Background: Myocardial infarction (MI) triggers myelopoiesis, resulting in heightened production of neutrophils. However, the mechanisms that sustain their production and recruitment to the injured heart are unclear. Methods: Using a mouse model of the permanent ligation of the left anterior descending artery and flow cytometry, we first characterized the temporal and spatial effects of MI on different myeloid cell types. We next performed global transcriptome analysis of different cardiac cell types within the infarct to identify the drivers of the acute inflammatory response and the underlying signaling pathways. Using a combination of genetic and pharmacological strategies, we identified the sequelae of events that led to MI-induced myelopoiesis. Cardiac function was assessed by echocardiography. The association of early indexes of neutrophilia with major adverse cardiovascular events was studied in a cohort of patients with acute MI. Results: Induction of MI results in rapid recruitment of neutrophils to the infarct, where they release specific alarmins, S100A8 and S100A9. These alarmins bind to the Toll-like receptor 4 and prime the nod-like receptor family pyrin domain-containing 3 inflammasome in naïve neutrophils and promote interleukin-1β secretion. The released interleukin-1β interacts with its receptor (interleukin 1 receptor type 1) on hematopoietic stem and progenitor cells in the bone marrow and stimulates granulopoiesis in a cell-autonomous manner. Genetic or pharmacological strategies aimed at disruption of S100A8/A9 and their downstream signaling cascade suppress MI-induced granulopoiesis and improve cardiac function. Furthermore, in patients with acute coronary syndrome, higher neutrophil count on admission and after revascularization correlates positively with major adverse cardiovascular disease outcomes. Conclusions: Our study provides novel evidence for the primary role of neutrophil-derived alarmins (S100A8/A9) in dictating the nature of the ensuing inflammatory response after myocardial injury. Therapeutic strategies aimed at disruption of S100A8/A9 signaling or their downstream mediators (eg, nod-like receptor family pyrin domain-containing 3 inflammasome, interleukin-1β) in neutrophils suppress granulopoiesis and may improve cardiac function in patients with acute coronary syndrome.

Cardiac fibrosis can be mitigated by limiting fibroblast-to-myofibroblast differentiation and proliferation. Human antigen R (HuR) modulates messenger RNA stability and expression of multiple genes. However, the direct role of cardiac myofibroblast HuR is unknown. Myofibroblast-specific deletion of HuR limited cardiac fibrosis and preserved cardiac functions in pressure overload injury. Knockdown of HuR in transforming growth factor-β1–treated cardiac fibroblasts suppressed myofibroblast differentiation and proliferation. HuR deletion abrogated the expression and messenger RNA stability of cyclins D1 and A2, suggesting a potential mechanism by which HuR promotes myofibroblast proliferation. Overall, these data suggest that inhibition of HuR could be a potential therapeutic approach to limit cardiac fibrosis.

Abstract Background Heart failure is the leading cause of mortality, morbidity, and healthcare expenditures worldwide. Numerous studies have implicated Glycogen Synthase Kinase-3 (GSK-3) as a promising therapeutic target for cardiovascular diseases. GSK-3 isoforms appear to play overlapping, unique, and even opposing functions in the heart. Recently our group has identified cardiac fibroblast (CF) GSK-3β as a negative regulator of fibrotic remodeling in the ischemic heart. However, the role of CF-GSK-3α in myocardial fibrosis is unknown. Methods and Results Herein, we employed two entirely novel conditional fibroblast-specific and tamoxifen-inducible mouse models to define the role of CF-GSK-3α in fibroblast activation and myocardial fibrosis. Specifically, GSK-3α was deleted from cardiac fibroblasts or myofibroblasts with tamoxifen-inducible Tcf21- or periostin-promoter-driven Cre recombinase. At 2 months of age, WT and KO mice were subjected to cardiac injury, and heart functions were monitored by serial echocardiography. Histological analysis and morphometric studies were performed at 8 weeks post-injury. In both settings, GSK-3α deletion restricted fibrotic remodeling and improved cardiac function. To investigate underlying mechanisms, we examined the effect of GSK-3α deletion on myofibroblast transformation and pro-fibrotic TGFβ1-SMAD3 signaling in vitro . A significant reduction in cell migration, collagen gel contraction, and α-SMA expression in TGFβ1 treated GSK-3α KO MEFs confirmed that GSK-3α is required for myofibroblast transformation. Surprisingly, GSK-3α deletion did not affect SMAD3 activation, indicating the pro-fibrotic role of GSK-3α is SMAD3 independent. To further delineate the underlying mechanism, total proteins were isolated from CFs of WT and KO animals at 4 weeks post-injury, and kinome profiling was performed by utilizing PamStation ® 12 high throughput microarray platform. The kinome analysis identified the downregulation of RAF family kinase activity in GSK3α-KO-CFs. Moreover, mapping of significantly altered kinases against literature annotated interactions generated ERK-centric networks. Importantly, flow cytometric analysis of CFs confirmed a significant decrease in pERK levels in KO mice. Additionally, our in vitro studies demonstrated that GSK-3α deletion prevented TGFβ1 induced ERK activation thereby validating our findings from kinome analysis. Interestingly, IL-11, a fibroblast specific downstream effector of TGFβ1, was very low in GSK-3α KO MEFs as compared to WT and ERK inhibition further reduced IL-11 expression in them. All these results indicate that GSK-3α mediates pro-fibrotic response in the injured heart through IL-11 and ERK pathway. Conclusion CF-GSK-3α plays a causal role in myocardial fibrosis that could be therapeutically targeted for future clinical applications.

