The current goal of diabetes therapy is to reduce time-averaged mean levels of glycemia, measured as HbA1c, to prevent diabetic complications. However, HbA1c only explains <25% of the variation in risk of developing complications. Because HbA1c does not correlate with glycemic variability when adjusted for mean blood glucose, we hypothesized that transient spikes of hyperglycemia may be an HbA1c–independent risk factor for diabetic complications. We show that transient hyperglycemia induces long-lasting activating epigenetic changes in the promoter of the nuclear factor κB (NF-κB) subunit p65 in aortic endothelial cells both in vitro and in nondiabetic mice, which cause increased p65 gene expression. Both the epigenetic changes and the gene expression changes persist for at least 6 d of subsequent normal glycemia, as do NF-κB–induced increases in monocyte chemoattractant protein 1 and vascular cell adhesion molecule 1 expression. Hyperglycemia-induced epigenetic changes and increased p65 expression are prevented by reducing mitochondrial superoxide production or superoxide-induced α-oxoaldehydes. These results highlight the dramatic and long-lasting effects that short-term hyperglycemic spikes can have on vascular cells and suggest that transient spikes of hyperglycemia may be an HbA1c–independent risk factor for diabetic complications.

Dietary intake of fruit and vegetables is associated with lower incidence of hypertension, but the mechanisms involved have not been elucidated. Here, we evaluated the effect of a high-fiber diet and supplementation with the short-chain fatty acid acetate on the gut microbiota and the prevention of cardiovascular disease.Gut microbiome, cardiorenal structure/function, and blood pressure were examined in sham and mineralocorticoid excess-treated mice with a control diet, high-fiber diet, or acetate supplementation. We also determined the renal and cardiac transcriptome of mice treated with the different diets.We found that high consumption of fiber modified the gut microbiota populations and increased the abundance of acetate-producing bacteria independently of mineralocorticoid excess. Both fiber and acetate decreased gut dysbiosis, measured by the ratio of Firmicutes to Bacteroidetes, and increased the prevalence of Bacteroides acidifaciens. Compared with mineralocorticoid-excess mice fed a control diet, both high-fiber diet and acetate supplementation significantly reduced systolic and diastolic blood pressures, cardiac fibrosis, and left ventricular hypertrophy. Acetate had similar effects and markedly reduced renal fibrosis. Transcriptome analyses showed that the protective effects of high fiber and acetate were accompanied by the downregulation of cardiac and renal Egr1, a master cardiovascular regulator involved in cardiac hypertrophy, cardiorenal fibrosis, and inflammation. We also observed the upregulation of a network of genes involved in circadian rhythm in both tissues and downregulation of the renin-angiotensin system in the kidney and mitogen-activated protein kinase signaling in the heart.A diet high in fiber led to changes in the gut microbiota that played a protective role in the development of cardiovascular disease. The favorable effects of fiber may be explained by the generation and distribution of one of the main metabolites of the gut microbiota, the short-chain fatty acid acetate. Acetate effected several molecular changes associated with improved cardiovascular health and function.

OBJECTIVE Results from the Diabetes Control Complications Trial (DCCT) and the subsequent Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (EDIC) Study and more recently from the U.K. Prospective Diabetes Study (UKPDS) have revealed that the deleterious end-organ effects that occurred in both conventional and more aggressively treated subjects continued to operate >5 years after the patients had returned to usual glycemic control and is interpreted as a legacy of past glycemia known as “hyperglycemic memory.” We have hypothesized that transient hyperglycemia mediates persistent gene-activating events attributed to changes in epigenetic information. RESEARCH DESIGN AND METHODS Models of transient hyperglycemia were used to link NFκB-p65 gene expression with H3K4 and H3K9 modifications mediated by the histone methyltransferases (Set7 and SuV39h1) and the lysine-specific demethylase (LSD1) by the immunopurification of soluble NFκB-p65 chromatin. RESULTS The sustained upregulation of the NFκB-p65 gene as a result of ambient or prior hyperglycemia was associated with increased H3K4m1 but not H3K4m2 or H3K4m3. Furthermore, glucose was shown to have other epigenetic effects, including the suppression of H3K9m2 and H3K9m3 methylation on the p65 promoter. Finally, there was increased recruitment of the recently identified histone demethylase LSD1 to the p65 promoter as a result of prior hyperglycemia. CONCLUSIONS These studies indicate that the active transcriptional state of the NFκB-p65 gene is linked with persisting epigenetic marks such as enhanced H3K4 and reduced H3K9 methylation, which appear to occur as a result of effects of the methyl-writing and methyl-erasing histone enzymes.

