Abstract Activation of the transcription factor liver X receptor (LXR), has shown to be efficient at curbing aberrant lipid metabolism and inflammation. While small molecule delivery via nanomedicine has promising applications for a number of chronic diseases, there remain questions as to how nanoparticle formulation might be tailored to suit different tissue microenvironments and aid in drug delivery. In the current study, we compared the drug delivery capability of three nanoparticle (NP) formulations encapsulating the LXR activator, GW-3956. We observed little difference in the base characteristics of standard PLGA-PEG NP when compared to two redox-active polymeric NP formulations (DD and DB). Moreover, we also observed similar uptake of these NP into primary mouse macrophages. After an initial acute uptake period and using the transcript and protein expression of the cholesterol efflux protein ATP binding cassette A1 (ABCA1) as a readout, we determined that while the induction of transcript expression was similar between NPs, treatment with the redox-sensitive DB formulation resulted in a higher level of ABCA1 protein 24 h after the removal of the drug-containing NPs. Our results suggest that NP formulations responsive to cellular cues may be an effective tool for targeted and disease-specific drug release.

Abstract Objective The dysregulation of myeloid-derived cell metabolism can drive atherosclerosis. AMP-activated protein kinase (AMPK) controls various aspects of macrophage dynamics and lipid homeostasis, which are important during atherogenesis. Approach and Results We aimed to clarify the role of myeloid-specific AMPK signaling by using LysM-Cre to drive the deletion of both the α1 and α2 catalytic subunits (MacKO), in male and female mice made acutely atherosclerotic by PCSK9-AAV and Western diet-feeding. After 6 weeks of Western diet feeding, half received daily injection of either the AMPK activator, A-769662 or a vehicle control for a further 6 weeks. After 12 weeks, myeloid cell populations were not different between genotype or sex. Similarly, aortic sinus plaque size, lipid staining and necrotic area were not different in male and female MacKO mice compared to their littermate floxed controls. Moreover, therapeutic intervention with A-769662 had no effect. There were no differences in the amount of circulating total cholesterol or triglyceride, and only minor differences in the levels of inflammatory cytokines between groups. Finally, CD68+ area or markers of autophagy showed no effect of either lacking AMPK signaling or systemic AMPK activation. Conclusions Our data suggest that while defined roles for each catalytic AMPK subunit have been identified, global deletion of myeloid AMPK signaling does not significantly impact atherosclerosis. Moreover, we show that intervention with the first-generation AMPK activator, A-769662, was not able to stem the progression of atherosclerosis. Highlights - The deletion of both catalytic subunits of AMPK in myeloid cells has no significant effect on the progression of atherosclerosis in either male or female mice - Therapeutic delivery of a first-generation AMPK activator (A-769662) for the last 6 weeks of 12-week study had no beneficial effect in either male or female mice - Studying total AMPK deletion may mask specific effects of each isoform and highlights the need for targeted disruption of AMPK phosphorylation sites via knock-in mutations, rather than the traditional “sledgehammer” knockout approach

Background and aims Dysregulated cholesterol metabolism is a hallmark of atherosclerotic cardiovascular diseases, yet our understanding of how endogenous cholesterol synthesis affects atherosclerosis is not clear. The energy sensor AMP-activated protein kinase (AMPK) phosphorylates and inhibits the rate-limiting enzyme in the mevalonate pathway HMG-CoA reductase (HMGCR). Recent work demonstrated that when AMPK-HMGCR signaling was compromised in an Apoe-/- model of hypercholesterolemia, atherosclerosis was exacerbated due to elevated hematopoietic stem and progenitor cell mobilization and myelopoiesis. We sought to validate the significance of the AMPK-HMGCR signaling axis in atherosclerosis using a non-germline hypercholesterolemia model with functional ApoE. Methods Male and female HMGCR S871A knock-in (KI) mice and wild-type (WT) littermate controls were made atherosclerotic by intravenous injection of a gain-of-function Pcsk9D374Y-adeno-associated virus followed by high-fat and high-cholesterol atherogenic western diet feeding for 16 weeks. Results AMPK activation suppressed endogenous cholesterol synthesis in primary bone marrow-derived macrophages from WT but not HMGCR KI mice, without changing other parameters of cholesterol regulation. Atherosclerotic plaque area was unchanged between WT and HMGCR KI mice, independent of sex. Correspondingly, there were no phenotypic differences observed in hematopoietic progenitors or differentiated immune cells in the bone marrow, blood, or spleen, and no significant changes in systemic markers of inflammation. When lethally irradiated female mice were transplanted with KI bone marrow, there was similar plaque content relative to WT. Conclusions Given previous work, our study demonstrates the importance of preclinical atherosclerosis model comparison and brings into question the importance of AMPK-mediated control of cholesterol synthesis in atherosclerosis.

OPA1 is an inner mitochondrial membrane protein that mediates diverse signaling processes. OPA1 is important for cardiac function and protects against cardiac insults such as ischemia reperfusion injury. We sought to further assess OPA1 in human and mouse cardiac pathologies, hypothesizing that OPA1 may also function in a protective manner in chronic heart failure. Bioinformatic analyses of histological and transcript data from the GTEx database indicated that OPA1 expression levels vary in the human heart, where elevated OPA1 transcript levels were correlated with fatty acid, branch chain amino acid and contractile gene signatures. To experimentally assess these correlations, mice with a 1.5-fold whole body OPA1 overexpression (OPA1-OE) were subjected to transverse aortic constriction surgery and displayed improved 2D and 4D cardiac functional parameters compared to WT mice. OPA1-OE mice had no induction of fibrotic transcript markers and displayed sustained transcript levels of fatty acid, branch chain amino acid and contractile markers. Maximal oxidative capacity was sustained in both WT and OPA1-OE cardiac myofibers post-TAC. These results further demonstrate the important role of OPA1 in mediating cardiac function and highlight protective signaling pathways.

