background image

 

Caspase-1 Activation Drives Vascular Inflammatory Processes and Hypoperfusion in 

Intravascular Hemolysis 

 

 

 

Pamela L. Brito,

1

 Lucas, F.S. Gushiken,

1

 Erica M.F. Gotardo,

1

 Vanessa F. Alberto,

1

 Flavia C. 

Leonardo,

1

 Amanda Becerra,

2

 Dario S. Zamboni,

2

 Fernando F. Costa,

Nicola Conran

1

  

 

1

Hematology and Transfusion Center, University of Campinas - UNICAMP, Campinas. São 

10 

Paulo, Brazil. 13083-878. 

11 

2

Department of Cellular and Molecular Biology. School of Medicine of Ribeirao Preto. 

12 

University of Sao Paulo, SP, Brazil. 14049-900.  

13 

 

14 

Running title: 

Caspase-1-Mediated Vascular Responses to Hemolysis 

15 

Corresponding author:

 Nicola Conran, Hematology Center, Rua Carlos Chagas 480, Cidade 

16 

Universitaria, Barao Geraldo, Campinas, São Paulo, 13083-878, Brazil. Tel: +55 19 3251 5533. 

17 

conran@unicamp.br 

18 

 

19 

KEY  WORDS:

  Adhesion  molecules,  cytokines,  intravascular  hemolysis,  models,  NLRP3-

20 

inflammasome, oxidative stress, sickle cell disease. 

21 

 

22 

A preprint version of this manuscript is available on bioRxiv at: 

23 

https://doi.org/10.1101/2025.03.10.642471

24 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

Abstract 

25 

Intravascular hemolysis (IVH), a pathological process associated with various conditions, triggers 

26 

inflammatory responses, yet the key molecular drivers of these responses are poorly defined, 

27 

particularly within the vasculature. To explore the role of NLRP3 inflammasome- and caspase-1-

28 

dependent pathways in IVH-induced vascular dysfunction, we used 

in vivo 

models of acute and 

29 

chronic  IVH,  alongside  heme  stimulation  of  endothelial  cells,  thereby  isolating  this  disease 

30 

mechanism from its etiological causes. IVH induced rapid inflammatory responses in C57BL/6J 

31 

mice, including IL-1β release within 15 minutes, and NLRP3-dependent caspase-1 activation in 

32 

circulating leukocytes. Chronic IVH elevated hepatic NLRP3 protein expression and caspase-1 

33 

activity in monocyte-derived macrophages. In turn, acute IVH significantly impaired cutaneous 

34 

microvascular  blood  flow  and  perfusion,  and  triggered  microvascular  leukocyte  recruitment, 

35 

both  via  caspase-1-dependent  mechanisms.  Consistently,  caspase-1-knockout  mice  did  not 

36 

demonstrate hypoperfusion following IVH and pharmacological inhibition of caspase-1 in sickle 

37 

cell  disease  mice,  which  display  continuous  moderate  hemolysis,  attenuated  heme-induced 

38 

vaso-occlusion. IVH also upregulated leukocyte CD11b-integrin expression 

in vivo

, while heme 

39 

simulation  of  endothelial  cells  promoted  inflammatory  mediator  release  and  caspase-1 

40 

activation,  potentially  facilitating  leukocyte  recruitment.  Although  the  leukocyte  alarmin 

41 

S100A8, released during IVH, amplified IL-1β release in the presence of heme, reactive oxygen 

42 

species  generation,  rather  than  caspase-1  activation,  was  required  for  endothelial  adhesion 

43 

molecule expression. Together, these findings identify caspase-1 activation as a key driver of 

44 

hemolysis-induced  microvascular  leukocyte  recruitment  and  hypoperfusion,  potentially 

45 

facilitating  the  progression  of  skin  lesions  and  organ  damage.  Targeting  caspase-dependent 

46 

pathways may be of therapeutic potential for limiting vascular inflammation and tissue injury in 

47 

IVH-associated conditions. 

48 

NEW & NOTEWORTHY 

49 

This  study  identifies  caspase-1  as  a  driver  of  the  microvascular  leukocyte  recruitment  and 

50 

hypoperfusion that is induced by intravascular hemolysis (IVH). Using 

in vivo

 models and heme-

51 

stimulated  endothelial  cells,  we  show  that  IVH  rapidly  induces  caspase-1-dependent 

52 

endothelial-leukocyte recruitment, microvascular dysfunction, and also IL-1β release. Oxidative 

53 

stress  promotes  heme-induced  endothelial  caspase-1  activation  and  adhesion  molecule 

54 

expression, potentially amplifying vascular dysfunction. These findings provide insight into IVH-

55 

driven pathology in hemolytic disorders, including sickle cell disease. 

56 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

INTRODUCTION 

57 

Hemolysis, or the destruction of red blood cells (RBCs), is a major pathological process that can 

58 

be classified into two primary types: extravascular hemolysis, occurring predominantly in the 

59 

spleen and the liver, via macrophage-mediated phagocytosis, and intravascular hemolysis (IVH), 

60 

where RBC destruction occurs directly within the bloodstream (1). In addition to causing anemia, 

61 

hemolysis  is  a  critical  disease  mechanism  that  drives  systemic  inflammation,  upregulates 

62 

coagulation pathways and induces endothelial dysfunction, hallmarks of several disorders with 

63 

associated hemolysis, such as sickle  cell disease (SCD), paroxysmal nocturnal  hemoglobinuria 

64 

(PNH), malaria and hemolytic transfusion reactions (1-3). While these conditions exhibit distinct 

65 

etiologies  and  clinical  manifestations,  they  share  common  hemolysis-related  complications, 

66 

including pulmonary hypertension, cutaneous leg ulcers and priapism (4-6). 

67 

Intravascular  hemolysis,  in  particular,  has  significant  systemic  effects,  due  to  the 

68 

uncontrolled  release  of  hemoglobin  (Hb),  heme  and  other  erythrocyte  contents  into  the 

69 

circulation. Cell-free Hb binds nitric oxide (NO), impairing vasodilation, while arginine released 

70 

from  RBCs  reduces  NO  bioavailability,  contributing  to  endothelial  dysfunction  and 

71 

vasoconstriction (7). Typically, this process is controlled by haptoglobin, hemopexin, and other 

72 

heme-binding  proteins,  which  scavenge  free  Hb  and  heme.  However,  during  sustained 

73 

hemolysis,  these  protective  systems  become  saturated  leading  to  several  consequences, 

74 

including  complement  system  activation  and  rapid  inflammatory  responses  (1,  8-11).  In 

75 

addition, free heme, derived from oxidized Hb, promotes oxidative stress and acts as a danger-

76 

associated molecular pattern (DAMP) (12, 13) that, together with other RBC-derived DAMPs, 

77 

may trigger innate immune responses, via Toll-Like receptor (TLR) signaling and inflammasome 

78 

activation,  resulting  in  the  processing  and  release  of  pro-inflammatory  cytokines,  such  as 

79 

interleukin  (IL)-1β  and  IL-18,  and  neutrophil  extracellular  traps  (NETs)(14-16).  Although  such 

80 

molecular mechanisms implicate a major role of IVH in inducing immune responses, the exact 

81 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

mechanisms  by  which  IVH  exacerbates  the  pathologies  of  hemolytic  diseases  remain 

82 

incompletely understood. 

83 

We previously standardized two murine models of hemolysis that emulate moderate 

84 

IVH. The acute IVH model, induced by a single administration of sterile water, triggers hypertonic 

85 

RBC lysis and leads to vascular inflammation (17). A similar water-infusion protocol in dogs led 

86 

to rapid NO depletion and endothelial dysfunction (3). In mice, acute IVH induces inflammatory 

87 

responses that include microvascular leukocyte recruitment and release of the S100A8 alarmin 

88 

(17).  In  contrast,  our  murine  chronic  IVH  model  is  induced  by  repetitive  low  doses  of 

89 

phenylhydrazine  (LDPHZ),  causing  continuous  RBC  lysis  through  membrane  peroxidation  (18, 

90 

19). This model results in mild anemia, as evidenced by reticulocytosis and sustained depletion 

91 

of  haptoglobin  and  hemopexin,  ultimately  driving  inflammatory  processes  (18).  The 

92 

inflammatory state that is induced by continuous hemolysis is characterized not only by elevated 

93 

plasma levels of pro-inflammatory molecules, along with endothelial cell activation, but also by 

94 

pathological  hepatic  alterations,  including  increased  hepatic  iron  deposition,  sinusoid 

95 

congestion  and  inflammatory  cell  infiltration  (18).  These  models,  which  mimic  moderate 

96 

hemolytic processes, have proven to be effective tools to investigate the mechanism of  IVH-

97 

induced inflammation in hemolytic disorders, independently of the cause of this hemolysis.  

98 

 

Inflammation plays a pivotal role in driving vascular disturbances through a cascade of 

99 

processes  that  lead  to  leukocyte  recruitment,  endothelial  activation,  and  microvascular 

100 

occlusion  (20).  Pro-inflammatory  molecules,  such  as  TNF-ɑ  and  heme,  can  enhance  the 

101 

expression and activation  of adhesion  molecules on endothelial  cells and  leukocytes (21-23), 

102 

promoting leukocyte adhesion to the vascular wall (24). This response is further amplified by 

103 

leukocyte mobilization, the release of additional pro-inflammatory cytokines and the generation 

104 

of  reactive  oxygen  species  (ROS)  by  activated  leukocytes  (18,  25,  26).  Together  with  NO 

105 

depletion,  generating  impaired  vasodilation  and  platelet  activation,  these  inflammatory 

106 

processes  exacerbate  vascular  dysfunction  (27,  28).  As  such,  IVH-driven  inflammation  and 

107 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

hemodynamic changes may play a critical role in the pathology of hemolytic disorders, where 

108 

their interplay may be central to vascular dysfunction and microvascular occlusion.  

