR-33 antagonism in this non-human primate model also increased the expression of miR-33 target genes involved in fatty acid oxidation (CROT, CPT1A, HADHB and PRKAA1) and reduced the expression of genes involved in fatty acid synthesis (SREBF1, FASN, ACLY and ACACA), resulting in a marked suppression of the plasma levels of very-low-density lipoprotein (VLDL)-associated triglycerides, a finding that has not previously been observed in mice. These data establish, in a model that is highly relevant to humans, that pharmacological inhibition of miR-33a and miR-33b is a promising therapeutic strategy to raise plasma HDL and lower VLDL triglyceride levels for the treatment of dyslipidaemias that increase cardiovascular disease risk.

Cellular imbalances of cholesterol and fatty acid metabolism result in pathological processes, including atherosclerosis and metabolic syndrome. Recent work from our group and others has shown that the intronic microRNAs hsa-miR-33a and hsa-miR-33b are located within the sterol regulatory element-binding protein-2 and -1 genes, respectively, and regulate cholesterol homeostasis in concert with their host genes. Here, we show that miR-33a and -b also regulate genes involved in fatty acid metabolism and insulin signaling. miR-33a and -b target key enzymes involved in the regulation of fatty acid oxidation, including carnitine O -octaniltransferase, carnitine palmitoyltransferase 1A, hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase, Sirtuin 6 (SIRT6), and AMP kinase subunit-α. Moreover, miR-33a and -b also target the insulin receptor substrate 2, an essential component of the insulin-signaling pathway in the liver. Overexpression of miR-33a and -b reduces both fatty acid oxidation and insulin signaling in hepatic cell lines, whereas inhibition of endogenous miR-33a and -b increases these two metabolic pathways. Together, these data establish that miR-33a and -b regulate pathways controlling three of the risk factors of metabolic syndrome, namely levels of HDL, triglycerides, and insulin signaling, and suggest that inhibitors of miR-33a and -b may be useful in the treatment of this growing health concern.

Objective— The ATP-binding cassette transporter A1 (ABCA1) is a major regulator of macrophage cholesterol efflux and protects cells from excess intracellular cholesterol accumulation; however, the mechanism involved in posttranscriptional regulation of ABCA1 is poorly understood. We previously showed that microRNA-33 (miR-33) is 1 regulator. Here, we investigated the potential contribution of other microRNAs (miRNAs) to posttranscriptional regulation of ABCA1 and macrophage cholesterol efflux. Methods and Results— We performed a bioinformatic analysis for identifying miRNA target prediction sites in ABCA1 gene and an unbiased genome-wide screen to identify miRNAs modulated by cholesterol excess in mouse peritoneal macrophages. Quantitative real-time reverse transcription–polymerase chain reaction confirmed that miR-758 is repressed in cholesterol-loaded macrophages. Under physiological conditions, high dietary fat excess in mice repressed miR-758 both in peritoneal macrophages and, to a lesser extent, in the liver. In mouse and human cells in vitro, miR-758 repressed the expression of ABCA1, and conversely, the inhibition of this miRNA by using anti-miR-758 increased ABCA1 expression. In mouse cells, miR-758 reduced cellular cholesterol efflux to apolipoprotein A1 (apoA1), and anti-miR-758 increased it. miR-758 directly targets the 3′-untranslated region of Abca1 as assessed by 3′-untranslated region luciferase reporter assays. Interestingly, miR-758 is highly expressed in the brain, where it also targets several genes involved in neurological functions, including Slc38a1, Ntm, Epha7 , and Mytl1 . Conclusion— We identified miR-758 as a novel miRNA that posttranscriptionally controls ABCA1 levels in different cells and regulates macrophage cellular cholesterol efflux to apoA1, opening new avenues to increase apoA1 and raise high-density lipoprotein levels.