Abstract Cardiac fibrosis is the hallmark of cardiovascular disease (CVD), which is leading cause of death worldwide. Previously, we have shown that interleukin‐10 (IL10) reduces pressure overload (PO)‐induced cardiac fibrosis by inhibiting the recruitment of bone marrow fibroblast progenitor cells (FPCs) to the heart. However, the precise mechanism of FPC involvement in cardiac fibrosis remains unclear. Recently, exosomes and small extracellular vesicles (sEVs) have been linked to CVD progression. Thus, we hypothesized that pro‐fibrotic miRNAs enriched in sEV‐derived from IL10 KO FPCs promote cardiac fibrosis in pressure‐overloaded myocardium. Small EVs were isolated from FPCs cultured media and characterized as per MISEV‐2018 guidelines. Small EV's miRNA profiling was performed using Qiagen fibrosis‐associated miRNA profiler kit. For functional analysis, sEVs were injected in the heart following TAC surgery. Interestingly, TGFβ‐treated IL10‐KO‐FPCs sEV increased profibrotic genes expression in cardiac fibroblasts. The exosomal miRNA profiling identified miR‐21a‐5p as the key player, and its inhibition with antagomir prevented profibrotic signalling and fibrosis. At mechanistic level, miR‐21a‐5p binds and stabilizes ITGAV ( integrin av) mRNA. Finally, miR‐21a‐5p‐silenced in sEV reduced PO‐induced cardiac fibrosis and improved cardiac function. Our study elucidates the mechanism by which inflammatory FPC‐derived sEV exacerbate cardiac fibrosis through the miR‐21a‐5p/ITGAV/Col1α signalling pathway, suggesting miR‐21a‐5p as a potential therapeutic target for treating hypertrophic cardiac remodelling and heart failure.

Introduction: Ischemia/reperfusion (I/R) injury occurs after coronary revascularization, contributing to infarct size. Circulating mitochondrial DNA (mtDNA) levels are elevated in acute myocardial infarction (MI) patients, and act as Damage Associated Molecular Patterns (mtDNA DAMP), which are recognized by the Toll-like receptor 9 (TLR9), initiating pro-inflammatory responses. Prior studies have shown that loss of TLR9 prevents I/R injury in isolated mouse hearts. However, mtDNA DAMP levels have not been measured in ST-elevation MI (STEMI) patients, and whether blocking TLR9 in mice can reduce I/R injury remains unknown. Hypothesis: MtDNA DAMP levels serve as markers of STEMI related cardiac injury. Blocking the activation of TLR9 will decrease cardiac I/R injury. Methods: MtDNA DAMP levels in serum were measured pre- and 24 hours post- PCI in 55 STEMI patients and 37 healthy controls by qPCR. To evaluate the role of TLR9 on I/R injury, ODN2088 was used to block TLR9 receptor, wild type and TLR9 germline KO mice were subjected to close-chest I/R surgery with minimal systemic inflammation. The cardiac systolic function and infarct size were assessed. Immune cells were isolated from the injured left ventricle and spleens and detected by flow cytometry. Results: Pre- PCI mtDNA DAMP levels were increased ~200 folds in STEMI patients compared to healthy controls. After PCI, the elevated mtDNA DAMP levels reduced significantly, while the troponin T levels increased, suggesting mtDNA is an early marker of MI. Compared with negative ODN, ODN2088 treatment at reperfusion reduced infarct size and total leukocytes, myeloid cells, neutrophils and TNF-α + cells, and a trend of reduced IL-1β + cells, and there was no difference in IL-6 + cells, total macrophages and residential macrophages. Loss of TLR9 in male and female mice significantly reduced infarct size by ~40% and preserved the systolic function. Meanwhile, there is no difference between genders. Conclusions: Circulating mtDNA DAMP level is an early marker of STEMI and may predict the success of PCI. Blocking the mtDNA DAMP-TLR9 signaling pathway during reperfusion significantly reduces I/R injury, indicating it is a viable therapy to mitigate cardiac I/R injury after prompt coronary revascularization.