109 

 

One  key  mechanism  that  contributes  to  innate  immune  responses  is  inflammasome 

110 

activation (29). The multiprotein intracellular  inflammasome  complexes assemble in  immune 

111 

cells in response to danger signals, leading to the activation of caspase-1, a protease that cleaves 

112 

pro-IL-1β and pro-IL-18 into their active forms (30). Active caspase-1 also induces gasdermin-

113 

mediated pyroptosis, a form of programmed cell death that amplifies intracellular content and 

114 

cytokine release (31). Subsequently, IL-1β stimulates endothelial adhesion molecule expression 

115 

and  enhances  the  production  of  inflammatory  mediators  such  as  IL-6,  IL-8  and  monocyte 

116 

chemoattractant  protein-1  (MCP-1),  thereby  contributing  to  leukocyte  recruitment  (32,  33). 

117 

Additionally,  NLRP3  inflammasome  activation  has  been  reported  in  non-immune  cell  types 

118 

including the endothelial cells themselves and platelets (34, 35). Hemolytic products, such as 

119 

heme  and  oxidized  Hb,  are  potent  DAMPs  that  are  known  to  trigger  NLRP3  inflammasome 

120 

activation in lipopolysaccharide (LPS)-primed macrophages and endothelial cells, leading to IL-

121 

1β maturation and release (29, 36).  

122 

We hypothesized that inflammasome activation plays a key role in rapid multicellular 

123 

vascular  inflammatory  responses  to  acute  IVH,  contributing  to  vascular  inflammation  and 

124 

potentially to hemodynamic alterations. Over time, persistent hemolytic processes may drive 

125 

some of the long-term vascular complications associated with chronic hemolytic diseases. To 

126 

address this,  we employed  our animal  models  of  hemolysis  to  replicate  moderate  acute and 

127 

chronic  hemolysis  without  interference  from  underlying  pathologies,  allowing  us  to  directly 

128 

assess the impact of the hemolytic process in vascular dysfunction. Additionally, we used 

in vitro

 

129 

assays to explore mechanisms of heme-stimulated macrovascular and microvascular endothelial 

130 

activation. 

131 

METHODS 

132 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

Animals and Ethics Information  

133 

C57BL/6J (RRID:IMSR_JAX:000664) and transgenic Townes SCD (RRID:IMSR_JAX:013071) mice, 

134 

maintained at the animal facility (CEMIB) of the University of Campinas (UNICAMP), were used 

135 

aged 4 to 5 months for the study; Townes mice were bred from breeders originally purchased 

136 

from The Jackson Laboratory (Maine, USA). 

Casp1

−/−

 knock-out mice (RRID:IMSR_JAX:032662, 

137 

kindly provided by Russell Vance)(37) were bred at the University of São Paulo, FMRP/USP, Brazil  

138 

and used at 10 to 12 weeks old. These 

Casp1Δ10

 mice carry a CRISPR/Cas9-generated 10 bp 

139 

deletion in exon 8 of the mouse 

Casp1

 gene and was backcrossed to C57BL/6J for 4 generations. 

140 

The animals were housed in microisolators until euthanasia, with food and water provided 

ad 

141 

libitum

.  All  procedures  were  conducted  in  compliance  with  national  guidelines  for  animal 

142 

experimentation  and  the  study  was  approved  by  the  Ethics  Committee  on  Animal  Use  of 

143 

UNICAMP under protocols 5144-1/2019, 5144-1(A)/2022, 6435-1(A)/2025, 6672-1(A)/2025. All 

144 

efforts were made to minimize animal suffering and to use the minimum number of animals 

145 

necessary to obtain reliable and replicable results. Animals were euthanized at the end of final 

146 

procedures by deep anesthesia (300 mg/kg ketamine and 30 mg/kg xylazine, 

i.p

.).  Protocols for 

147 

C57BL/6J mice and Townes mice employed male mice due to the necessity to perform intravital 

148 

microscopy of a surgical preparation of the cremaster muscle. 

Casp1

−/−

 mice, employed only for 

149 

Doppler  laser  flowmetry,  were  both  male  and  female;  no  differences  in  flowmetry  were 

150 

observed between the two sexes. 

151 

Acute and Chronic Intravascular Hemolysis Induction 

152 

Induction  of  hemolytic  processes  was  performed  as  previously  described  (17,  18).  For  the 

153 

induction of acute IVH, isogenic C57BL6/J mice received a single hemolytic stimulus via the 

i.v.

 

154 

administration  of  150  µL  of  sterile  water.  As  controls,  mice  of  the  same  strain  received  an 

155 

injection of sterile saline solution (0.9% NaCl). Experimental groups were defined based on the 

156 

duration of hemolysis, with sample collection performed at 15 minutes, 1 hour, 3 hours and 6 

157 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

hours  after  water  or  saline  administration.  For  the  induction  of  chronic  IVH,  C57BL6/J  mice 

158 

received intraperitoneal (

i.p

.) injections of a low dose of phenylhydrazine (10 mg/kg; PHZ, Sigma-

159 

Aldrich) twice weekly for four weeks, totaling 8 administrations. Similarly, control animals not 

160 

submitted  to hemolysis received 

i.p.

  sterile  saline  solution (0.9% NaCl)  administrations.  Mice 

161 

from all groups were euthanized 48 hours after the last PHZ administration for sample collection. 

162 

Animal Treatment Protocols 

163 

Animals  were  randomly  allocated  to  experimental  groups  to  reduce  potential  selection  bias.  

164 

Prior to the induction of acute IVH or saline administration, mice were pretreated for 1 hour 

165 

with the NLRP3 inflammasome inhibitor, MCC950 (50 mg/kg, 

i.p

, Sigma-Aldrich), while control 

166 

groups  received  sterile  phosphate-buffered  saline  (PBS).  For  caspase-1  inhibition,  mice  were 

167 

treated with AC-YVAD-cmk (8 mg/kg, Sigma-Aldrich) or 0.5% Dimethyl Sulfoxide vehicle (DMSO, 

168 

Sigma-Aldrich)  in  sterile  PBS,  via 

i.p

.  injection,  at  1  hour  before  IVH  or  saline  or  heme 

169 

administration. For heme stimulation of Townes SCD mice, mice received 32 μM heme (i.v., in 

170 

10  mM  NaOH/PBS  vehicle),  to  induce  vaso-occlusive  processes  at  60  min  before  intravital 

171 

microscopy.  

172 

Dosing for 

in vivo

 administration of YVAD and MCC950 is shown in Supplementary Figure 

173 

1. The selected doses reflect titration based on overall performance across experiments, with 8 

174 

mg/kg  YVAD  and  50  mg/kg  MCC950  generally  yielding  the  most  consistent  and  effective 

175 

responses,  though  not  necessarily  the  maximal  effect  in  every  individual  assay.  While  group 

176 

allocation  was  known  during  treatment  administration,  experimenters  performing  animal 

177 

analyses were blinded for data acquisition, to mitigate bias. 

178 

Laser Doppler Flowmetry  

179 

Cutaneous  microvascular  blood  velocity  and  perfusion  were  assessed  in  the  depilated  pelvic 

180 

region of anesthetized mice (80 mg/kg ketamine/ 10 mg/kg xylazine, 

i.p

.) using the PeriFlux 6000 

181 

system (Perimed Instruments, Järfälla, Sweden). Blood cell concentration (CMBC), velocity, and 

182 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

perfusion were assessed/calculated for 10 minutes at a depth of 0.3 to 0.5mm, using a Ø1.0 mm 

183 

diameter probe with a 780 nm laser (38). Baseline measurements were taken 30 minutes before 

184 

hemolysis  induction,  and  at  15-30  minutes  after  acute  hemolysis  induction  or  saline 

185 

administration. Absolute values were normalized to each animal’s baseline condition.  

186 

Intravital Microscopy  

187 

After  surgical  externalization  of  the  cremaster  muscle  (38)  in  anesthetized  mice  (ketamine/ 

188 

xylazine

, i.p

.), animals were placed under a microscope (Zeiss Imager M.2, Carl Zeiss Microscopy, 

189 

Jena, Germany) for visualization of the microvasculature. Segments (100 µm in length) from 4-7 

190 

different venules, each with a diameter of 25–35 µm, were selected at random from the central 

191 

area of the mounted cremaster muscle; often all available venules of  the required size were 

192 

filmed. Images were acquired using an Axiocam 506 color camera (Carl Zeiss Microscopy) and 

193 

the Zen 2 Pro software (Carl Zeiss Microscopy) using a water-immersive 63X objective under 

194 

brightfield illumination for a maximum total filming time of 20 minutes. One-minute videos (57 

195 

frames  per  second)  were  exported  as  .avi  files  for  quantitative  analysis  of  segments.  Rolling 

196 

leukocytes  were  defined  as  those  moving  at  a  slower  velocity  than  that  of  free-flowing 

197 

erythrocytes in a given 100-µm venule segment over the 1-minute interval. Adherent leukocytes 

198 

were defined as those remaining stationary for the full duration of the video within the venular 

199 

segment.  Extravasated  leukocytes  were  defined  as  those  that  had  migrated  out  of  the 

200 

vasculature and into the surrounding tissue (up to 25 µm from the analyzed venule segment on 

201 

each side) in the interstitial space outside the vessel (18).  