MicroRNA-122 (miR-122) is abundant in the liver and involved in lipid homeostasis, but its relevance to the long-term risk of developing metabolic disorders is unknown. We therefore measured circulating miR-122 in the prospective population-based Bruneck Study (n = 810; survey year 1995). Circulating miR-122 was associated with prevalent insulin resistance, obesity, metabolic syndrome, type 2 diabetes, and an adverse lipid profile. Among 92 plasma proteins and 135 lipid subspecies quantified with mass spectrometry, it correlated inversely with zinc-α-2-glycoprotein and positively with afamin, complement factor H, VLDL-associated apolipoproteins, and lipid subspecies containing monounsaturated and saturated fatty acids. Proteomics analysis of livers from antagomiR-122–treated mice revealed novel regulators of hepatic lipid metabolism that are responsive to miR-122 inhibition. In the Anglo-Scandinavian Cardiac Outcomes Trial (ASCOT, n = 155), 12-month atorvastatin reduced circulating miR-122. A similar response to atorvastatin was observed in mice and cultured murine hepatocytes. Over up to 15 years of follow-up in the Bruneck Study, multivariable adjusted risk ratios per one-SD higher log miR-122 were 1.60 (95% CI 1.30–1.96; P < 0.001) for metabolic syndrome and 1.37 (1.03–1.82; P = 0.021) for type 2 diabetes. In conclusion, circulating miR-122 is strongly associated with the risk of developing metabolic syndrome and type 2 diabetes in the general population.

Pharmacologic inhibition of acetyl‐CoA carboxylase (ACC) enzymes, ACC1 and ACC2, offers an attractive therapeutic strategy for nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD) through simultaneous inhibition of fatty acid synthesis and stimulation of fatty acid oxidation. However, the effects of ACC inhibition on hepatic mitochondrial oxidation, anaplerosis, and ketogenesis in vivo are unknown. Here, we evaluated the effect of a liver‐directed allosteric inhibitor of ACC1 and ACC2 (Compound 1) on these parameters, as well as glucose and lipid metabolism, in control and diet‐induced rodent models of NAFLD. Oral administration of Compound 1 preferentially inhibited ACC enzymatic activity in the liver, reduced hepatic malonyl‐CoA levels, and enhanced hepatic ketogenesis by 50%. Furthermore, administration for 6 days to high‐fructose‐fed rats resulted in a 20% reduction in hepatic de novo lipogenesis. Importantly, long‐term treatment (21 days) significantly reduced high‐fat sucrose diet–induced hepatic steatosis, protein kinase C epsilon activation, and hepatic insulin resistance. ACCi treatment was associated with a significant increase in plasma triglycerides (approximately 30% to 130%, depending on the length of fasting). ACCi‐mediated hypertriglyceridemia could be attributed to approximately a 15% increase in hepatic very low‐density lipoprotein production and approximately a 20% reduction in triglyceride clearance by lipoprotein lipase ( P ≤ 0.05). At the molecular level, these changes were associated with increases in liver X receptor/sterol response element‐binding protein‐1 and decreases in peroxisome proliferator–activated receptor‐α target activation and could be reversed with fenofibrate co‐treatment in a high‐fat diet mouse model. Conclusion: Collectively, these studies warrant further investigation into the therapeutic utility of liver‐directed ACC inhibition for the treatment of NAFLD and hepatic insulin resistance.

