Lymphatic and Immune Cell Cross-Talk Regulates Cardiac Recovery After Experimental Myocardial Infarction

Objective: Lymphatics play an essential pathophysiological role in promoting fluid and immune cell tissue clearance. Conversely, immune cells may influence lymphatic function and remodeling. Recently, cardiac lymphangiogenesis has been proposed as a therapeutic target to prevent heart failure after myocardial infarction (MI). We investigated the effects of gene therapy to modulate cardiac lymphangiogenesis post-MI in rodents. Second, we determined the impact of cardiac-infiltrating T cells on lymphatic remodeling in the heart. Approach and Results: Comparing adenoviral versus adeno-associated viral gene delivery in mice, we found that only sustained VEGF (vascular endothelial growth factor)-C(C156S)therapy, achieved by adeno-associated viral vectors, increased cardiac lymphangiogenesis, and led to reduced cardiac inflammation and dysfunction by 3 weeks post-MI. Conversely, inhibition of VEGF-C/-D signaling, through adeno-associated viral delivery of soluble VEGFR3 (vascular endothelial growth factor receptor 3), limited infarct lymphangiogenesis. Unexpectedly, this treatment improved cardiac function post-MI in both mice and rats, linked to reduced infarct thinning due to acute suppression of T-cell infiltration. Finally, using pharmacological, genetic, and antibody-mediated prevention of cardiac T-cell recruitment in mice, we discovered that both CD4(+)and CD8(+)T cells potently suppress, in part through interferon-gamma, cardiac lymphangiogenesis post-MI. Conclusions: We show that resolution of cardiac inflammation after MI may be accelerated by therapeutic lymphangiogenesis based on adeno-associated viral gene delivery of VEGF-C-C156S. Conversely, our work uncovers a major negative role of cardiac-recruited T cells on lymphatic remodeling. Our results give new insight into the interconnection between immune cells and lymphatics in orchestration of cardiac repair after injury.Peer reviewe

Identification et participation des macrophages dans la régulation du système lymphatique cardiaque au cours du remodelage de surcharge de pression

Le réseau lymphatique permet le drainage des liquides interstitiels, le transport des cellules immunitaires et intervient dans le métabolisme lipidique. La dérégulation de ce système est impliquée dans de nombreuses pathologies comme les lymphœdèmes, le rejet de greffe ou encore l'échappement tumoral. Le cœur est pourvu d'un réseau lymphatique abondant dont l'importance n'est apparue que très récemment dans les pathologies ischémiques. En effet, suite à un infarctus du myocarde, la dysfonction lymphatique observée favorise l'œdème et l'inflammation tissulaire, révélant le réseau lymphatique comme un acteur majeur du développement de cette pathologie. Les processus régulant la formation de vaisseaux lymphatiques chez l'adulte sont largement dépendants de facteurs de croissance aux effets pro- ou anti- lymphangiogéniques. Les cellules immunes et plus particulièrement les macrophages sécrètent un grand nombre de ces facteurs et leur importance dans la réponse lymphangiogénique a été montrée dans différentes conditions physio-pathologiques, telles que la lymphangiogenèse tumorale et inflammatoire. Il a longtemps été admis que les macrophages tissulaires provenaient exclusivement de la différenciation de monocytes sanguins. Cependant, l'existence de macrophages provenant de progéniteurs embryonnaires a été récemment mise en évidence. Dorénavant, les macrophages tissulaires résidents sont perçus comme des populations hétérogènes pouvant prétendre à des différences fonctionnelles. A ce jour, les modifications du réseau lymphatique et les mécanismes permettant sa régulation, au cours de pathologies non ischémiques, n'ont pas été abordées. Ainsi, nous avons entrepris d'identifier et de caractériser les différentes populations de macrophages cardiaques participant à la régulation du réseau lymphatique suite à une surcharge barométrique. Nos résultats ont montré une diminution précoce du réseau