202 

Isolation of Hepatic Non-Parenchymal Cells  

203 

For  non-parenchymal  cell  (NPC)  isolation,  mouse  livers  were  perfused 

in  situ

  with  perfusion 

204 

solution  (Liver  Perfusion  Medium,  37°C,  Gibco™,  MA,  USA),  after  which  the  liver  was  gently 

205 

dissected and digested with buffer containing collagenase (Liver Digest Medium, Gibco) at 37°C 

206 

for  40  minutes,  with  occasional  agitation.  After  filtering  (100-μm  nylon  cell  strainer), 

207 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

homogenates were washed three times (PBS, 30 × g for 4 minutes at 25°C) for hepatocyte and 

208 

debris sedimentation. The supernatant  was  then collected and subjected  to  two consecutive 

209 

centrifugations (300 × 

g

, 10 minutes, 22°C) to sediment non-parenchymal cells (NPCs), including 

210 

leukocytes and macrophages (39). The collected NPC fraction was carefully resuspended in PBS, 

211 

and centrifuged at 1500 × 

for 20 minutes at 25°C. The resulting pellet was  resuspended in 

212 

sterile RPMI medium.  

213 

Endothelial Cell Culture and Treatments 

214 

Human  Umbilical Vein Endothelial Cells (HUVEC; RRID:CVCL_2959)

 

and

 

Human Microvascular 

215 

Endothelial  Cells  (HMEC-1;  RRID:CVCL_0307)  were  acquired  from  the  American  Type  Culture 

216 

Collection (ATCC®, VA, USA). HUVECs were cultured in modified Ham’s F-12 Kaighn’s medium 

217 

(F12K, Gibco) with 10% fetal bovine serum (FBS, Invitrogen, MA, USA), endothelial growth factor 

218 

(30 ng/mL, Calbiochem, CA, USA), sodium heparin (10 U/mL, Cristália, São Paulo, Brazil), and 

219 

antibiotics (streptomycin and penicillin). HMEC-1 were cultured in MCDB 131 medium (Gibco) 

220 

with  10%  FBS,  10  ng/mL  Epidermal  Growth  Factor  (EGF,  Thermofisher,  MA,  USA),  1  µg/mL 

221 

hydrocortisone  (Sigma-Aldrich),  10  mM  L-Glutamine  (Gibco),  and  antibiotics.  Both  cell  types 

222 

were  maintained  in  a  humidified  atmosphere  at  37°C  with  5%  CO₂,  and  used  at  80-90% 

223 

confluence, and between  3  and 6 passages.  Both  cell  lines  were  morphologically checked  by 

224 

microscopy for a cobblestone appearance and dark nuclei, and phenotypically characterized by 

225 

flow cytometry to ensure that they had maintained their phenotypes. HUVEC cells were CD31

+

226 

CD34

low

,  CD45

-

,  CD105

+

,  CD133

-

CD144

low

,  CD146

low

,  while  HMEC-1  cells  were 

227 

CD31

+

, CD146

+

, CD105

+

,  CD34

low

, CD45

-

,  CD133

-

    (40-42).  For  experiments,  HUVEC  or  HMEC-1 

228 

were seeded at 2 × 10⁵ cells/mL per well in complete F12K or MCDB 131 medium supplemented 

229 

with 2% FBS, for 24 hours at 37°C, 5% CO₂. Cells were stimulated, or not, with heme (50 µM; 

230 

Frontier Scientific, UT, USA) for 3 hours at 37°C, 5% CO₂. For  caspase-1 inhibition, cells were 

231 

pretreated  for  1  hour  with  YVAD-cmk  (50  µM,  Sigma-Aldrich)  or  0.25  %  dimethyl  sulfoxide 

232 

vehicle  (DMSO,  Sigma-Aldrich)  before  heme  stimulation  for  an  additional  3  hours.  For 

233 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

 

antioxidant treatment, cells were incubated with 1 mM α-tocopherol (DL-all-rac-α-tocopherol, 

234 

Vitamin E, Sigma-Aldrich), or 2% ultrapure ethanol vehicle, for 30 minutes prior to stimulation 

235 

with heme. For human recombinant S100A8 incubation (ProSpec-Tany TechnoGene, Ness-Ziona, 

236 

CD, Israel), cells were pre-incubated with 1 µg/ml protein for 3 hours before heme stimulation. 

237 

Flow Cytometry: Murine Cells 

238 

Cellular caspase-1 activation and cell phenotyping was determined in murine cells using flow 

239 

cytometry. Fifty μL of EDTA-coagulated whole blood (for neutrophil and monocyte analysis) and 

240 

NPC samples (1 × 10⁶ cells/mL) were pre-incubated with a blocking solution (Mouse BD Fc Block 

241 

purified anti-mouse CD16/CD32 – 1:50, BD Pharmingen) for 15 minutes at room temperature 

242 

before incubating with the intracellular staining probe, FAM-YVAD-FMK (FAM-FLICA Caspase-1, 

243 

ImmunoChemistry Technologies, Bloomington, MN, USA), and phenotyping antibodies (37°C, 30 

244 

minutes).  After  incubation,  red  blood  cells  were  lysed  (BD  Pharm  Lyse  Buffer;  15  minutes  at 

245 

room temperature). Immediately after lysis, cells were washed (Apoptosis Wash Buffer; FAM-

246 

FLICA  Caspase-1  (YVAD)  Assay  Kit)  and  resuspended  in  PBS  containing  fixative  solution  for 

247 

acquisition on a FACSCalibur flow cytometer (BD Biosciences, CA, USA; RRID:SCR_000401), with 

248 

data  analyzed  by  FlowJo  software  v.10.5.3  (RRID:SCR_008520).  Viable  neutrophils  (Ly6G

high

 

249 

CD11b⁺), monocytes (Ly6C

high

 CD43⁺), and liver macrophages (F4/80⁺ CD11b⁺) were iden fied 

250 

after  gating  based  on  SSC/FSC  parameters.  Caspase-1  activation  was  expressed  as  the 

251 

percentage  of  phenotyped  cells  that  were  FLICA⁺  (5x10

4

  events).  All  antibodies  used  in  flow 

252 

cytometry are listed in Supplementary Table 1. 

253 

Flow Cytometry: Endothelial Cells 

254 

For analysis of adhesion molecules and caspase-1 activity, HUVEC and HMEC-1 (1 × 10

5

 cells/mL) 

255 

were  fixed  with  1%  paraformaldehyde,  then  dissociated  with  0.25%  Trypsin/  0.53  mM  EDTA 

256 

solution (37°C) prior to antibody and FAM-FLICA Caspase-1 probe labelling for 30 min, 37°C (see 

257 

Supplementary Table 1). For ROS measurement, unfixed cells were collected, washed with PBS, 

258 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

10 

 

and  immediately  incubated  with  the  2′,7′-Dichlorodihydrofluorescein  diacetate  probe  (DCFH-

259 

DA,  Sigma-Aldrich;  10  µM,  30  minutes,  37°C).  Event  acquisition  with  a  FACSCalibur  (2  ×  10⁴ 

260 

events),  and  data  were  analyzed  using  FlowJo  software  v.10.5.3.  The  gating  strategy  used 

261 

SSC/FSC (side scatter/forward scatter) parameters to identify viable cells and the population of 

262 

interest.  

263 

Immunoassay Protein Measurements 

264 

Murine plasma samples were used for enzyme-linked immunosorbent assays (ELISA) to quantify 

265 

IL-1β (mouse IL-1β/IL-1F2 [high sensitivity] ELISA Kit, R&D Systems, Minneapolis, MN, USA), IL-

266 

18 (mouse IL-18 ELISA Kit, MBL), IL-6 (mouse IL-6, Abcam), TNF-α (Mouse TNF-alpha Quantikine 

267 

[high  sensitivity]  ELISA  Kit,  R&D  Systems),  S100A8  protein  (DuoSet  Mouse  S100A8,  R&D 

268 

Systems),  and  haptoglobin  (Abcam),  following  the  manufacturers’  instructions.  Total  liver 

269 

protein  extracts  were  used  to  quantify  hepatic  IL-1β  using  the  commercial  mouse  IL-1β 

270 

SimpleStep  ELISA  kit  (Abcam),  according  to  the  manufacturer’s  instructions.  HUVEC 

271 

supernatants were used for ELISA to quantify IL-1β (human IL-1β/IL-1F2 [high sensitivity] ELISA 

272 

Kit,  R&D  Systems),  IL-6  (human  IL-6  Quantikine  ELISA  Kit,  R&D  Systems),  MCP-1  (human 

273 

CCL2/MCP-1 Quantikine ELISA Kit, R&D Systems), IL-8 (human CXCL8/IL-8 Quantikine ELISA Kit, 

274 

R&D Systems). 

275 

Plasma Hemoglobin and Heme Measurement 

276 

Plasma  hemoglobin  was  determined  according  to  the  method  of  Fairbanks  et  al.  (43); 

277 

hemoglobin levels are expressed as µM heme bound to hemoglobin. Total cell-free plasma heme 

278 

was measured using a commercial kit (QuantiChrom™ Heme Assay Kit BioAssay Systems, San 

279 

Francisco, CA), according to the manufacturer’s instructions.  

280 

Quantitative Real Time PCR (qPCR) 

281 

mRNA from HUVECs was isolated using the RNeasy Micro Kit (Qiagen, Germany), according to 

282 

the manufacturer’s instructions. cDNA synthesis was performed using the RevertAid H Minus 

283 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

11 

 

First Strand cDNA  Synthesis  Kit  (Thermo Fisher Scientific)  and  cDNA concentration  measured 

284 

using a NanoDrop spectrophotometer (Thermo Fisher Scientific). All qPCR samples were run in 

285 

duplicate on the same plate in a total volume of 12 µL, containing 10 ng of cDNA, 6 µL of SYBR 

286 

Green Master Mix PCR (Applied Biosystems, CA, USA), and oligonucleotide primers for the genes 

287 

of interest (

CASP1

NLRP3

 and 

PYCARD

, designed by Primer-Express, Applied Biosystems, and 

288 

synthesized by IDT, Iowa, USA). For oligonucleotide primer sequences and concentrations, see 

289 

Supplementary  Table  2.  The  reaction  was  performed  using  the  7500  Fast  Dx  Real-Time  PCR 

290 

instrument and software (Applied Biosystems). To confirm the accuracy and reproducibility of 

291 

the qPCR, intra-assay precision was calculated using the equation E(-1/slope), and a dissociation 

292 

curve analysis was performed at the end of each run to detect nonspecific amplifications. Results 

293 

are expressed as arbitrary units (A.U) of gene expression and were normalized to β-actin and 

294 

GAPDH expression, calculated using the geNorm program (44) (RRID:SCR_006763). 

