Critical roles of dendritic cells and macrophages in cardiovascular disease

Abstract

Cardiovascular disease is a major cause of mortality in the world, and is rapidly increasing. To understand the inflammatory response of various diseases, we have made tremendous advances in molecular and cellular research to show clear evidence that macrophages and dendritic cells play central roles in cardiovascular diseases, such as atherosclerosis and myocardial infarction. We have identified the two conventional DCs subsets (cDC1 and cDC2) in heart of healthy mouse. As expected, we found that the IRF8-expressing cDC1, but not the IRF4-expressing cDC2, was dependent on Flt3 for its development. Myocardial infarction significantly increased the infiltration of CD45+ leukocytes in the infarcted heart, including macrophages, neutrophils and DCs. Among cDC, the most significantly increased subset was the cDC2. The diphtheria toxin receptor (DTR) mediated depletion of Zbtb46-expressing DCs in myocardial infarcted mice led to a significant decrease of IL-1β expression together with an increased recruitment of leukocytes. This dramatically reduced the infarcted size and improved cardiac function, suggesting that cardiac DCs play an important role in immune cell infiltration following myocardial infarction. In another study, we developed, for the first time, a lipid probe-based flow cytometry method to analyze foam cells in atherosclerotic aorta. Our method enables to isolate foamy and non-foamy macrophages in order to perform the transcriptomic analysis of these cells. In addition, this technique allows to assess the severity of atherosclerosis and the characteristics of foam cells. RNA-seq analysis showed that lipid-laden foamy macrophages in atherosclerotic lesions clearly expressed different transcripts compared to non-foamy macrophages. Surprisingly, we found that non-foamy macrophages showed a pro-inflammatory signature reflected by the up-regulation of cytokines, such as Il1β, Tnf and Nlrp3. However, foamy macrophages up-regulated genes related to the transport and uptake of lipids (cholesterol and fatty acid). Collectively, we specifically identified the function of dendritic cells and macrophages in the pathogenesis of cardiovascular diseases. Understanding the precise role of these cells will help to develop appropriate immune-therapeutic strategy to attenuate cardiovascular disease.

Les maladies cardiovasculaires représentent un risque majeur de mortalité dans le monde et la prévalence de ces pathologies ne cesse d’augmenter. Pour comprendre la réponse inflammatoire de ces maladies, nous avons fait d’énormes progrès dans la recherche moléculaire et cellulaire afin de démontrer clairement que les macrophages et les cellules dendritiques jouent un rôle central dans l’athérosclérose et l’infarctus du myocarde, deux maladies cardiovasculaires mortelles. Nous avons trouvé que, à l’état normal, le coeur de souris abrite les deux types de cellules dendritiques classiques (cDC1 et cDC2). Conformément à ce qui est connue sur ces les cDC, nous avons constaté que les cDC1, qui expriment IRF8, dépendent du Flt3, un facteur de croissance important pour leur développement alors que les cDC2, qui expriment IRF4, sont Flt3 indépendantes. Nous avons trouvé que le nombre total leucocytes CD45+ augment dans le coeur des souris ayant subi l'infarctus du myocarde. Ces leucocytes étaient majoritairement des macrophages, des neutrophiles et des cDCs. Parmi ces dernières, les cDC2 ont connu une plus forte augmentation. Dans un premier projet, nous avons vérifié le rôle de ces cDCs dans cette pathologie. Pour ce faire, nous avons procédé à la déplétion de ces cellules en utilisant un modèle de souris exprimant le récepteur de la toxine diphtérique (DTR) au même temps que Zbtb46. L’expression spécifique de ce dernier dans les cDCs induit l’expression de la DRT et l’injection ultérieure de la toxine diphtérique provoque la déplétion des cDCs chez ces souris transgéniques. Nos travaux ont montré que la déplétion des cDCs diminue le recrutement des leucocytes et l'expression de la cytokine inflammatoire l'IL-1β dans le coeur des souris ayant subi l’infarctus du myocarde. Cela réduit considérablement l’ampleur de l'infarctus et améliore la fonction cardiaque, suggérant que les cDCs jouent un rôle important dans l'infiltration de cellules immunitaires après infarctus du myocarde. Dans une autre étude, nous avons mis au point, pour la première fois, une méthode basée sur l’utilisation de sonde lipidique pour analyser les cellules spumeuses de l'aorte par cytométrie en flux. Cette méthode permet de cibler et isoler les macrophages spumeux et non-spumeux afin d’analyser leur profile transcriptomique. En plus de caractériser ces cellules, cette technique permet d’évaluer la taille des plaques d’athérosclérose. Le séquençage des ARN (ARN-seq) a montré que les macrophages spumeux chargés de lipides dans les lésions athérosclérotiques expriment clairement différents transcrits par rapport aux macrophages non-spumeux. De manière surprenante, nous avons constaté que les macrophages nonspumeux présentaient une signature pro-inflammatoire reflétée par une régulation à la hausse de l’Il1β, le Tnf et Nlrp3. Par contre, les macrophages spumeux présentait un profile non inflammatoire caractérisé une augmentation de l’expression des gènes liés au transport et à l'absorption de lipides (cholestérol et acides gras). Contrairement à ce qui est connue jusqu’à maintenant sur le rôle pathogénique des macrophages spumeux, nos résultats montrent que ces cellules jouent un rôle plutôt protecteur dans l’athérosclérose. Collectivement, nous avons spécifiquement identifié la fonction des cDC et des macrophages dans la pathogenèse des maladies cardiovasculaires. Comprendre le rôle précis de ces cellules aidera à développer une stratégie immunothérapeutique appropriée pour atténuer les maladies cardiovasculaires.