Male sex is a risk factor for higher rates of cardiac fibrosis, stronger cardiac inflammation and the development of dilated cardiomyopathy (DCM) due to myocarditis. The chronic phase of the disease, with risk of DCM development due to cardiac fibrosis, is characterized by the absence of the primal trigger (e.g., viral progeny). It is remarkable that this form of cardiac autoimmunity is more prevalent in males than in females, although the overall prevalence of autoimmune diseases is higher in women due to estrogen’s influence on immune responses. The majority of immune cells in the resting heart are macrophages. Mosser et al. described macrophage polarization using a spectrum of subtypes with heterogeneous purposes (e.g., tissue repair, immune regulation). Male rodents show stronger fibrosis in heart samples in experimental autoimmune myocarditis (EAM). My study aims to show sex differences in macrophage polarization in EAM, as macrophages are important regulators of fibrosis. In EAM animals, we found more pro-inflammatory macrophage populations in male tissues and an increased presence of macrophage populations from the anti-inflammatory M2 spectrum in female tissues. Male EAM rats presented with a decreased ejection fraction in contrast to female rats. Moreover, male heart sections showed stronger fibrosis formation compared to female ones. In vitro experiments with macrophages and cardiac fibroblasts from wild type mice showed a stronger polarization into pro-inflammatory macrophages (M1) in male cells following LPS treatment as well as a stronger polarization of male cells into a pro-fibrotic M2 subtype following IL-4/IL-13 treatment. In co-culture experiments, conditioned medium from male M1 macrophages more strongly activated male cardiac fibroblasts compared to conditioned medium from female cells applied to female cardiac fibroblasts. Moreover, male cardiac fibroblasts reacted to TNF-α treatment with stronger activation. A consistent effect of estrogen on macrophage polarization into M1 or pro-fibrotic M2 subtypes could not be demonstrated in in vitro experiments.
Conclusion: we found sex differences in EAM regarding a predominant anti-inflammatory M2 polarization of macrophages in female cardiac tissue compared to male animals. Based on these in vitro experiments, we conclude that the origin of increased fibrosis formation in male EAM animals is the preference of male macrophages to polarize more strongly into pro-fibrotic phenotypes of the spectrum.
Männliches Geschlecht ist ein Risikofaktor für die Entwicklung von ausgeprägter kardialer Fibrose, stärkerer kardialer Entzündung und dilatativer Kardiomyopathie (DCM) aufgrund von Myokarditis. Die chronische Phase der Erkrankung mit kardialer Fibrose ist gekennzeichnet durch das Fehlen des ursprünglichen Auslösers (e.g. virale Partikel). Es ist auffällig, dass diese Form der kardialen Autoimmunität häufiger bei Männern vorkommt, obwohl die Prävalenz von Autoimmunkrankheiten höher bei Frauen ist. Die Mehrheit der Immunzellen im Herzen sind Makrophagen. Mosser et al. beschrieben die Polarisierung von Makrophagen in Subklassen als einen Vorgang, der zu Zellen mit sehr heterogenen Aufgaben (u.a. Gewebereparatur und Immunregulation) führt. Männlichen Ratten mit experimenteller autoimmuner Myokarditis (EAM) zeigen mehr kardiale Fibrose. Da Makrophagen wichtige Regulatoren von Fibrose Prozessen sind, versucht meine Studie Geschlechtsunterschiede in der Polarisierung von Makrophagen in EAM zu zeigen. EAM Tieren zeigten mehr inflammatorische Makrophagen in männlichem Gewebe und eine vermehrte Präsenz von nicht entzündlichen Makrophagen des M2 Spektrums in weiblichem Gewebe. Männliche EAM Ratten zeigten eine stärker reduzierte Herzleistung als weibliche Tiere. In histologischen Herzschnitten zeigte männliches Herzgewebe eine stärkere Fibrosierung als weibliches Herzgewebe. In vitro Experimente mit Makrophagen und kardialen Fibroblasten von Wildtyp Mäusen zeigten eine stärkere Polarisierung nach LPS Behandlung von männlichen Zellen in einen inflammatorischen M1 Typ und eine stärkere Polarisierung nach IL-4/IL-13 Behandlung in einen profibrotischen M2 Subtyp. Ko-Kultur Experimente konnten zeigen, dass das von männlichen M1 Makrophagen konditionierte Medium männliche Fibroblasten stärker aktivieren konnte, als das ebenso konditionierte Medium weiblicher M1 Makrophagen weibliche Fibroblasten. Außerdem zeigten männliche kardiale Fibroblasten eine stärkere Aktivierung nach Behandlung mit TNF-α. Ein konsistenter Effekt von Östrogen auf die Polarisierung von Markophagen in den M1 oder den Fibrose induzierenden M2 Subtyp konnte nicht gezeigt werden. Zusammenfassung: Es konnten Geschlechterunterschiede in EAM gezeigt werden hinsichtlich einer verstärkten M2 Polarisierung von Makrophagen in weiblichem Herzgewebe. In vitro Experimente konnten zeigen, dass die verstärkte kardiale Fibrose von männlichen EAM Tieren wahrscheinlich auf die Präferenz männlicher Makrophagen sich in profibrotische Subtypen des Spektrums zu polarisieren, zurückgeführt werden kann.