295 

Protein Extraction and Immunoblotting 

296 

Liver fragments were homogenized in lysis buffer, containing a protease inhibitor cocktail. Total 

297 

protein was determined using the Bradford method. Fifty μg of protein extract were loaded onto 

298 

a 4-20% polyacrylamide gel (SDS-PAGE, Premade MiniProtean gel, Bio-Rad) for Western blotting. 

299 

The following primary antibodies (diluted 1:10) were used: rat anti-murine NLRP3 monoclonal 

300 

antibody  (MAB7578;  R&D  Systems),  rabbit  anti-IL-1β  polyclonal  antibody  (ab9722;  Abcam), 

301 

rabbit  anti-caspase-1  polyclonal  antibody  (ab138483;  Abcam),  and  mouse  anti-GAPDH 

302 

monoclonal antibody (sc-365062; Santa Cruz). Secondary antibodies (diluted 1:1000) were anti-

303 

rat IgG-HRP-conjugated (sc-2006; Santa Cruz), anti-rabbit IgG-HRP-conjugated (sc-2357; Santa 

304 

Cruz) and anti-mouse IgG-HRP-conjugated (sc-358914; Santa Cruz). Blots were developed using 

305 

the Pierce ECL chemiluminescence detection kit (Thermo Scientific). Images were visualized and 

306 

captured using a photo documentation system (UVISoft- UVIBand, UVITEC Cambridge ALLIANCE-

307 

6.7);  band  intensity  values  were  normalized  to  the  optical  densities  of  GAPDH  bands,  and 

308 

analyzed with ImageJ software (RRID:SCR_003070).  

309 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

12 

 

For HUVEC, cells (2x10

5

) were washed twice with ice-cold PBS and lysed in RIPA buffer 

310 

(50  mM  Tris-HCl  pH  7.5,  150  mM  NaCl,  1%  NP-40,  0.1%  SDS,  0.5%  sodium  deoxycholate) 

311 

supplemented with protease and phosphatase inhibitors (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA). 

312 

Lysates were incubated on ice for 10 minutes with intermittent vortexing and then centrifuged 

313 

at 14,000 × g for 15 minutes, 4°C. The supernatant was collected, and total protein concentration 

314 

was determined using the Bradford assay. Culture supernatants were centrifuged at 14,000 × g 

315 

for 10 minutes, 4°C to remove cellular debris. Samples (lysates or clarified supernatants) were 

316 

mixed with 6× Laemmli sample buffer containing 20% β-mercapethanol and boiled at 95°C for 5 

317 

minutes. For Western blotting, equal amounts of protein (20–30 µg) were separated by 4-15% 

318 

polyacrylamide  gel  (SDS-PAGE;  Premade  MiniProtean  gel,  Bio-Rad)  and  transferred  onto 

319 

nitrocellulose  membranes  (Millipore).  Membranes  were  incubated  overnight  at  4°C  with 

320 

primary  antibodies  against  IL-1β  (0.3ug/mL  rabbit  anti-IL-1β  polyclonal  antibody,  ab9722, 

321 

Abcam) or Caspase-1 (1:500 mouse anti-caspase-1 monoclonal antibody, sc56036, Santa Cruz 

322 

Biotechnology).  After  washing,  membranes  were  incubated  with  HRP-conjugated  secondary 

323 

antibodies (1:1000) for 1 hour at room temperature. Mouse anti-β-actin monoclonal antibody 

324 

HRP-conjugated  (sc-47778,  Santa  Cruz  Biotechnology,  was  used  as  loading  control.  Protein 

325 

bands  were  visualized  using  ultra-sensitivity  ECL  (SuperSignal™  West  Femto  Maximum 

326 

Sensitivity Substrate, Thermo Scientific, USA) and imaged as previous described.  

327 

Statistical Analysis 

328 

Data are expressed as means and standard error of N animals or cell samples. For comparisons 

329 

between two groups, the Mann-Whitney test was used. For comparisons between three groups 

330 

or  more,  data  normality  was  assessed,  and  either  a  One-way  Analysis  of  Variance  (ANOVA) 

331 

followed by Holm-Sidak’s multiple comparison test (for parametric samples) or Kruskal-Wallis 

332 

test followed by Dunn’s multiple-comparison test (for non-parametric samples) was employed 

333 

using the GraphPad Prism software (RRID:SCR_002798). For the animal experiments, minimum 

334 

group sizes (5/ group) were calculated based on our prior experimental data (17, 38) and the 

335 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

13 

 

method described by Lehr et al. (45), using a statistical power of 0.8 (80%), and effect size (d) of 

336 

0.3. A probability (P value) of 5% or less was considered significant. 

337 

RESULTS 

338 

A Single Acute Hemolytic Event Induces a Rapid Pro-Inflammatory Effector Response in Mice  

339 

An acute intravascular hemolytic event was induced in C57BL/6J mice by injecting them (i.v.) 

340 

with sterile water, according to a previously established protocol (46). A control group received 

341 

a single administration of sterile saline. Blood samples were collected at 15 min, 1 hour and 3 

342 

hours later (Figure 1). As previously described (46), this protocol rapidly increases plasma cell-

343 

free hemoglobin and total plasma cell-free heme, confirming the occurrence of IVH within 15min 

344 

(Figure 1A and B). Plasma haptoglobin was also rapidly depleted within 1 hour (Figure 1C). In 

345 

association with these observations, acute IVH triggered prompt inflammatory protein release, 

346 

with plasma levels of TNF-α cytokine increasing at 3 hours (Figure 1D). Furthermore, circulating 

347 

levels  of  the  leukocyte-derived  S100A8,  (Figure  1E)  an  alarmin  that  can  participate  in 

348 

inflammasome  activation,  increased  within  just  15  minutes  of  the  hemolytic  stimulus. 

349 

Inflammasome  activation  is  necessary  for  the  maturation  of  the  IL-1β  and  IL-18  cytokines; 

350 

consistent with the hypothesis of inflammasome-mediated cytokine processing, plasma levels 

351 

of  IL-1β  augmented  within  just  15  min  of  IVH  induction  (Figure  1F),  while  IL-18  release  was 

352 

slower, occurring at approximately 6 hours post-hemolysis (Figure 1H). Additionally, liver IL-1β 

353 

protein content presented a significant increase within the first hour post-hemolysis (Figure 1G).  

354 

Acute 

in  vivo

  Intravascular  Hemolysis  induces  NLRP3-Dependent  Caspase-1  Activation  in 

355 

Murine Leukocytes 

356 

Having observed rapid hemolysis-driven inflammasome-derived cytokine release, we compared 

357 

caspase  activity  in  the  neutrophils  and  monocytes  of  mice  that  had  received  a  single 

i.v.

 

358 

administration  of  either  sterile  0.9%  NaCl  (control  mice)  or  sterile  water  (IVH)  to  induce  IVH 

359 

(Figure  2,  and  Supplementary  Figure  2).  C57BL/6J  mice  were  also  pretreated  (1  hour  before 

360 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

14 

 

hemolysis) intraperitoneally with either the irreversible caspase-1 inhibitor, ac-YVAD-CMK, or 

361 

the selective NLRP3-inflammmasome inhibitor, MCC950, or their vehicles (

i.p.

 DMSO or sterile 

362 

PBS,  respectively).  Caspase  activity  was  determined  in  immunophenotyped  neutrophils  and 

363 

monocytes at 1 hour post hemolysis (or saline infusion) using the FAM-YVAD-FLICA-FITC probe, 

364 

with primary specificity for caspase-1, and flow cytometry. 

365 

Acute  IVH  significantly  increased  caspase  activity  in  both  the  neutrophils 

366 

(Ly6G

high

CD11b

+

, Figure 2A, C) and monocytes (Ly6C

high

CD43

+

, Figure 2B, D) of mice. Importantly, 

367 

this effect was prevented by both YVAD (Figure 2A, B) and by MCC950 (Figure 2C, D). While the 

368 

FLICA probe can detect the activity of other caspases (albeit with lower affinity), the combined 

369 

inhibition by YVAD and MCC950 strongly suggests that acute IVH induces NLRP3-dependent and, 

370 

therefore, presumably caspase-1 dependent activity in murine leukocytes.  

371 

Rapid Microvascular Leukocyte Recruitment in Response to Acute Intravascular Hemolysis is 

372 

Partially Mediated by Caspase-1 Activity. 

373 

The acute inflammatory response that is triggered by IVH rapidly induces leukocyte recruitment 

374 

to the microvascular wall at 15-35 minutes post-hemolysis, significantly increasing the rolling 

375 

and adhesion of these cells at the vascular wall and also increasing extravasation (Figure 3D-F), 

376 

compared to saline-control mice. When mice were pretreated (1 hour, 

i.p

.) with the caspase-1 

377 

inhibitor,  YVAD,  both  the  rolling  and  adhesion  of  leukocytes  in  response  to  hemolysis  were 

378 

abrogated  (Figure  3A,  B),  although  leukocyte  extravasation  was  not  significantly  modulated 

379 

(Figure  3C).  In  contrast,  the  decrease  in  hemolysis-induced  leukocyte  rolling  and  adhesion 

380 

observed  following  pre-administration  of  the  NLRP3  inhibitor,  MCC950,  was  not  statistically 

381 

significant (Figure 3D-F).  