lymphatique cardiaque dans le cœur murin hypertrophié au cours d'une surcharge de pression induite par constriction de l'aorte transverse. Cette réduction du réseau est associée à la perte d'une population majoritaire de macrophages cardiaques portant le récepteur 1 à l'acide hyaluronique (Lyve-1). Cette population résidente diminue dans le cœur insuffisant, au profit de macrophages infiltrants dérivés de monocytes sanguins. Par ailleurs, en plus d'être corrélée à la baisse du réseau lymphatique cardiaque, la diminution du nombre de macrophages Lyve-1 est proportionnelle à la détérioration de la fonction cardiaque. La prévention de l'infiltration monocytaire a permis de maintenir le pool de macrophages exprimant Lyve-1, le réseau lymphatique et la fonction cardiaques lors d'une surcharge de pression. La caractérisation par RT-PCR des différentes populations de macrophages récupérés par tri cellulaire nous a permis de montrer que les macrophages Lyve-1 présentent des caractéristiques particulières, avec une forte expression de VEGFR3 et NRP2, molécules de signalisation lymphangiogène. De plus, ces macrophages Lyve-1 à la polarisation mixte et à l'activité phagocytaire importante, expriment de nombreux facteurs pro-lymphangiogéniques (VEGFc, VEGFd, IGF1). Ils ont montré une activité pro-lymphangiogène in vitro sur des explants de canal thoracique et sur des cellules endothéliales lymphatiques et in vivo avec la formation de vaisseaux lymphatiques naissants lors de l'injection de ces macrophages Lyve-1 dans le cœur. Leur localisation à proximité des vaisseaux lymphatiques et leur capacité pro-lymphangiogène leurs confèrent un rôle évident dans le maintien du réseau lymphatique lors d'un remodelage cardiaque de surcharge de pression. Ces travaux ont permis l'identification d'une population originale de macrophages cardiaques pouvant entrer dans la régulation du système lymphatique au cours d'une surcharge de pression.The lymphatic system has recently emerged as an important regulator of the cardiac interstitial fluid compartment and function. Experimental obstruction of lymphatic vessel leads to cardiac œdema, myocardial stiffness, fibrosis and ventricle dysfunction. Following myocardial infarction, stimulation of lymphangiogenesis was found to reduce fibrosis and inflammation and to improve cardiac function. Macrophages have been largely described as important contributors of lymphangiogenesis in inflammatory situations such as cancer. Recently, genetic fate mapping demonstrated that distinct populations of macrophages coexist in the adult heart. In addition to monocyte derived-macrophages that massively colonize injured heart, a subpopulation of tissue-resident macrophages that originates from embryonic precursors persists into adulthood by means of local self- renewal. To date the distinct involvement of cardiac macrophage subpopulations in cardiac lymphatic remodeling and heart failure progression induced by pressure overload is largely unknown. In our study, we observed that expression of Lyve-1 identifies a resident macrophage subset abundant in mouse heart. This Lyve-1 positive macrophage subset decreased rapidly in cardiac remodeling induced by chronic pressure overload. In addition, the number of cells found in heart was positively correlated with the preservation of cardiac lymphatic network and function after transverse aortic constriction (TAC). Blocking recruitment of monocyte derived macrophages expanded Lyve-1 positive macrophages, attenuated cardiac lymphatic remodeling and contractile dysfunction of pressure overloaded heart. Lyve-1 positive macrophages express pro-lymphangiogenic factors and sustain lymphangiogenesis in vitro and in vivo. In conclusion, resident macrophage subset expressing the Lyve-1 receptor participates to maintain cardiac function after chronic pressure overload by mechanisms that may involve the preservation of cardiac lymphatic system. These results provide insight into the regulation of lymphatic homeostasis by tissue resident macrophage during heart failure induced by pressure overload