AimsCirculating microRNAs (miRNAs) have attracted major interest as biomarkers for cardiovascular diseases. Since RNases are abundant in circulating blood, there needs to be a mechanism protecting miRNAs from degradation. We hypothesized that microparticles (MP) represent protective transport vehicles for miRNAs and that these are specifically packaged by their maternal cells.

In diabetes mellitus, vascular complications such as atherosclerosis are a major cause of death. The key underlying pathomechanisms are unclear. However, hyperglycemic oxidative stress derived from NADPH oxidase (Nox), the only known dedicated enzyme to generate reactive oxygen species appears to play a role. Here we identify the Nox1 isoform as playing a key and pharmacologically targetable role in the accelerated development of diabetic atherosclerosis.Human aortic endothelial cells exposed to hyperglycemic conditions showed increased expression of Nox1, oxidative stress, and proinflammatory markers in a Nox1-siRNA reversible manner. Similarly, the specific Nox inhibitor, GKT137831, prevented oxidative stress in response to hyperglycemia in human aortic endothelial cells. To examine these observations in vivo, we investigated the role of Nox1 on plaque development in apolipoprotein E-deficient mice 10 weeks after induction of diabetes mellitus. Deletion of Nox1, but not Nox4, had a profound antiatherosclerotic effect correlating with reduced reactive oxygen species formation, attenuation of chemokine expression, vascular adhesion of leukocytes, macrophage infiltration, and reduced expression of proinflammatory and profibrotic markers. Similarly, treatment of diabetic apolipoprotein E-deficient mice with GKT137831 attenuated atherosclerosis development.These studies identify a major pathological role for Nox1 and suggest that Nox1-dependent oxidative stress is a promising target for diabetic vasculopathies, including atherosclerosis.

Diabetic nephropathy may occur, in part, as a result of intrarenal oxidative stress. NADPH oxidases comprise the only known dedicated reactive oxygen species (ROS)–forming enzyme family. In the rodent kidney, three isoforms of the catalytic subunit of NADPH oxidase are expressed (Nox1, Nox2, and Nox4). Here we show that Nox4 is the main source of renal ROS in a mouse model of diabetic nephropathy induced by streptozotocin administration in ApoE−/− mice. Deletion of Nox4, but not of Nox1, resulted in renal protection from glomerular injury as evidenced by attenuated albuminuria, preserved structure, reduced glomerular accumulation of extracellular matrix proteins, attenuated glomerular macrophage infiltration, and reduced renal expression of monocyte chemoattractant protein-1 and NF-κB in streptozotocin-induced diabetic ApoE−/− mice. Importantly, administration of the most specific Nox1/4 inhibitor, GKT137831, replicated these renoprotective effects of Nox4 deletion. In human podocytes, silencing of the Nox4 gene resulted in reduced production of ROS and downregulation of proinflammatory and profibrotic markers that are implicated in diabetic nephropathy. Collectively, these results identify Nox4 as a key source of ROS responsible for kidney injury in diabetes and provide proof of principle for an innovative small molecule approach to treat and/or prevent chronic kidney failure.

High blood pressure (BP) continues to be a major, poorly controlled but modifiable risk factor for cardiovascular death. Among key Western lifestyle factors, a diet poor in fiber is associated with prevalence of high BP. The impact of lack of prebiotic fiber and the associated mechanisms that lead to higher BP are unknown. Here we show that lack of prebiotic dietary fiber leads to the development of a hypertensinogenic gut microbiota, hypertension and its complications, and demonstrate a role for G-protein coupled-receptors (GPCRs) that sense gut metabolites.One hundred seventy-nine mice including C57BL/6J, gnotobiotic C57BL/6J, and knockout strains for GPR41, GPR43, GPR109A, and GPR43/109A were included. C57BL/6J mice were implanted with minipumps containing saline or a slow-pressor dose of angiotensin II (0.25 mg·kg-1·d-1). Mice were fed diets lacking prebiotic fiber with or without addition of gut metabolites called short-chain fatty acids ([SCFA)] produced during fermentation of prebiotic fiber in the large intestine), or high prebiotic fiber diets. Cardiac histology and function, BP, sodium and potassium excretion, gut microbiome, flow cytometry, catecholamines and methylation-wide changes were determined.Lack of prebiotic fiber predisposed mice to hypertension in the presence of a mild hypertensive stimulus, with resultant pathological cardiac remodeling. Transfer of a hypertensinogenic microbiota to gnotobiotic mice recapitulated the prebiotic-deprived hypertensive phenotype, including cardiac manifestations. Reintroduction of SCFAs to fiber-depleted mice had protective effects on the development of hypertension, cardiac hypertrophy, and fibrosis. The cardioprotective effect of SCFAs were mediated via the cognate SCFA receptors GPR43/GPR109A, and modulated L-3,4-dihydroxyphenylalanine levels and the abundance of T regulatory cells regulated by DNA methylation.The detrimental effects of low fiber Westernized diets may underlie hypertension, through deficient SCFA production and GPR43/109A signaling. Maintaining a healthy, SCFA-producing microbiota is important for cardiovascular health.