382 

In association with these findings, we found no significant effect of IVH on the expression 

383 

of  leukocyte  CD11b  at 15  minutes post induction;  however, by 1  hour,  CD11b expression on 

384 

leukocytes was significantly augmented. Flow cytometry demonstrated that the percentage of 

385 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

15 

 

CD11b

high

 neutrophils and monocytes of mice that received saline was 63.2±3.4 % (n=35), while 

386 

this percentage was 62.6±3.6 % (n=13) at 15 min and 77.0±3.2 % (n=22, 

p

<0.008 compared to 

387 

saline) at 1-hour post-IVH induction. 

388 

Acute 

in vivo

 Intravascular Hemolysis Significantly Impairs Microcirculatory Blood Perfusion in 

389 

an NLRP3- and Caspase-1-Dependent Manner 

390 

Since acute IVH induces microvascular leukocyte recruitment, we investigated the impact of this 

391 

event on microvascular blood flow and perfusion. Laser Doppler flowmetry was used to monitor 

392 

the  cutaneous  blood  flow  and  perfusion  in  C57BL/6  mice  at  15-35  min  minutes  after  the 

393 

induction, or not, of acute IVH (Figure 4). Mice were also pretreated 1 hour prior to hemolysis 

394 

induction  with 

i.p. 

YVAD  or  MCC950,  and  vehicle  control  groups  were  given  either  DMSO  or 

395 

sterile PBS, respectively. 

396 

 

The induction of acute IVH in mice induced a very rapid and significant hypoperfusion in 

397 

the skin of mice, decreasing both blood flow velocity (Figure 4A, C) and blood perfusion (Figure 

398 

4B, D). Importantly, both caspase-1 (Figure 4A, B) and NLRP3 (Figure 4C, D) inhibition were able 

399 

to  partially  or  fully  restore  the  cutaneous  microvascular  blood  flow  and  perfusion  in  mice 

400 

subjected to acute IVH, implying a role for the inflammatory response and NLRP3-inflammasome 

401 

activation in the ischemia observed. 

402 

 The role of caspase-1 in this process was further supported by results obtained in 

Casp1

-

403 

/-

 knockout mice. Although intravascular hemolysis induced a rapid increase in plasma cell-free 

404 

Hb  at  15  minutes  in  these  mice  (Figure  4G),  no  alterations  in  cutaneous  blood  flow  or 

405 

microvascular perfusion were observed (Figure 4E, F). At 1 hour post-IVH, quantification of FAM-

406 

YVAD-FLICA-FITC  positivity  in  neutrophils  and  monocytes  confirmed  the  absence  of  caspase 

407 

activity,  indicating  that  the  leukocyte  caspase  activity  observed  in  wild-type  C57BL/6J  mice 

408 

subjected to IVH is principally mediated by caspase-1 (Figure 4 H, I; Supplementary Figure 3).  

409 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

16 

 

Chronic  Intravascular  Hemolysis  in  Mice  Induces  an  Hepatic  Inflammatory  Response  and 

410 

Inflammasome-Derived Cytokine Release 

411 

Using  a  previously-established  model  (18),  we  induced  long-term  continuous  IVH  in  C57BL/6 

412 

mice by treating them for 28 days with low-dose phenylhydrazine (10 mg/kg 

i.p

., 2x per week). 

413 

Control mice received 

i.p.

 saline at the same administration frequency. At 48 h after the last 

414 

phenylhydrazine  dose,  mice  submitted  to  chronic  IVH  demonstrated  significantly  elevated 

415 

circulating  levels  of  both  IL-1β  and  IL-18  (Figure  5A,  B),  with  similar  concentrations  to  those 

416 

observed after a single acute IVH event. Western blotting also identified an increase in NLRP3 

417 

protein in the livers of mice that underwent chronic IVH, compared to control mice (Figure 5C, 

418 

Supplementary Figure 4F), but no significant alterations in other inflammasome components or 

419 

precursor  molecules  were  observed  in  these  livers  (pro-caspase-1,  caspase-1-p20  or  -p15 

420 

subunits, pro-IL-1β, mature IL-1β subunit) (Supplementary Figure 4).  

421 

Immunophenotyping  by  flow  cytometry  of  murine  liver  demonstrated  a  significant 

422 

increase in the number of infiltrated F4/80

+

CD11b

+

 cells in mice subjected to chronic hemolysis, 

423 

compared to control mice (Figure 5D). Furthermore, these F4/80

+

CD11b

cells

 

displayed a higher 

424 

caspase activity in the hemolytic mice, as demonstrated by FLICA binding and flow cytometry 

425 

(Figure 5E, F). 

426 

Heme-Induced Microvascular Leukocyte Recruitment in a Murine Model of Chronic Hemolytic 

427 

Anemia is Partially Mediated by Caspase-1 Activity 

428 

To explore a potential role for caspase-1 activation in leukocyte recruitment in mice with chronic 

429 

hemolysis associated with disease etiology, we induced vaso-occlusive-like processes in Townes 

430 

transgenic mice with SCD using heme administration. The administration of heme (32 μM, 

i.v

.) 

431 

to SCD mice  induced leukocyte recruitment to the microvascular wall at 60 min, significantly 

432 

increasing the rolling and adhesion of these cells, but not extravasation (Figure 5G-I), compared 

433 

to mice that received just vehicle (basal conditions). When SCD mice were pretreated (1 hour, 

434 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

17 

 

i.p

.) with the caspase-1 inhibitor, YVAD, both leukocyte rolling and adhesion were significantly 

435 

reduced  (Figure  5G,  H),  although  leukocyte  extravasation  was  not  significantly  modulated 

436 

(Figure 5I).  

437 

Heme Induces Inflammatory Responses in Macro- and Microvascular Endothelial Cells 

438 

Considering the crucial roles of both leukocytes and the endothelium in vascular inflammation 

439 

and leukocyte recruitment, we examined the inflammatory responses of human umbilical vein 

440 

and microvascular endothelial cells (HUVEC and HMEC-1, respectively) to heme stimulation

, in 

441 

vitro

 (Figure 6). Following incubation with heme (50 μM hemin) for 3 hours, both HUVEC and 

442 

HMEC-1 presented significant elevations in their surface expressions of the adhesion molecules 

443 

ICAM-1 (Figure 6A, D, G, H), VCAM-1 (Figure 6B, E, G, H) and E-selectin (Figure 6C, F, G, H). These 

444 

changes were associated with significant increases in the release of the inflammatory molecules, 

445 

IL-1β,  IL-6,  IL-8  and  MCP-1  from  heme-activated  HUVEC  (Figure  7A-D),  highlighting  the 

446 

inflammatory effect of the heme molecule on endothelial cells.  

447 

Priming of Heme-Stimulated Macrovascular Endothelial Cells Amplifies Cellular IL-1β release 

448 

Western  blotting  confirmed  the  presence  of  intracellular  mature  IL-1β  and  the  p15  cleaved 

449 

caspase-1 fragment in lysed heme-stimulated cells, particularly when primed (Supplementary 

450 

Figure 5). However, IL-1β release from endothelial cells is lower than that observed for immune 

451 

cells and was therefore quantified in cell supernatants using a high-sensitivity ELISA. Notably, 

452 

priming of HUVEC with S100A8, which is released 

in vivo

 during IVH (Figure 1E), significantly 

453 

amplified  the  release  of  IL-1β  from  these  cells  (Figure  7A),  but  did  not  significantly  alter  the 

454 

effects  of  heme  on  IL-6,  IL-8  or  MCP-1  release  from  cells  (Figure  7B-D).  In  comparison,  IL-1β 

455 

release  from  heme-stimulated  HUVEC  after  priming  (3  hours)  by  the  pathogen-associated 

456 

molecular pattern (PAMP), lipopolysaccharide (LPS; 100ng/ml), was similar to that of S100A8 

457 

primed cells, under our experimental conditions. For these experiments, supernatant IL-1β was: 

458 

<0.063  pg/ml  (n=16  independent  biological  replicates)  under  basal  conditions;  0.107±0.010 

459 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

18 

 

pg/ml (n=16) for heme-stimulated HUVEC; 0.173±0.003 pg/ml (n=14) for LPS-incubated cells; 

460 

0.384±0.031  pg/ml  (n=7)  for  LPS-primed  and  heme-stimulated  cells  and  0.398±0.016  pg/ml 

461 

(n=16) for S100A8-primed and heme-stimulated cells (P=0.481, compared to LPS+Heme). 

462 

Heme-Induced Adhesion Molecule Expression by Endothelial Cells is Dependent on Reactive 

463 

Oxygen Species Generation and not Increased Caspase-1 Activity 

464 

To  examine  whether  inflammasome  activation  participates  in  heme-induced  inflammatory 

465 

responses in endothelial cells, we determined  caspase activity in  heme-activated HUVEC and 

466 

HMEC-1  using  the  FAM-FLICA  probe  and  flow  cytometry.  Caspase  activity  was  significantly 

467 

increased in both HUVEC and HMEC-1 cells following heme incubation, compared to control cells 

468 

(Figure 8A and 8H; Supplementary Figure 6). Abrogation of heme-induced caspase activity in 

469 

HUVEC by the YVAD inhibitor indicated a major role for caspase-1 in this caspase activity (Figure 

470 

8A) (dosing for YVAD in HUVEC is shown in Supplementary Figure 7). Importantly, qPCR revealed 

471 

that the expression of the gene encoding caspase-1 in HUVEC was also elevated in response to 

472 

heme stimulation (Figure 8B; gene expressions of other inflammasome components are shown 

473 

in Supplementary Figure 8). However, inhibition of caspase-1 in HUVEC using the YVAD peptide, 

474 

had no significant inhibitory effect on heme-activated adhesion molecule expression (Figure 8E-

475 

G; Supplementary Figure 6E-H).  

476 

Of note, the ROS contents of both HUVEC and HMEC-1 were significantly amplified by 

477 

heme stimulation (Figure 7C and I), as demonstrated using the DCFDA probe and flow cytometry. 