Abstract Type 2 cytokines like IL-4 are hallmarks of helminth infection and activate macrophages to limit immunopathology and mediate helminth clearance. In addition to cytokines, nutrients and metabolites critically influence macrophage polarization. Choline is an essential nutrient known to support normal macrophage responses to lipopolysaccharide; however, its function in macrophages polarized by type 2 cytokines is unknown. Using murine IL-4-polarized macrophages, targeted lipidomics revealed significantly elevated levels of phosphatidylcholine, with select changes to other choline-containing lipid species. These changes were supported by the coordinated upregulation of choline transport compared to naïve macrophages. Pharmacological inhibition of choline metabolism significantly suppressed several mitochondrial transcripts and dramatically inhibited select IL-4-responsive transcripts, most notably, Retnla . We further confirmed that blocking choline metabolism diminished IL-4-induced RELMα (encoded by Retnla ) protein content and secretion and caused a dramatic reprogramming toward glycolytic metabolism. To better understand the physiological implications of these observations, naïve or mice infected with intestinal helminths Heligmosomoides polygyrus or Nippostrongylus brasiliensis were treated with the choline kinase α inhibitor, RSM-932A, to limit choline metabolism in vivo . Pharmacological inhibition of choline metabolism lowered RELMα expression across cell-types and tissues and led to the disappearance of peritoneal macrophages and B-1 lymphocytes and an influx of infiltrating monocytes. The impaired macrophage activation was associated with some loss in optimal immunity to H. polygyrus with increased egg burden, but there were no differences in intestinal worm count nor differences in N. brasiliensis parasite burden. Together, these data demonstrate that choline metabolism is required for macrophage RELMα induction, metabolic programming, and peritoneal immune homeostasis, which could have important implications in the context of other models of infection or cancer immunity. Abstract Figure

ABSTRACT The dysregulation of macrophage lipid metabolism drives atherosclerosis. AMP-activated protein kinase (AMPK) is a master regulator of cellular energetics and plays essential roles regulating macrophage lipid dynamics. Here, we investigated the consequences of atherogenic lipoprotein-induced foam cell formation on downstream immunometabolic signaling in primary mouse macrophages. A variety of atherogenic low-density lipoproteins (acetylated, oxidized and aggregated forms) activated AMPK signaling in a manner that was in part, due to CD36 and calcium-related signaling. In quiescent macrophages, basal AMPK signaling was crucial for maintaining markers of lysosomal homeostasis, as well as levels of key components in the lysosomal expression and regulation network. Moreover, AMPK activation resulted in targeted up-regulation of members of this network via transcription factor EB. However, in lipid-induced macrophage foam cells, neither basal AMPK signaling nor its activation affected lysosomal-associated programs. These results suggest that while the sum of AMPK signaling in cultured macrophages may be anti-atherogenic, atherosclerotic input dampens the regulatory capacity of AMPK signaling.

Abstract Objective Metabolic dysfunction-associated fatty liver disease (MAFLD) represents a growing cause of mortality and morbidity and encompasses a spectrum of liver pathologies. Potential therapeutic targets have been identified and are currently being pre-clinically and clinically tested. However, while dozens of preclinical models have been developed to recapitulate various stages of MAFLD, few achieve fibrosis using an experimental design that mimics human pathogenesis. We sought to clarify whether the combination of thermoneutral (T N ) housing and consumption of a classical Western diet (WD) would accelerate the onset of MAFLD and progression in male and female mice. Methods Male and female C57Bl/6J mice were fed a nutrient-matched low-fat control or Western diet (41% Kcal from fat, 43% carbohydrate and 0.2% cholesterol; WD) starting at ∼12 wk of age for a further 16 wk. Mice were divided and housed with littermates at either standard temperature (T S ; 22°C) or thermoneutral conditions (T N ; ∼29°C). Mice underwent tests for glucose tolerance, insulin sensitivity and body composition, as well as intestinal permeability. Following tissue harvest, circulating and liver markers of hepatic disease progression toward steatosis and fibrosis were determined. Results While male mice housed at T N and fed a WD were significantly heavier than T S -housed control animals, no other differences in body weight or composition were observed. WD-fed females housed under T N conditions had higher circulating LDL-cholesterol; however, there were no other significant differences between T N and T S -housing in circulating or hepatic lipid levels. While WD-fed T N males had higher ALT levels, no other differences in markers of liver injury or disease progression were observed. Moreover, females housed at T N conditions and fed a WD remained significantly protected against the induction of fibrosis compared to male counterparts. Interestingly, sex-specific differences were observed in markers of glucose and insulin tolerance, where T N housing and WD feeding resulted in hyperglycemia and impaired insulin responsiveness in both sexes, but glucose intolerance only in male mice. Conclusions While T N housing has been demonstrated to exacerbate high fat-induced hepatic steatosis and inflammation in male and female mice, coupling T N housing with a WD for 16 wk was not sufficient to augment fatty liver progression in male or female mice. Highlights Thermoneutral housing and Western diet feeding does not progress to NASH Female mice are not more susceptible to obesity induced fatty liver under these conditions Temperature and diet had sex-specific effects on glucose tolerance and insulin sensitivity