Acute myocardial infarction (MI) provokes an inflammatory response in the heart that removes damaged tissues to facilitate repair. However, exaggerated and/or persistent inflammation compromises healing, which may be counteracted by regulatory immune mechanisms. A key regulatory factor in an inflammatory response is the anti-inflammatory cytokine IL-10, which can be produced by a number of immune cells including subsets of B lymphocytes. Here, we investigated IL-10-producing B cells in pericardial adipose tissues (PATs) and their role in the healing process following acute MI in mice. We found abundant IL-10-producing B cells in PATs under homeostatic conditions, with the majority of them bearing cell surface CD5 (CD5+ B cells). These cells were detected early in life, maintained a steady presence during adulthood, and resided in fat-associated lymphoid clusters (FALCs). The cytokine IL-33 was preferentially expressed in PATs under homeostatic conditions and contributed to enrichment of IL-10-producing CD5+ B cells in PATs. CD5+ B cells expanded in PATs following MI, and accumulated in the infarcted heart during the resolution of MI-induced inflammation. B cell-specific deletion of IL-10 worsened cardiac function after MI, exacerbated myocardial injury, and delayed resolution of inflammation. These findings reveal a significant contribution of IL-10-producing B cells to the anti-inflammatory mechanism that terminates MI-induced inflammation, and identify these cells as novel therapeutic targets to improve the outcome of MI.

Abstract Background Heart Failure (HF) is the leading cause of death worldwide. Myocardial fibrosis, one of the clinical manifestations implicated in almost every form of heart disease, contributes significantly to HF development. However, there is no approved drug specifically designed to target cardiac fibrosis. Nintedanib (NTB) is an FDA approved tyrosine kinase inhibitor for idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) and chronic fibrosing interstitial lung diseases (ILD). The favorable clinical outcome of NTB in IPF patients is well established. Furthermore, NTB is well tolerated in IPF patients irrespective of cardiovascular comorbidities. However, there is a lack of direct evidence to support the therapeutic efficacy and safety of NTB in cardiac diseases. Methods and Results We examined the effects of NTB treatment on cardiac fibrosis and dysfunction using a murine model of HF. Specifically, 10 weeks old C57BL/6J male mice were subjected to Transverse Aortic Constriction (TAC) surgery. NTB was administered once daily by oral gavage (50mg/kg) till 16 weeks post-TAC. Cardiac function was monitored by serial echocardiography. Histological analysis and morphometric studies were performed at 16 weeks post-TAC. In the control group, systolic dysfunction started developing from 4 weeks post-surgery and progressed till 16 weeks. However, NTB treatment prevented TAC-induced cardiac functional decline. In another experiment, NTB treatment was stopped at 8 weeks, and animals were followed till 16 weeks post-TAC. Surprisingly, NTB’s beneficial effect on cardiac function was maintained even after treatment interruption. NTB treatment remarkably reduced cardiac fibrosis as confirmed by Masson’s trichome staining and decreased expression of collagen genes (COL1A1, COL3A1). Compared to TAC group, NTB treated mice showed lower HW/TL ratio and cardiomyocyte cross-sectional area. Our in vitro studies demonstrated that NTB prevents myofibroblast transformation, TGFβ1-induced SMAD3 phosphorylation, and production of fibrogenic proteins (Fibronectin-1). However, NTB significantly altered vital signaling pathways in both, isolated fibroblast and cardiomyocytes, suggesting that its biological effect and underlying cardiac protection mechanisms are not limited to fibroblast and fibrosis alone. Conclusion Our findings provide a proof of concept for repurposing NTB to combat adverse myocardial fibrosis and encourage the need for further validation in large animal models and subsequent clinical development for HF patients.

Background: Over one million Americans experience myocardial infarction (MI) every year, and the resulting scar and subsequent cardiac fibrosis contribute to heart failure and death. A specialized cell-cell adhesion protein, cadherin-11 (CDH11), contributes to inflammation and fibrosis in rheumatoid arthritis, pulmonary fibrosis, and aortic valve calcification but has not yet been studied in the context of cardiac remodeling after MI. We hypothesized that targeting CDH11 function after MI would reduce inflammation-driven fibrotic remodeling and infarct expansion to improve functional outcomes in mice. Methods: MI was induced by ligation of the left anterior descending artery in transgenic mice with reduced or ablated CDH11, wild type mice receiving bone marrow transplants from Cdh11 transgenic animals, and wild type mice treated with a functional blocking antibody against CDH11(SYN0012). Cardiac function was measured by echocardiography, expression of cell populations was quantified by flow cytometry, and tissue remodeling by altered histological assessment and transcription of inflammatory and pro-angiogenic genes by qPCR. Co-culture was used to assess interactions between cardiac fibroblasts and macrophages. Results: MI increased transcription of Cdh11 in non-cardiomyocyte cells. Mice with deletion of Cdh11 and wild type mice receiving bone marrow transplants from Cdh11 transgenic animals had improved cardiac function and dimensions after MI. Animals given SYN0012 had improved cardiac function, reduced tissue remodeling, and altered transcription of inflammatory and proangiogenic genes. Targeting CDH11 also reduced the number of bone marrow-derived myeloid cells and increased pro-angiogenic cells in the heart three days after MI, consistent with a decrease in transcription and expression of IL-6 in the infarct region. Cardiac fibroblast and macrophage interactions led to an increase in IL-6 secretion that was reduced with SYN0012 treatment in vitro. Conclusions: Our findings suggest that CDH11-expressing cells contribute to inflammationdriven fibrotic remodeling after MI, and that targeting CDH11 with a blocking antibody improves cardiac function after MI. This improvement is likely mediated by altered recruitment of bone marrow-derived cells, thereby limiting the macrophage-induced expression of IL-6 by fibroblasts and promoting vascularization.