478 

Importantly,  neutralization  of  intracellular  ROS  generation  by  incubation  with  membrane-

479 

permeable  α-tocopherol  prevented  the  increase  in  caspase  activity  in  HUVEC  (Figure  8D, 

480 

Supplementary  Figure  6D).  In  turn,  in  contrast  to  the  effects  of  caspase-1  inhibition,  the 

481 

neutralization of ROS significantly abolished the inducing effects of heme on ICAM-1, VCAM-1, 

482 

and  E-selectin  expression  on  HUVEC  (Figure  8E-G)  and  abrogated  heme-induced  E-selectin 

483 

expression on HMEC-1 (Figure 8J). These data suggest that the inflammatory effects of heme in 

484 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

19 

 

endothelial  cells  may,  at  least  in  part,  be  driven  by  oxidative  stress,  which  contributes  to 

485 

caspase-1 activation. However, the induction of adhesion molecule expression on these cells 

486 

does not appear to be necessarily mediated by inflammasome/caspase-1 activity 

487 

DISCUSSION 

488 

Although different hemolytic disorders have distinct clinical manifestations, some share certain 

489 

characteristics, including inflammatory and pro-thrombotic processes, as well as manifestations 

490 

such as pulmonary hypertension (1). Such manifestations are probably secondary to hemolysis 

491 

itself, specifically IVH, irrespective of the underlying cause of the disease and suggest that IVH 

492 

acts an independent disease mechanism (47, 48). While the association between inflammation 

493 

and hemolytic disorders, particularly SCD, is well documented (49-53), the specific role of the 

494 

inflammasome in driving this inflammatory response at the vascular level is unclear (11, 54). 

495 

Reports demonstrate a clear role for NLRP3-inflammasome formation in heme-induced primed 

496 

human macrophages (19, 54, 55), with roles for ROS generation and K

+

 efflux (54, 56). Lethal 

497 

hemolysis  in  mice,  induced  by  phenylhydrazine,  appears  to  require  toll-like  receptor-4-

498 

dependent  cytokine  production  and  mitochondrial  ROS  production,  without  necessarily  the 

499 

need  for  the  administration  of  a  pathogen-associated  molecular  pattern  (PAMP)(56)  priming 

500 

molecule.  

501 

Given that the complications of hemolytic diseases often arise in a sterile environment, 

502 

i.e.

 in the absence of infection, and therefore without PAMP-driven cellular priming, we explored 

503 

how IVH, as an isolated mechanism can trigger vascular inflammation (17, 18). Understanding 

504 

how IVH and its products impacts vascular physiology and hemodynamics, as well as cell function 

505 

in the vasculature, areas that have been underexplored to date, may reveal key mechanisms by 

506 

which IVH may contribute to the pathophysiology and thromboinflammatory complications of 

507 

hemolytic disorders. Using 

in vivo

 models of non-lethal acute and chronic IVH, we characterized 

508 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

20 

 

rapid and longer-term vascular inflammatory responses to IVH and explored a potential role for 

509 

NLRP3-inflammasome and caspase-1 activation in this mechanism. 

510 

As  previously  reported,  our  model  of  acute 

in  vivo

  hemolysis  induced  a  rapid  and 

511 

moderate  IVH  in  C57BL/6J  mice,  resulting  in  immediate  elevations  of  plasma  cell-free 

512 

hemoglobin and total plasma cell-free heme (17) that were comparable to those of mice with 

513 

SCD (17). These alterations were accompanied by a rapid depletion of circulating haptoglobin, 

514 

indicative of an acute hemolytic event. Circulating TNF-α, a potent pro-inflammatory cytokine 

515 

(57), was up-regulated within 3 hours of IVH, suggestive of a systemic inflammatory response. 

516 

Additionally, plasma S100A8, a leukocyte-derived putative biomarker for sepsis and a predictor 

517 

of mortality in heart failure patients (58, 59), increased significantly within just 15 minutes of 

518 

the acute hemolytic event, reflecting rapid leukocyte activation. Concomitantly, circulating IL-

519 

1β  levels  were  augmented  at  15  minutes  post-IVH,  indicative  of  increased  inflammasome 

520 

activity and cytokine processing. 

521 

Supporting a role for an inflammasome-derived inflammatory response to acute IVH, 

522 

liver  IL-1β-cytokine  content  increased  significantly  within  1  hour  in  these  mice,  suggesting  a 

523 

potential role for hepatic macrophages in amplifying this inflammation (60, 61). Consistent with 

524 

this hypothesis, mice subjected to continuous IVH for 4 weeks exhibited an increased frequency 

525 

of hepatic monocyte-derived (F4/80

+

CD11b

+

) macrophages and a subset of these cells displayed 

526 

augmented caspase activity, as previously reported in heme-induced LPS-primed macrophages 

527 

(54). Interestingly, although IL-18 also increased after acute IVH in mice, it was only detectable 

528 

in the circulation at 6 hours after the event. This delay may reflect the need for gene expression 

529 

upregulation  to mediate increased  pro-IL-18 production  (62). However,  sustained IVH  over  4 

530 

weeks triggered a persistent rise in plasma IL-1β and IL-18, accompanied by the upregulation of 

531 

hepatic  NLRP3  gene  expression,  highlighting  a  continuous  role  for  the  inflammasome  during 

532 

hemolytic disorders. 

533 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

21 

 

Considering  the  rapid  alterations  and  the  apparent  participation  of  leukocytes  in  the 

534 

hemolytic inflammatory response, alongside the concomitant upregulation of S100A8, a known 

535 

alarmin capable of priming the inflammasome (19), we monitored the activity of caspase-1, the 

536 

major  effector  of  canonical  inflammasomes,  in  murine  neutrophils  and  monocytes  following 

537 

acute IVH. Caspase-1 activity, measured using FAM-FLICA YVAD-FMK-probe binding (63), was 

538 

significantly elevated in both cell types at one hour after IVH. Furthermore, treatment 

in vivo

 

539 

with  either  the  caspase-1  inhibitor,  YVAD,  or  the  NLRP3  inhibitor,  MCC950,  abrogated  FLICA 

540 

fluorescence,  suggesting  that  leukocyte  NLRP3-inflammasome  assembly  contributes  to  the 

541 

elevation in circulating IL-1β following acute IVH. Although the inhibitor, AC-YVAD-CMK, may 

542 

exhibit cross reactivity with other caspases in humans (64), such off-target effects are unlikely 

543 

at the dose employed. Moreover, caspase-1-deficient mice did not display increased leukocyte 

544 

caspase activity following acute IVH, confirming caspase-1 activity specificity.   

545 

The NLRP3 inflammasome has been implicated in leukocyte recruitment mechanisms in 

546 

inflammation (65, 66), while heme has been shown to promote neutrophil adhesion, 

in vitro

 

547 

(23).  Using  intravascular  microscopy  to  assess  the  microvascular  circulation  in  the  cremaster 

548 

muscle  of  mice,  we  confirmed  the  previous  observation  of  the  rapid  effect  of  acute  IVH  on 

549 

microvascular leukocyte recruitment (17). To assess a role for NLRP3-inflammasome activity in 

550 

this  event,  we  inhibited  caspase-1  or  NLRP3  activity  in  C57BL/6  mice  before  inducing  IVH. 

551 

Caspase-1  inhibition  significantly  reduced  IVH-induced  microvascular  leukocyte  rolling  and 

552 

adhesion, whereas NLRP3 inhibition only partially attenuated this response. The limited effect 

553 

of NLRP3 inhibition observed suggests that alternative inflammatory pathways also contribute 

554 

to  the  vascular  inflammation  observed.  Notably,  the  NLRC5  immune  sensor,  which  is 

555 

upregulated during PAMP and cytokine priming, can mediate heme-induced macrophage cell 

556 

death and interacts with NLRP12 to form a panoptosome complex (67). This study also reported 

557 

that NLRC5 plays a role in lethality in animal models primed with LPS and subjected to severe 

558 

hemolysis (67). 

559 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

22 

 

As a proof of concept, we also assessed the contribution of caspase-1 to heme-induced 

560 

leukocyte microvascular recruitment in a mouse model of SCD, a process known to trigger vaso-

561 

occlusive-like  processes  (68).  Caspase-1  inhibition  abrogated  this  response,  suggesting  that 

562 

caspase-1-dependent pathways may play a role in driving vaso-occlusion in SCD. Indeed, IL-1β 

563 

blockade was recently shown to inhibit vaso-occlusion in SCD mice (38). However, it is unlikely 

564 

that IVH is the sole inflammatory driver of vaso-occlusion in SCD, as this mechanism involves  

565 

other  factors  such  as  physicochemical  alterations  in  the  RBCs  and  their  membranes,  and 

566 

hypoxia-related  responses  (69).  This  underscores  the  importance  of  isolating  hemolysis  as  a 

567 

mechanism for study.   

568 

While we have previously reported the rapid effect of IVH on leukocyte recruitment in 

569 

the microcirculation (17), its impact on microcirculatory blood flow and tissue perfusion have 

570 

not been reported. Using laser Doppler flowmetry to monitor blood flow dynamics, we show 

571 

that  acute  IVH  leads  to  significant  and  rapid  reductions  in  blood  flow  velocity  and  perfusion 

572 

within the cutaneous microcirculation of mice. These findings suggest the onset of acute tissue 

573 

ischemic processes, potentially mediated by the observed vascular leukocyte recruitment to the 

574 

endothelium (70, 71). A role for NO consumption in this rapid hypoperfusion is plausible, given 

575 

the  established  effect  of  hemolysis  and  cell-free  Hb  release  on  vascular  NO  levels  (72,  73). 

576 

Indeed,  6  hour-water  infusion  in  dogs  significantly  elevates  mean  arterial  pressure,  and  this 

577 

effect can be attenuated by NO inhalation (3); however, both the YVAD caspase inhibitor and 

578 

the  MCC950  NLRP3  inhibitor  restored  cutaneous  blood  perfusion  in  mice  subjected  to  IVH. 