The inability of the adult mammalian heart to regenerate following injury represents a major barrier in cardiovascular medicine. In contrast, the neonatal mammalian heart retains a transient capacity for regeneration, which is lost shortly after birth. Defining the molecular mechanisms that govern regenerative capacity in the neonatal period remains a central goal in cardiac biology. Here, we assemble a transcriptomic framework of multiple cardiac cell populations during postnatal development and following injury, which enables comparative analyses of the regenerative (neonatal) versus nonregenerative (adult) state for the first time.Cardiomyocytes, fibroblasts, leukocytes, and endothelial cells from infarcted and noninfarcted neonatal (P1) and adult (P56) mouse hearts were isolated by enzymatic dissociation and fluorescence-activated cell sorting at day 3 following surgery. RNA sequencing was performed on these cell populations to generate the transcriptome of the major cardiac cell populations during cardiac development, repair, and regeneration. To complement our transcriptomic data, we also surveyed the epigenetic landscape of cardiomyocytes during postnatal maturation by performing deep sequencing of accessible chromatin regions by using the Assay for Transposase-Accessible Chromatin from purified mouse cardiomyocyte nuclei (P1, P14, and P56).Profiling of cardiomyocyte and nonmyocyte transcriptional programs uncovered several injury-responsive genes across regenerative and nonregenerative time points. However, the majority of transcriptional changes in all cardiac cell types resulted from developmental maturation from neonatal stages to adulthood rather than activation of a distinct regeneration-specific gene program. Furthermore, adult leukocytes and fibroblasts were characterized by the expression of a proliferative gene expression network following infarction, which mirrored the neonatal state. In contrast, cardiomyocytes failed to reactivate the neonatal proliferative network following infarction, which was associated with loss of chromatin accessibility around cell cycle genes during postnatal maturation.This work provides a comprehensive framework and transcriptional resource of multiple cardiac cell populations during cardiac development, repair, and regeneration. Our findings define a regulatory program underpinning the neonatal regenerative state and identify alterations in the chromatin landscape that could limit reinduction of the regenerative program in adult cardiomyocytes.

Abstract Cardiovascular disease is one of the most significant causes of death globally, especially in regions where unhealthy diets are prevalent and dietary fibre intake is low. 1,2 Fibre, particularly prebiotic types that feed gut microbes, is essential for maintaining healthy gut microbial ecosystems. 3 One assumption has been that cardiovascular health relates directly to lifestyle choices in adult life. Here, we show in mice that some of these benefits operate from the prenatal stage and relate to the diet and gut microbiome of the mother. Intake of fibre during pregnancy shaped the mothers’ gut microbiome, which had a lasting founding effect on the offspring’s microbial composition and function. Maternal fibre intake during pregnancy significantly changed the cardiac cellular and molecular landscape in the offspring, protecting them against the development of cardiac hypertrophy, remodelling, and inflammation. These suggest a role for foetal exposure to maternal-derived gut microbial metabolites, which are known to cross the placenta and drive epigenetic changes. Maternal fibre intake led to foetal epigenetic reprogramming of the atrial natriuretic peptide gene ( Nppa ), protective against heart failure. These results underscore the importance of dietary intake and the gut microbiome of the mother during pregnancy for cardiovascular disease in the offspring.

Circadian syndrome (CircS) is considered a better predictor for cardiovascular disease than the metabolic syndrome (MetS). We aim to examine the associations between CircS and MetS with cognition in Chinese adults.