BACKGROUND: Clinical studies demonstrated beneficial effects of sodium-glucose-transporter 2 inhibitors on the risk of cardiovascular death in patients with heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). However, underlying processes for cardioprotection remain unclear. The present study focused on the impact of empagliflozin (Empa) on myocardial function in a rat model with established HFpEF and analyzed underlying molecular mechanisms. METHODS: Obese ZSF1 (Zucker fatty and spontaneously hypertensive) rats were randomized to standard care (HFpEF, n=18) or Empa (HFpEF/Empa, n=18). ZSF1 lean rats (con, n=18) served as healthy controls. Echocardiography was performed at baseline and after 4 and 8 weeks, respectively. After 8 weeks of treatment, hemodynamics were measured invasively, mitochondrial function was assessed and myocardial tissue was collected for either molecular and histological analyses or transmission electron microscopy. RESULTS: In HFpEF Empa significantly improved diastolic function (E/é: con: 17.5±2.8; HFpEF: 24.4±4.6; P <0.001 versus con; HFpEF/Empa: 19.4±3.2; P <0.001 versus HFpEF). This was accompanied by improved hemodynamics and calcium handling and by reduced inflammation, hypertrophy, and fibrosis. Proteomic analysis demonstrated major changes in proteins involved in mitochondrial oxidative phosphorylation. Cardiac mitochondrial respiration was significantly impaired in HFpEF but restored by Empa (V max complex IV: con: 0.18±0.07 mmol O 2 /s/mg; HFpEF: 0.13±0.05 mmol O 2 /s/mg; P <0.041 versus con; HFpEF/Empa: 0.21±0.05 mmol O 2 /s/mg; P =0.012 versus HFpEF) without alterations of mitochondrial content. The expression of cardiolipin, an essential stability/functionality-mediating phospholipid of the respiratory chain, was significantly decreased in HFpEF but reverted by Empa (con: 15.9±1.7 nmol/mg protein; HFpEF: 12.5±1.8 nmol/mg protein; P =0.002 versus con; HFpEF/Empa: 14.5±1.8 nmol/mg protein; P =0.03 versus HFpEF). Transmission electron microscopy revealed a reduced size of mitochondria in HFpEF, which was restored by Empa. CONCLUSIONS: The study demonstrates beneficial effects of Empa on diastolic function, hemodynamics, inflammation, and cardiac remodeling in a rat model of HFpEF. These effects were mediated by improved mitochondrial respiratory capacity due to modulated cardiolipin and improved calcium handling.

Fibrosis and inflammation promote atrial fibrillation (AF) and worsen its clinical outcome. The underlying molecular mechanisms, that are relevant for effective antifibrotic drug development, are still under debate. This study deciphers a novel mechanistic interplay between polo-like kinase 2 (PLK2) and the pro-inflammatory cytokine osteopontin (OPN) in the pathogenesis of atrial fibrosis. Compared to sinus rhythm (SR) controls, right atrial appendages and isolated right atrial fibroblasts from AF patients showed downregulation of PLK2 mRNA and protein levels, which were accompanied by remarkable hypoxia-sensitive DNA-methylation of the PLK2 promotor. In an experimental setting, both, genetic deletion and pharmacological inhibition of PLK2 induced myofibroblast differentiation and reduced fibroblast proliferation. Notably, proteomics from PLK2-deleted fibroblasts revealed de novo secretion of OPN. Accordingly, we observed higher OPN plasma levels in AF patients with atrial fibrosis compared to non-fibrosis AF patients. Hence, we provide evidence for PLK2 reactivation and/or OPN inhibition as potential novel targets to prevent fibrosis progression in AF.