579 

Consistent  with  this  observation, 

Casp1

⁻/⁻  knockout  mice  did  not  display  the  reduc ons  in 

580 

cutaneous  blood  flow  or  perfusion  that  were  observed  in  wild-type  animals  following  IVH, 

581 

supporting a key role for caspase-1 in the ischemic microvascular response. Thus, while caspase-

582 

dependent leukocyte recruitment induced by IVH may not depend entirely on NLRP3, NLRP3-

583 

inflammasome-mediated  responses  significantly  contribute  to  IVH-induced  impairment  of 

584 

microvascular hemodynamics. These differences may reflect distinct molecular mechanisms and 

585 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

23 

 

temporal dynamics governing leukocyte recruitment and migration, and consequent ischemic 

586 

processes. Importantly, impaired skin perfusion as a result of IVH may contribute to cutaneous 

587 

lesions, such as skin ulcers (74, 75)

a feature of some IVH-associated diseases (76, 77). Indeed, 

588 

we recently showed that acute IVH also disrupts neovascularization processes in mice (78).  

589 

As the identified roles for NLRP3-inflammasome and caspase-1 activation in IVH-induced 

590 

microvascular  leukocyte  recruitment  and  ischemia, 

in  vivo

,  may  involve  endothelial  cell 

591 

interactions,  we  explored  the  effects  of  heme  on  endothelial  activation  and  inflammasome 

592 

activity, 

in  vitro

.  Endothelial  cells  display  NLRP3  inflammasome  assembly  under  certain 

593 

inflammatory  conditions  (36,  79,  80),  and  this  activity  may  contribute  to  their  adhesive 

594 

interactions.  The  incubation  of  both  macrovascular  (HUVEC)  and  microvascular  (HMEC-1) 

595 

endothelial cells with heme at a concentration similar to that found in the circulation of patients 

596 

with SCD and mice induced to acute hemolysis prompted significant upregulation of the surface 

597 

expressions  of  the  adhesion  molecules,  ICAM-1,  VCAM-1  and  E-selection,  which  are  all 

598 

important for mediating leukocyte interactions with the vascular endothelium (81). Additionally, 

599 

incubation with the heme molecule stimulated the production of inflammatory chemokines and 

600 

cytokines by endothelial cells, reaffirming its role in endothelial cell activation (14). Furthermore, 

601 

as most hemolytic diseases present sterile inflammation, yet inflammasome activation typically 

602 

requires priming for IL-1β maturation (82), we primed HUVECs with S100A8, an alarmin that we 

603 

found to be rapidly induced 

in vivo

 by the IVH process. S100A8 priming of HUVEC significantly 

604 

amplified the release of IL-1β from these cells, but did not alter the effects of heme on IL-6, IL-8 

605 

or  MCP-1  release  from  cells.  Findings  indicate  that  sterile  priming  molecules,  such  as  those 

606 

released by activated leukocytes, could participate in the caspase-1 driven effects of IVH in the 

607 

vasculature.  

608 

Notably,  heme  upregulated  caspase-1  gene  expression  in  macrovascular  endothelial 

609 

cells  and  augmented  caspase  activity  in  both  the  HUVECs  and  HMEC-1  cells;  this  was 

610 

accompanied  by  the  generation  of  ROS.  Pre-incubation  of  HUVECs  with  the  anti-oxidant,  α-

611 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

24 

 

tocopherol,  reduced  caspase  activity  similarly  to  caspase-1  inhibition,  suggesting  that  heme-

612 

induced  ROS  generation  in  response  to  heme  may  play  an  intracellular  signaling  role  in 

613 

endothelial  caspase-1  activation,  consistent  with  the  known  role  of  ROS-triggered  NLRP3 

614 

inflammasome  activation  in  endothelial  dysfunction  (34)  and  reports  of  the  priming  of 

615 

inflammasomes and upregulation of NLRP3 expression by heme-induced ROS generation (82). 

616 

While caspase-1 inhibition by YVAD had no significant effect on heme-induced endothelial cell 

617 

adhesion molecule expression, α-tocopherol significantly reduced the surface upregulation of 

618 

ICAM-1,  VCAM-1  and  E-selectin  on  these  HUVECs  and  partially  abrogated  E-selectin 

619 

upregulation on HMEC-1. These findings indicate that while ROS-induced caspase-1 activity is 

620 

associated with heme-induced endothelial activation, adhesion molecule upregulation appears 

621 

to  be  mediated  directly  by  ROS  signaling,  independently  of  inflammasome  pathways.  NF-κB 

622 

pathway  signaling  is  demonstrated  to  mediate  heme-induced  neutrophil  adhesion  molecule 

623 

expression (23), as well as ROS-induced endothelial cell activation in response to stimuli such as 

624 

oxidized low density lipoprotein (oxLDL) (83) and LPS (84). 

625 

Our findings suggest that caspase-1 activation and, consequently, rapid IL-1β processing 

626 

play  a  significant  role  in  mediating  inflammatory  responses  to  IVH,  contributing  to  major 

627 

microvascular  alterations  such  as  reduced  tissue  blood  perfusion  and  leukocyte  recruitment. 

628 

Moreover,  NLRP3-inflammasome  activation  appears  to  drive  this  caspase-1-dependent 

629 

leukocyte activation, particularly in the context of hypoperfusion. While ROS generation appears 

630 

to primarily regulate vascular endothelial adhesive interactions in response to heme, caspase-1 

631 

activation  may  contribute  to  broader  inflammatory  consequences  in  these  cells.  Given  the 

632 

significance of IVH in driving inflammatory responses across different disorders, further studies 

633 

are warranted to improve therapeutic strategies that reduce IVH and mitigate the effects of RBC 

634 

DAMP release. In addition to complement therapy (85), in use for certain hemolytic diseases, 

635 

promising  approaches  include  hemopexin  therapy,  currently  in  clinical  trials  [NCT06699849]. 

636 

Targeting  inflammasome-  and  caspase-dependent  pathways  could  further  attenuate  the 

637 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

25 

 

downstream  effects  of  IVH,  with  potential  for  contributing  to  endothelial  integrity,  limiting 

638 

leukocyte activation, and reducing the ischemic injury associated with IVH. 

639 

DATA AVAILABILITY 

640 

Datasets will be made available from the corresponding author upon reasonable request. 

641 

SUPPLEMENTAL MATERIAL 

642 

Supplementary Tables 1-2 and Supplementary Figures 1-8: 

643 

doi.org/10.6084/m9.figshare.29825153.v1 

644 

Supplementary Videos 1-9: doi.org/10.6084/m9.figshare.29825156.v1 

645 

ACKNOWLEDGMENTS 

646 

The authors would like to thank Irene Santos, for assistance with flow cytometry analysis.  

647 

GRANTS 

648 

This  study  was  supported  by  the  São  Paulo  Research  Foundation  (FAPESP)  [grant  numbers 

649 

2018/08010-9 and 2019/18886-1, NC and FFC; and 2019/11342-6, DSZ]. PLB was recipient of a 

650 

fellowship  from  Coordination  for  the  Improvement  of  Higher  Education  Personnel  (CAPES), 

651 

Brazil.  LSFG  and  EMFG  receive  post-doctoral  fellowships  from  FAPESP  (2021/11851-4  and 

652 

2023/10650-4).  VF  received  an  undergraduate  fellowship  from  FAPESP  [grant  number 

653 

2023/09206-2]. 

654 

DISCLOSURES 

655 

The authors declare that they have no conflicts of interest that are relevant to this study. 

656 

AUTHOR CONTRIBUTIONS 

657 

PLB  and  NC  conceived  and  designed  the  research.  PLB,  LFSG,  VF,  FCL,  and  EMFG  performed 

658 

experiments. PLB and NC analyzed data. AB and DSZ assisted with conceiving and designing the 

659 

research and data interpretation. PLB, FFC, and NC interpreted the results of the experiments. 

660 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

26 

 

PLB and NC drafted the manuscript. All authors edited and revised the manuscript and approved 

661 

the final version.  

662 

REFERENCES 

1. 

Rother  RP,  Bell  L,  Hillmen  P,  and  Gladwin  MT

.  The  clinical  sequelae  of  intravascular 

663 

hemolysis  and  extracellular  plasma  hemoglobin:  a  novel  mechanism  of  human  disease. 

664 

JAMA 

293: 1653-1662, 2005. doi:10.1001/jama.293.13.1653 

665 

2. 

Conran  N,  and  De  Paula  EV

.  Thromboinflammatory  mechanisms  in  sickle  cell  disease  - 

666 

challenging  the  hemostatic  balance. 

Haematologica 

105:  2380-2390,  2020. 

667 

doi:10.3324/haematol.2019.239343 

668 

3. 

Minneci  PC,  Deans  KJ,  Zhi  H,  Yuen  PS,  Star  RA,  Banks  SM,  Schechter  AN,  Natanson  C, 

669 

Gladwin MT, and Solomon SB

. Hemolysis-associated endothelial dysfunction mediated by 

670 

accelerated  NO  inactivation  by  decompartmentalized  oxyhemoglobin. 

J  Clin  Invest 

115: 

671 

3409-3417, 2005. doi:10.1172/JCI25040 

672 

4. 

Guillaud  C,  Loustau  V,  and  Michel  M

.  Hemolytic  anemia  in  adults:  main  causes  and 

673 

diagnostic procedures. 

Expert Rev Hematol 

5: 229-241, 2012. doi:10.1586/ehm.12.3 

674 

5. 

Conran N

. Intravascular hemolysis: a disease mechanism not to be ignored. 

Acta Haematol 

675 

132: 97-99, 2014. doi:10.1159/000356836 

676 

6. 

Rietschel RL, Lewis CW, Simmons RA, and Phyliky RL

. Skin lesions in paroxysmal nocturnal 

677 

hemoglobinuria. 

