Healing of myocardial infarction (MI) requires monocytes/macrophages. These mononuclear phagocytes likely degrade released macromolecules and aid in scavenging of dead cardiomyocytes, while mediating aspects of granulation tissue formation and remodeling. The mechanisms that orchestrate such divergent functions remain unknown. In view of the heightened appreciation of the heterogeneity of circulating monocytes, we investigated whether distinct monocyte subsets contribute in specific ways to myocardial ischemic injury in mouse MI. We identify two distinct phases of monocyte participation after MI and propose a model that reconciles the divergent properties of these cells in healing. Infarcted hearts modulate their chemokine expression profile over time, and they sequentially and actively recruit Ly-6Chi and -6Clo monocytes via CCR2 and CX3CR1, respectively. Ly-6Chi monocytes dominate early (phase I) and exhibit phagocytic, proteolytic, and inflammatory functions. Ly-6Clo monocytes dominate later (phase II), have attenuated inflammatory properties, and express vascular–endothelial growth factor. Consequently, Ly-6Chi monocytes digest damaged tissue, whereas Ly-6Clo monocytes promote healing via myofibroblast accumulation, angiogenesis, and deposition of collagen. MI in atherosclerotic mice with chronic Ly-6Chi monocytosis results in impaired healing, underscoring the need for a balanced and coordinated response. These observations provide novel mechanistic insights into the cellular and molecular events that regulate the response to ischemic injury and identify new therapeutic targets that can influence healing and ventricular remodeling after MI.

Monitoring Monocyte Reservoirs Monocytes are cells of the immune system that are recruited to sites of tissue injury and inflammation where they help to resolve the infection and are important for tissue repair. The bone marrow and blood are believed to be the primary reservoirs from which monocytes are mobilized after injury. Swirski et al. (p. 612 ; see the Perspective by Jia and Pamer ) now demonstrate that the spleen also serves as a critical reservoir of monocytes that are recruited during ischemic myocardial injury. Monocytes in the spleen are very similar in phenotype to blood-derived monocytes and are mobilized to the injured heart, where they represent a large fraction of the total monocytes that are recruited. The chemoattractant, angiotensin II, is required for optimal monocyte mobilization from the spleen and emigration into injured tissue.

Macrophages are abundant in atherosclerotic plaques and are a pivotal cell type in plaque formation and progression. But how do they get there? Filip Swirski and his colleagues show that, contrary to most previous work that has emphasized the importance of monocyte recruitment from the blood, most macrophages in established lesions are generated by local macrophage proliferation, which depends on the SR-A scavenger receptor. During the inflammatory response that drives atherogenesis, macrophages accumulate progressively in the expanding arterial wall1,2. The observation that circulating monocytes give rise to lesional macrophages3,4,5,6,7,8,9 has reinforced the concept that monocyte infiltration dictates macrophage buildup. Recent work has indicated, however, that macrophage accumulation does not depend on monocyte recruitment in some inflammatory contexts10. We therefore revisited the mechanism underlying macrophage accumulation in atherosclerosis. In murine atherosclerotic lesions, we found that macrophages turn over rapidly, after 4 weeks. Replenishment of macrophages in these experimental atheromata depends predominantly on local macrophage proliferation rather than monocyte influx. The microenvironment orchestrates macrophage proliferation through the involvement of scavenger receptor A (SR-A). Our study reveals macrophage proliferation as a key event in atherosclerosis and identifies macrophage self-renewal as a therapeutic target for cardiovascular disease.

Background— Arterial calcification is associated with cardiovascular events; however, mechanisms of calcification in atherosclerosis remain obscure. Methods and Results— We tested the hypothesis that inflammation promotes osteogenesis in atherosclerotic plaques using in vivo molecular imaging in apolipoprotein E −/− mice (20 to 30 weeks old, n=35). A bisphosphonate-derivatized near-infrared fluorescent imaging agent (excitation 750 nm) visualized osteogenic activity that was otherwise undetectable by x-ray computed tomography. Flow cytometry validated the target specifically in osteoblast-like cells. A spectrally distinct near-infrared fluorescent nanoparticle (excitation 680 nm) was coinjected to simultaneously image macrophages. Fluorescence reflectance mapping demonstrated an association between osteogenic activity and macrophages in aortas of apolipoprotein E −/− mice ( R 2 =0.93). Intravital dual-channel fluorescence microscopy was used to further monitor osteogenic changes in inflamed carotid arteries at 20 and 30 weeks of age and revealed that macrophage burden and osteogenesis concomitantly increased during plaque progression ( P <0.01 and P <0.001, respectively) and decreased after statin treatment ( P <0.0001 and P <0.05, respectively). Fluorescence microscopy on cryosections colocalized near-infrared fluorescent osteogenic signals with alkaline phosphatase activity, bone-regulating protein expression, and hydroxyapatite nanocrystals as detected by electron microscopy, whereas von Kossa and alizarin red stains showed no evidence of calcification. Real-time reverse-transcription polymerase chain reaction revealed that macrophage-conditioned media increased alkaline phosphatase mRNA expression in vascular smooth muscle cells. Conclusions— This serial in vivo study demonstrates the real-time association of macrophage burden with osteogenic activity in early-stage atherosclerosis and offers a cellular-resolution tool to identify preclinical microcalcifications.

Atherosclerotic lesions are believed to grow via the recruitment of bone marrow-derived monocytes. Among the known murine monocyte subsets, Ly-6C(high) monocytes are inflammatory, accumulate in lesions preferentially, and differentiate. Here, we hypothesized that the bone marrow outsources the production of Ly-6C(high) monocytes during atherosclerosis.Using murine models of atherosclerosis and fate-mapping approaches, we show that hematopoietic stem and progenitor cells progressively relocate from the bone marrow to the splenic red pulp, where they encounter granulocyte macrophage colony-stimulating factor and interleukin-3, clonally expand, and differentiate to Ly-6C(high) monocytes. Monocytes born in such extramedullary niches intravasate, circulate, and accumulate abundantly in atheromata. On lesional infiltration, Ly-6C(high) monocytes secrete inflammatory cytokines, reactive oxygen species, and proteases. Eventually, they ingest lipids and become foam cells.Our findings indicate that extramedullary sites supplement the hematopoietic function of the bone marrow by producing circulating inflammatory cells that infiltrate atherosclerotic lesions.