Pyroptosis executor Gasdermin (GsdmD) promotes atherosclerosis in mice and humans. Disulfiram (DSF) was recently shown to potently inhibit GsdmD, but the in-vivo efficacy and mechanism of DSF's anti-atherosclerotic activity is yet to be explored. We used human/mouse macrophages and a hyperlipidemic mouse model of atherosclerosis to determine DSF anti-atherosclerotic efficacy and mechanism. DSF-fed hyperlipidemic apoE-/- mice showed significantly reduced IL-1b release upon in-vivo Nlrp3 inflammasome assembly and showed smaller atherosclerotic lesions (~27% and 29% reduction in males and females, respectively). The necrotic core area was also smaller (~50% and 46% reduction in DSF-fed males and females, respectively). DSF induced autophagy in macrophages, hepatocytes/liver, and in atherosclerotic plaques. DSF modulated other atheroprotective pathways such as efferocytosis, phagocytosis, and gut microbiota. DSF-treated macrophages showed enhanced phagocytosis/efferocytosis, with a mechanism being a marked increase in cell-surface expression of efferocytic receptor MerTK. Atomic-force microscopy analysis revealed altered biophysical membrane properties of DSF treated macrophages, showing increased ordered-state of the plasma membrane and increased adhesion strength. Furthermore, the 16sRNA sequencing of DSF-fed hyperlipidemic mice showed highly significant enrichment in atheroprotective gut microbiota Akkermansia and a reduction in atherogenic Romboutsia species. Taken together, our data shows that DSF can simultaneously modulate multiple atheroprotective pathways, and thus may serve as novel adjuvant therapeutic to treat atherosclerosis.

Background: Human mutations in ATP8b1, a member of the P4-type ATPase family, cause Progressive Familial Intrahepatic Cholestasis I (PFIC1). PFIC1 patients often show extrahepatic inflammatory manifestations such as atherosclerosis, pancreatitis, and hearing loss. Even after liver transplantation, which rescues PFIC1 hepatic symptoms, the extrahepatic inflammatory symptoms persist. The mechanism of how ATP8b1 regulates inflammation is not clear. Pyroptosis executor Gasdermin D (GsdmD) plays a major role in promoting inflammation. GsdmD can be cleaved via a caspase-1/Nlrp3 dependent canonical inflammasome pathway, or a caspase-11 (in mice) or caspase-4/5 (in humans) dependent non-canonical inflammasome pathway. Goal: To decipher the mechanism for ATP8b1-mediated regulation of inflammasome activity in immune cells. Methods & Results: We employed Crispr-Cas9 generated homozygous ATP8b1 knockout human monocytes/macrophages to determine the status of inflammasome activity. Human monocytes/macrophages lacking ATP8b1 released significantly more IL-1β upon exposure to LPS (1μg/ml) + Nigericin (5 mM) vs. control cells (mean±SD, N=3-6, p<0.0001 by t-test.) Interestingly, ATP8b1 -/- cells showed GsdmD cleavage with LPS priming alone without a secondary signal, and markedly increased IL-1β release vs. WT cells (N=3-6, mean±SD, p<0.001). Mechanistically, LPS gained cytoplasmic access in ATP8b1 -/- immune cells, leading to cleavage of GsdmD in an NLRP3-independent, and caspase 4/5 dependent non-canonical inflammasome. The ATP8b1 -/- immune cells showed impaired lysosomal acidification, though the lysosomal number and lysosomal membrane integrity were not compromised. ATP8b1 -/- immune cells showed defects in inflammasome-resolving pathways such as phagocytosis and efferocytosis. Atomic force microscopy of ATP8b1 -/- cells showed a reduced order state of the plasma membrane with Young’s modulus of elasticity for THP-1 ATP8b1 -/- (Ey= 296±10.42 Pa) vs. WT macrophages (Ey =680±25.27 Pa, N =30, mean±SD, p<0.0001). Conclusions: ATP8b1 negatively regulates GsdmD cleavage via a non-canonical inflammasome pathway. GsdmD may serve as a therapeutic target for resolving inflammation in PFIC1 patients.

Abstract Excess cholesterol induces foam cell formation, NLRP3 inflammasome activation, and IL-1β release in atherosclerotic plaques. We have shown previously that Miltefosine increased cholesterol release and dampened NLRP3 inflammasome assembly in macrophages. Here, we show that Miltefosine reduced LPS-induced choline uptake by macrophages and attenuated NLRP3 inflammasome assembly in mice. Miltefosine-fed mice showed reduced plasma IL-1β in a polymicrobial cecal slurry injection model of systemic inflammation. Miltefosine-fed mice showed increased reverse cholesterol transport from macrophages to plasma, liver, and feces. Hyperlipidemic apoE −/− mice fed with Miltefosine showed significantly reduced weight gain and markedly reduced atherosclerotic lesions vs. control mice. 16S rDNA sequencing and analysis showed alterations in the gut microbiota profile of Miltefosine-fed hyperlipidemic apoE −/− vs. control mice, with the most notable changes in Romboutsia and Bacteroidetes species . Taken together, these data indicate that Miltefosine causes pleiotropic effects on lipid metabolism, inflammasome activity, atherosclerosis, and the gut microbiota.

Abstract The activities of the NLRP3 and AIM2 inflammasomes and Gasdermin D (GsdmD), the final executor of inflammasome activity, are implicated in lung cancer pathophysiology but it’s not clear if their contributions promote or retard lung cancer progression. GsdmD plays a role in release of interleukin-1beta (IL-1 β), and the CANTOS trial and recent studies have highlighted a crucial role of IL-1β in promoting lung cancer. Expression of GsdmD was shown to be upregulated in human non-small cell lung cancer (NSCLC) tissue, but its contribution to in vivo lung cancer metastasis is not known. Using a metastatic Lewis Lung Carcinoma (LLC) cell model, we show that GsdmD knockout (GsdmD -/- ) mice form significantly fewer cancer foci in lung, and exhibit markedly decreased lung cancer metastasis. Furthermore, GsdmD -/- mice show a significant ~ 50% increase in median survival rate vs. isogenic WT C57BL6J mice. The cleaved forms of GsdmD and IL-1 β were detected in lung tumor tissue, indicating inflammasome activity in lung tumor microenvironment (TME). Increased migration and growth of LLC cells was observed upon exposure to the conditioned media derived from inflammasome-induced wild type, but not the GsdmD -/- , macrophages. Exposure of human A549 lung cancer cells to the conditioned media derived from inflammasome-induced THP-1 macrophages also resulted in increased cell migration. Using bone marrow transplantation, we show the myeloid-specific contribution of GsdmD in lung cancer metastasis. Taken together, our data show that inflammasome activation in macrophages promotes lung cancer growth and migration, and GsdmD plays a myeloid-specific role in lung cancer progression in mice.