Leukocytosis is associated with increased cardiovascular disease risk in humans and develops in hypercholesterolemic atherosclerotic animal models. Leukocytosis is associated with the proliferation of hematopoietic stem and multipotential progenitor cells (HSPCs) in mice with deficiencies of the cholesterol efflux–promoting ABC transporters ABCA1 and ABCG1 in BM cells. Here, we have determined the role of endogenous apolipoprotein-mediated cholesterol efflux pathways in these processes. In Apoe–/– mice fed a chow or Western-type diet, monocytosis and neutrophilia developed in association with the proliferation and expansion of HSPCs in the BM. In contrast, Apoa1–/– mice showed no monocytosis compared with controls. ApoE was found on the surface of HSPCs, in a proteoglycan-bound pool, where it acted in an ABCA1- and ABCG1-dependent fashion to decrease cell proliferation. Accordingly, competitive BM transplantation experiments showed that ApoE acted cell autonomously to control HSPC proliferation, monocytosis, neutrophilia, and monocyte accumulation in atherosclerotic lesions. Infusion of reconstituted HDL and LXR activator treatment each reduced HSPC proliferation and monocytosis in Apoe–/– mice. These studies suggest a specific role for proteoglycan-bound ApoE at the surface of HSPCs to promote cholesterol efflux via ABCA1/ABCG1 and decrease cell proliferation, monocytosis, and atherosclerosis. Although endogenous apoA-I was ineffective, pharmacologic approaches to increasing cholesterol efflux suppressed stem cell proliferative responses.

Clonal haematopoiesis, which is highly prevalent in older individuals, arises from somatic mutations that endow a proliferative advantage to haematopoietic cells. Clonal haematopoiesis increases the risk of myocardial infarction and stroke independently of traditional risk factors1. Among the common genetic variants that give rise to clonal haematopoiesis, the JAK2V617F (JAK2VF) mutation, which increases JAK-STAT signalling, occurs at a younger age and imparts the strongest risk of premature coronary heart disease1,2. Here we show increased proliferation of macrophages and prominent formation of necrotic cores in atherosclerotic lesions in mice that express Jak2VF selectively in macrophages, and in chimeric mice that model clonal haematopoiesis. Deletion of the essential inflammasome components caspase 1 and 11, or of the pyroptosis executioner gasdermin D, reversed these adverse changes. Jak2VF lesions showed increased expression of AIM2, oxidative DNA damage and DNA replication stress, and Aim2 deficiency reduced atherosclerosis. Single-cell RNA sequencing analysis of Jak2VF lesions revealed a landscape that was enriched for inflammatory myeloid cells, which were suppressed by deletion of Gsdmd. Inhibition of the inflammasome product interleukin-1β reduced macrophage proliferation and necrotic formation while increasing the thickness of fibrous caps, indicating that it stabilized plaques. Our findings suggest that increased proliferation and glycolytic metabolism in Jak2VF macrophages lead to DNA replication stress and activation of the AIM2 inflammasome, thereby aggravating atherosclerosis. Precise application of therapies that target interleukin-1β or specific inflammasomes according to clonal haematopoiesis status could substantially reduce cardiovascular risk.

Rationale: Plasma high-density lipoprotein levels are inversely correlated with atherosclerosis. Although it is widely assumed that this is attributable to the ability of high-density lipoprotein to promote cholesterol efflux from macrophage foam cells, direct experimental support for this hypothesis is lacking. Objective: To assess the role of macrophage cholesterol efflux pathways in atherogenesis. Methods and Results: We developed mice with efficient deletion of the ATP-binding cassette transporters A1 and G1 (ABCA1 and ABCG1) in macrophages (MAC-ABC DKO mice) but not in hematopoietic stem or progenitor populations. MAC-ABC DKO bone marrow (BM) was transplanted into Ldlr −/− recipients. On the chow diet, these mice had similar plasma cholesterol and blood monocyte levels but increased atherosclerosis compared with controls. On the Western-type diet, MAC-ABC DKO BM–transplanted Ldlr −/− mice had disproportionate atherosclerosis, considering they also had lower very low-density lipoprotein/low-density lipoprotein cholesterol levels than controls. ABCA1/G1-deficient macrophages in lesions showed increased inflammatory gene expression. Unexpectedly, Western-type diet–fed MAC-ABC DKO BM–transplanted Ldlr −/− mice displayed monocytosis and neutrophilia in the absence of hematopoietic stem and multipotential progenitor cells proliferation. Mechanistic studies revealed increased expressions of machrophage colony stimulating factor and granulocyte colony stimulating factor in splenic macrophage foam cells, driving BM monocyte and neutrophil production. Conclusions: These studies show that macrophage deficiency of ABCA1/G1 is proatherogenic likely by promoting plaque inflammation and uncover a novel positive feedback loop in which cholesterol-laden splenic macrophages signal BM progenitors to produce monocytes, with suppression by macrophage cholesterol efflux pathways.