Previous studies highlight the potential for sodium-glucose cotransporter type 2 (SGLT2) inhibitors (SGLT2i) to exert cardioprotective effects in heart failure by increasing plasma ketones and shifting myocardial fuel utilization toward ketone oxidation. However, SGLT2i have multiple in vivo effects and the differential impact of SGLT2i treatment and ketone supplementation on cardiac metabolism remains unclear. Here, using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) methodology combined with infusions of [13C6]glucose or [13C4]βOHB, we demonstrate that acute SGLT2 inhibition with dapagliflozin shifts relative rates of myocardial mitochondrial metabolism toward ketone oxidation, decreasing pyruvate oxidation with little effect on fatty acid oxidation in awake rats. Shifts in myocardial ketone oxidation persisted when plasma glucose levels were maintained. In contrast, acute βOHB infusion similarly augmented ketone oxidation, but markedly reduced fatty acid oxidation and did not alter glucose uptake or pyruvate oxidation. After inducing heart failure, dapagliflozin increased relative rates of ketone and fatty acid oxidation, but decreased pyruvate oxidation. Dapagliflozin increased mitochondrial redox and reduced myocardial oxidative stress in heart failure, which was associated with improvements in left ventricular ejection fraction after 3 weeks of treatment. Thus, SGLT2i have pleiotropic effects on systemic and heart metabolism, which are distinct from ketone supplementation and may contribute to the long-term cardioprotective benefits of SGLT2i.

Angiopoietin-like 4 (ANGPTL4), a key protein involved in lipoprotein metabolism, has diverse effects. There is an association between Angptl4 and diabetic kidney disease; however, this association has not been well investigated. We show that both podocyte- and tubule-specific ANGPTL4 are crucial fibrogenic molecules in diabetes. Diabetes accelerates the fibrogenic phenotype in control mice but not in ANGPTL4 mutant mice. The protective effect observed in ANGPTL4 mutant mice is correlated with a reduction in stimulator of interferon genes pathway activation, expression of pro-inflammatory cytokines, reduced epithelial-to-mesenchymal transition and endothelial-to-mesenchymal transition, lessened mitochondrial damage, and increased fatty acid oxidation. Mechanistically, we demonstrate that podocyte- or tubule-secreted Angptl4 interacts with Integrin β1 and influences the association between dipeptidyl-4 with Integrin β1. We demonstrate the utility of a targeted pharmacologic therapy that specifically inhibits Angptl4 gene expression in the kidneys and protects diabetic kidneys from proteinuria and fibrosis. Together, these data demonstrate that podocyte- and tubule-derived Angptl4 is fibrogenic in diabetic kidneys.

Angiopoietin-like 4 (ANGPTL4) is the key protein involved in lipoprotein metabolism and has been shown to have diverse effects on tissue protection. In clinical settings, there is a reported association between higher levels of plasma Angptl4 and features of diabetic kidney disease, however, the association between kidney Angptl4 with features of diabetic kidney disease has not been well investigated. We show that both podocyte- and tubule-specific ANGPTL4 are crucial fibrogenic molecules in diabetes. Results from mRNA-array analysis in control (non-fibrotic) and diabetic (fibrotic) kidneys suggest time-dependent emergence of Angplt4 expression. Diabetes accelerates the fibrogenic phenotype in control mice but not in ANGPTL4 mutant mice. The protective effect observed in ANGPTL4 mutant mice is correlated with a reduction in the levels of pro-inflammatory cytokines, epithelial-to-mesenchymal transition, endothelial-to-mesenchymal transition and augmented fatty acid oxidation. Mechanistically, we demonstrate that podocyte- or tubule-secreted Angptl4 interacts with Integrin-beta1 and influences the association between dipeptidyl-4 with Integrin-beta1 and promotes heterodimerization of transforming growth factor-beta receptor 1 (TGFbetaR1) and TGFbetaR2 in cultured cells. This in turn results in Smad3 phosphorylation and subsequent downregulation of the expression of genes involved in fatty acid oxidation; these cumulative effects led to the activation of fibrogenic phenotypes. We demonstrate the utility of a targeted pharmacologic therapy that specifically inhibits Angptl4 gene expression in the kidneys and protects diabetic kidneys from proteinuria and fibrosis. Importantly, use of this kidney-specific targeted strategy is beneficial and does not cause any harmful effect suggesting it can be used as a novel drug molecule for treatment of diabetic kidney disease. Taken together, these data demonstrate that podocyte- and tubule-derived Angptl4 is fibrogenic in diabetic kidneys.