Identification and participation of macrophages in cardiac lymphatic network conservation during pressure overload

Le réseau lymphatique permet le drainage des liquides interstitiels, le transport des cellules immunitaires et intervient dans le métabolisme lipidique. La dérégulation de ce système est impliquée dans de nombreuses pathologies comme les lymphœdèmes, le rejet de greffe ou encore l'échappement tumoral. Le cœur est pourvu d'un réseau lymphatique abondant dont l'importance n'est apparue que très récemment dans les pathologies ischémiques. En effet, suite à un infarctus du myocarde, la dysfonction lymphatique observée favorise l'œdème et l'inflammation tissulaire, révélant le réseau lymphatique comme un acteur majeur du développement de cette pathologie. Les processus régulant la formation de vaisseaux lymphatiques chez l'adulte sont largement dépendants de facteurs de croissance aux effets pro- ou anti- lymphangiogéniques. Les cellules immunes et plus particulièrement les macrophages sécrètent un grand nombre de ces facteurs et leur importance dans la réponse lymphangiogénique a été montrée dans différentes conditions physio-pathologiques, telles que la lymphangiogenèse tumorale et inflammatoire. Il a longtemps été admis que les macrophages tissulaires provenaient exclusivement de la différenciation de monocytes sanguins. Cependant, l'existence de macrophages provenant de progéniteurs embryonnaires a été récemment mise en évidence. Dorénavant, les macrophages tissulaires résidents sont perçus comme des populations hétérogènes pouvant prétendre à des différences fonctionnelles. A ce jour, les modifications du réseau lymphatique et les mécanismes permettant sa régulation, au cours de pathologies non ischémiques, n'ont pas été abordées. Ainsi, nous avons entrepris d'identifier et de caractériser les différentes populations de macrophages cardiaques participant à la régulation du réseau lymphatique suite à une surcharge barométrique. Nos résultats ont montré une diminution précoce du réseau lymphatique cardiaque dans le cœur murin hypertrophié au cours d'une surcharge de pression induite par constriction de l'aorte transverse. Cette réduction du réseau est associée à la perte d'une population majoritaire de macrophages cardiaques portant le récepteur 1 à l'acide hyaluronique (Lyve-1). Cette population résidente diminue dans le cœur insuffisant, au profit de macrophages infiltrants dérivés de monocytes sanguins. Par ailleurs, en plus d'être corrélée à la baisse du réseau lymphatique cardiaque, la diminution du nombre de macrophages Lyve-1 est proportionnelle à la détérioration de la fonction cardiaque. La prévention de l'infiltration monocytaire a permis de maintenir le pool de macrophages exprimant Lyve-1, le réseau lymphatique et la fonction cardiaques lors d'une surcharge de pression. La caractérisation par RT-PCR des différentes populations de macrophages récupérés par tri cellulaire nous a permis de montrer que les macrophages Lyve-1 présentent des caractéristiques particulières, avec une forte expression de VEGFR3 et NRP2, molécules de signalisation lymphangiogène. De plus, ces macrophages Lyve-1 à la polarisation mixte et à l'activité phagocytaire importante, expriment de nombreux facteurs pro-lymphangiogéniques (VEGFc, VEGFd, IGF1). Ils ont montré une activité pro-lymphangiogène in vitro sur des explants de canal thoracique et sur des cellules endothéliales lymphatiques et in vivo avec la formation de vaisseaux lymphatiques naissants lors de l'injection de ces macrophages Lyve-1 dans le cœur. Leur localisation à proximité des vaisseaux lymphatiques et leur capacité pro-lymphangiogène leurs confèrent un rôle évident dans le maintien du réseau lymphatique lors d'un remodelage cardiaque de surcharge de pression. Ces travaux ont permis l'identification d'une population originale de macrophages cardiaques pouvant entrer dans la régulation du système lymphatique au cours d'une surcharge de pression.The lymphatic system has recently emerged as an important regulator of the cardiac interstitial fluid compartment and function. Experimental obstruction of lymphatic vessel leads to cardiac œdema, myocardial stiffness, fibrosis and ventricle dysfunction. Following myocardial infarction, stimulation of lymphangiogenesis was found to reduce fibrosis and inflammation and to improve cardiac function. Macrophages have been largely described as important contributors of lymphangiogenesis in inflammatory situations such as cancer. Recently, genetic fate mapping demonstrated that distinct populations of macrophages coexist in the adult heart. In addition to monocyte derived-macrophages that massively colonize injured heart, a subpopulation of tissue-resident macrophages that originates from embryonic precursors persists into adulthood by means of local self- renewal. To date the distinct involvement of cardiac macrophage subpopulations in cardiac lymphatic remodeling and heart failure progression induced by pressure overload is largely unknown. In our study, we observed that expression of Lyve-1 identifies a resident macrophage subset abundant in mouse heart. This Lyve-1 positive macrophage subset decreased rapidly in cardiac remodeling induced by chronic pressure overload. In addition, the number of cells found in heart was positively correlated with the preservation of cardiac lymphatic network and function after transverse aortic constriction (TAC). Blocking recruitment of monocyte derived macrophages expanded Lyve-1 positive macrophages, attenuated cardiac lymphatic remodeling and contractile dysfunction of pressure overloaded heart. Lyve-1 positive macrophages express pro-lymphangiogenic factors and sustain lymphangiogenesis in vitro and in vivo. In conclusion, resident macrophage subset expressing the Lyve-1 receptor participates to maintain cardiac function after chronic pressure overload by mechanisms that may involve the preservation of cardiac lymphatic system. These results provide insight into the regulation of lymphatic homeostasis by tissue resident macrophage during heart failure induced by pressure overload

Cardiac macrophage subsets differentially regulate lymphatic network remodeling during pressure overload

International audienceAbstract The lymphatic network of mammalian heart is an important regulator of interstitial fluid compartment and immune cell trafficking. We observed a remodeling of the cardiac lymphatic vessels and a reduced lymphatic efficiency during heart hypertrophy and failure induced by transverse aortic constriction. The lymphatic endothelial cell number of the failing hearts was positively correlated with cardiac function and with a subset of cardiac macrophages. This macrophage population distinguished by LYVE-1 (Lymphatic vessel endothelial hyaluronic acid receptor-1) and by resident macrophage gene expression signature, appeared not replenished by CCR2 mediated monocyte infiltration during pressure overload. Isolation of macrophage subpopulations showed that the LYVE-1 positive subset sustained in vitro and in vivo lymphangiogenesis through the expression of pro-lymphangiogenic factors. In contrast, the LYVE-1 negative macrophage subset strongly expressed MMP12 and decreased the endothelial LYVE-1 receptors in lymphatic endothelial cells, a feature of cardiac lymphatic remodeling in failing hearts. The treatment of mice with a CCR2 antagonist during pressure overload modified the proportion of macrophage subsets within the pathological heart and preserved lymphatic network from remodeling. This study reports unknown and differential functions of macrophage subpopulations in the regulation of cardiac lymphatic during pathological hypertrophy and may constitute a key mechanism underlying the progression of heart failure