Background: The CANTOS trial (Canakinumab Antiinflammatory Thrombosis Outcome Study) showed that antagonism of interleukin (IL)–1β reduces coronary heart disease in patients with a previous myocardial infarction and evidence of systemic inflammation, indicating that pathways required for IL-1β secretion increase cardiovascular risk. IL-1β and IL-18 are produced via the NLRP3 inflammasome in myeloid cells in response to cholesterol accumulation, but mechanisms linking NLRP3 inflammasome activation to atherogenesis are unclear. The cholesterol transporters ATP binding cassette A1 and G1 (ABCA1/G1) mediate cholesterol efflux to high-density lipoprotein, and Abca1/g1 deficiency in myeloid cells leads to cholesterol accumulation. Methods: To interrogate mechanisms connecting inflammasome activation with atherogenesis, we used mice with myeloid Abca1/g1 deficiency and concomitant deficiency of the inflammasome components Nlrp3 or Caspase-1/11 . Bone marrow from these mice was transplanted into Ldlr −/− recipients, which were fed a Western-type diet. Results: Myeloid Abca1/g1 deficiency increased plasma IL-18 levels in Ldlr −/− mice and induced IL-1β and IL-18 secretion in splenocytes, which was reversed by Nlrp3 or Caspase-1/11 deficiency, indicating activation of the NLRP3 inflammasome. Nlrp3 or Caspase-1/11 deficiency decreased atherosclerotic lesion size in myeloid Abca1/g1 -deficient Ldlr −/− mice. Myeloid Abca1/g1 deficiency enhanced caspase-1 cleavage not only in splenic monocytes and macrophages, but also in neutrophils, and dramatically enhanced neutrophil accumulation and neutrophil extracellular trap formation in atherosclerotic plaques, with reversal by Nlrp3 or Caspase-1/11 deficiency, suggesting that inflammasome activation promotes neutrophil recruitment and neutrophil extracellular trap formation in atherosclerotic plaques. These effects appeared to be indirectly mediated by systemic inflammation leading to activation and accumulation of neutrophils in plaques. Myeloid Abca1/g1 deficiency also activated the noncanonical inflammasome, causing increased susceptibility to lipopolysaccharide-induced mortality. Patients with Tangier disease, who carry loss-of-function mutations in ABCA1 and have increased myeloid cholesterol content, showed a marked increase in plasma IL-1β and IL-18 levels. Conclusions: Cholesterol accumulation in myeloid cells activates the NLRP3 inflammasome, which enhances neutrophil accumulation and neutrophil extracellular trap formation in atherosclerotic plaques. Patients with Tangier disease, who have increased myeloid cholesterol content, showed markers of inflammasome activation, suggesting human relevance.

Clonal hematopoiesis (CH) has emerged as an independent risk factor for atherosclerotic cardiovascular disease (CVD) with activation of macrophage inflammasomes as a potential underlying mechanism. The NLRP3 inflammasome has a key role in promoting atherosclerosis in mouse models of Tet2 CH, while inhibition of the inflammasome product IL-1β appeared to particularly benefit patients with TET2 CH in CANTOS. TET2 is an epigenetic modifier that decreases promoter methylation. However, the mechanisms underlying macrophage NLRP3 inflammasome activation in TET2 deficiency and potential links with epigenetic modifications are poorly understood. We used cholesterol-loaded TET2 deficient murine and embryonic stem cell derived isogenic human macrophages to evaluate mechanisms of NLRP3 inflammasome activation in vitro and hypercholesterolemic Ldlr -/- mice modeling TET2 CH to assess the role of NLRP3 inflammasome activation in atherosclerosis. Tet2 deficiency acted synergistically with cholesterol loading in cell culture and with hypercholesterolemia in vivo to increase JNK1 phosphorylation and NLRP3 inflammasome activation. The mechanism of JNK activation in TET2 deficiency was increased promoter methylation and decreased expression of the JNK-inactivating dual specificity phosphatase, Dusp10 . Active Tet1-deadCas9 targeted editing of Dusp10 promoter methylation abolished cholesterol-induced inflammasome activation in Tet2 -deficient macrophages. Increased JNK1 signaling led to NLRP3 deubiquitylation and activation by the deubiquitinase BRCC3. Accelerated atherosclerosis and NETosis in Tet2 CH mice were reversed by holomycin, a BRCC3 deubiquitinase inhibitor, and also by hematopoietic deficiency of Abro1 , an essential scaffolding protein in the BRCC3-containing cytosolic complex. Hypercholesterolemia and TET2 deficiency converge on a common pathway of NLRP3 inflammasome activation mediated by JNK1 activation and BRCC3-mediated NLRP3 deubiquitylation with potential therapeutic implications for the prevention of CVD in TET2 CH.