Arch Dermatol 

114: 560-563, 1978.  

678 

7. 

Gladwin MT, Kanias T, and Kim-Shapiro DB

. Hemolysis and cell-free hemoglobin drive an 

679 

intrinsic  mechanism  for  human  disease. 

J  Clin  Invest 

122:  1205-1208,  2012. 

680 

doi:10.1172/JCI62972 

681 

8. 

Jeney Vr, Balla Jz, Yachie A, Varga Z, Vercellotti GM, Eaton JW, and Balla Gr

. Pro-oxidant 

682 

and 

cytotoxic 

effects 

of 

circulating 

heme. 

Blood 

100: 

879-887, 

2002. 

683 

doi:10.1182/blood.V100.3.879 %J Blood 

684 

9. 

Vallelian F, Buehler PW, and Schaer DJ

. Hemolysis, free hemoglobin toxicity, and scavenger 

685 

protein therapeutics. 

Blood 

140: 1837-1844, 2022. doi:10.1182/blood.2022015596 

686 

10. 

Frimat M, Tabarin F, Dimitrov JD, Poitou C, Halbwachs-Mecarelli L, Fremeaux-Bacchi V, 

687 

and  Roumenina  LT

.  Complement  activation  by  heme  as  a  secondary  hit  for  atypical 

688 

hemolytic  uremic  syndrome. 

Blood 

122:  282-292,  2013.  doi:10.1182/blood-2013-03-

689 

489245 

690 

11. 

Mendonca R, Silveira AA, and Conran N

. Red cell DAMPs and inflammation. 

Inflamm Res 

691 

65: 665-678, 2016. doi:10.1007/s00011-016-0955-9 

692 

12. 

Schaer DJ, Buehler PW, Alayash AI, Belcher JD, and Vercellotti GM

. Hemolysis and free 

693 

hemoglobin  revisited:  exploring  hemoglobin  and  hemin  scavengers  as  a  novel  class  of 

694 

therapeutic proteins. 

Blood 

121: 1276-1284, 2013. doi:10.1182/blood-2012-11-451229 

695 

13. 

Bozza MT, and Jeney V

. Pro-inflammatory Actions of Heme and Other Hemoglobin-Derived 

696 

DAMPs. 

Front Immunol 

11: 1323, 2020. doi:10.3389/fimmu.2020.01323 

697 

14. 

Belcher JD, Chen C, Nguyen J, Milbauer L, Abdulla F, Alayash AI, Smith A, Nath KA, Hebbel 

698 

RP, and Vercellotti GM

. Heme triggers TLR4 signaling leading to endothelial cell activation 

699 

and  vaso-occlusion  in  murine  sickle  cell  disease. 

Blood 

123:  377-390,  2014. 

700 

doi:10.1182/blood-2013-04-495887 

701 

15. 

Lee AH, Ledderose C, Li X, Slubowski CJ, Sueyoshi K, Staudenmaier L, Bao Y, Zhang J, and 

702 

Junger  WG

.  Adenosine  Triphosphate  Release  is  Required  for  Toll-Like  Receptor-Induced 

703 

Monocyte/Macrophage  Activation,  Inflammasome  Signaling,  Interleukin-1β  Production, 

704 

and  the  Host  Immune  Response  to  Infection. 

Crit  Care  Med 

46:  e1183-e1189,  2018. 

705 

doi:10.1097/ccm.0000000000003446 

706 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

27 

 

16. 

Chen  G,  Zhang  D,  Fuchs  TA,  Manwani  D,  Wagner  DD,  and  Frenette  PS

.  Heme-induced 

707 

neutrophil extracellular traps contribute to the pathogenesis of sickle cell disease. 

Blood 

708 

123: 3818-3827, 2014. doi:10.1182/blood-2013-10-529982 

709 

17. 

Almeida CB, Souza LE, Leonardo FC, Costa FT, Werneck CC, Covas DT, Costa FF, and Conran 

710 

N

.  Acute  hemolytic  vascular  inflammatory  processes  are  prevented  by  nitric  oxide 

711 

replacement or a single dose of hydroxyurea. 

Blood 

126: 711-720, 2015. doi:10.1182/blood-

712 

2014-12-616250 

713 

18. 

Gotardo EMF, Brito PL, Gushiken LFS, Chweih H, Leonardo FC, Costa FF, and Conran N

714 

Molecular  and  cellular  effects  of  in  vivo  chronic  intravascular  hemolysis  and  anti-

715 

inflammatory  therapeutic  approaches. 

Vascul  Pharmacol 

150:  107176,  2023. 

716 

doi:10.1016/j.vph.2023.107176 

717 

19. 

Silveira  AAA,  Mahon  OR,  Cunningham  CC,  Corr  EM,  Mendonca  R,  Saad  STO,  Costa  FF, 

718 

Dunne  A,  and  Conran  N

.  S100A8  acts  as  an  autocrine  priming  signal  for  heme-induced 

719 

human Mvarphi pro-inflammatory responses in hemolytic inflammation. 

J Leukoc Biol 

106: 

720 

35-43, 2019. doi:10.1002/JLB.3MIA1118-418RR 

721 

20. 

Sprague AH, and Khalil RA

. Inflammatory cytokines in vascular dysfunction and vascular 

722 

disease. 

Biochemical 

Pharmacology 

78: 

539-552, 

2009. 

723 

doi:https://doi.org/10.1016/j.bcp.2009.04.029 

724 

21. 

Shao Y, Saredy J, Yang WY, Sun Y, Lu Y, Saaoud F, Drummer C, Johnson C, Xu K, Jiang X, 

725 

Wang  H,  and  Yang  X

.  Vascular  Endothelial  Cells  and  Innate  Immunity. 

Arteriosclerosis, 

726 

Thrombosis, 

and 

Vascular 

Biology 

40: 

e138-e152, 

2020. 

727 

doi:doi:10.1161/ATVBAHA.120.314330 

728 

22. 

Wagener FA, Feldman E, de Witte T, and Abraham NG

. Heme induces the expression of 

729 

adhesion molecules ICAM-1, VCAM-1, and E selectin in vascular endothelial cells. 

Proc Soc 

730 

Exp Biol Med 

216: 456-463, 1997. doi:10.3181/00379727-216-44197 

731 

23. 

Miguel LI, Leonardo FC, Torres LS, Garcia F, Mendonca R, Ferreira WA, Jr., Gotardo EMF, 

732 

Fabris FCZ, Brito PL, Costa FF, and Conran N

. Heme induces significant neutrophil adhesion 

733 

in vitro via an NFkappaB and reactive oxygen species-dependent pathway. 

Mol Cell Biochem 

734 

476: 3963-3974, 2021. doi:10.1007/s11010-021-04210-5 

735 

24. 

Turhan A, Weiss LA, Mohandas N, Coller BS, and Frenette PS

. Primary role for adherent 

736 

leukocytes in sickle cell vascular occlusion: a new paradigm. 

Proc Natl Acad Sci U S A 

99: 

737 

3047-3051, 2002. doi:10.1073/pnas.052522799 

738 

25. 

Silva  JAF,  Gotardo  EMF,  Chweih  H,  Miguel  LI,  Ferreira  WA,  Jr.,  Hedlund  B,  Elford  HL, 

739 

Leonardo FC, Costa FF, and Conran N

. Didox (3,4-dihydroxybenzohydroxamic acid) reduces 

740 

the vascular inflammation induced by acute intravascular hemolysis. 

Blood Cells Mol Dis 

81: 

741 

102404, 2020. doi:10.1016/j.bcmd.2020.102404 

742 

26. 

Kubes  P

.  Polymorphonuclear  leukocyte--endothelium  interactions:  a  role  for  pro-

743 

inflammatory and anti-inflammatory molecules. 

Can J Physiol Pharmacol 

71: 88-97, 1993. 

744 

doi:10.1139/y93-013 

745 

27. 

Ho-Tin-Noé B, Boulaftali Y, and Camerer E

. Platelets and vascular integrity: how platelets 

746 

prevent bleeding in inflammation. 

Blood 

131: 277-288, 2018. doi:10.1182/blood-2017-06-

747 

742676 

748 

28. 

Loscalzo J

. Nitric oxide insufficiency, platelet activation, and arterial thrombosis. 

Circ Res 

749 

88: 756-762, 2001. doi:10.1161/hh0801.089861 

750 

29. 

Dutra FF, and Bozza MT

. Heme on innate immunity and inflammation. 

Front Pharmacol 

5: 

751 

115, 2014. doi:10.3389/fphar.2014.00115 

752 

30. 

Lamkanfi M, and Dixit VM

. Mechanisms and functions of inflammasomes. 

Cell 

157: 1013-

753 

1022, 2014. doi:10.1016/j.cell.2014.04.007 

754 

31. 

Jimenez  Fernandez  D,  and  Lamkanfi  M

.  Inflammatory  caspases:  key  regulators  of 

755 

inflammation and cell death. 

Biol Chem 

396: 193-203, 2015. doi:10.1515/hsz-2014-0253 

756 

32. 

Dinarello CA

. Immunological and inflammatory functions of the interleukin-1 family. 

Annu 

757 

Rev Immunol 

27: 519-550, 2009. doi:10.1146/annurev.immunol.021908.132612 

758 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

28 

 

33. 

Kaul  DK,  Thangaswamy  S,  Suzuka  SM,  Fabry  ME,  Wanderer  AA,  and  Gram  H

.  Anti-

759 

Interleukin-1β  Antibody-Based  Therapy  Ameliorates  Endothelial  Activation  and 

760 

Inflammation 

in 

Sickle 

Mice. 

Blood 

118: 

848-848, 

2011. 

761 

doi:10.1182/blood.V118.21.848.848 

762 

34. 

Bai B, Yang  Y, Wang Q, Li M, Tian C, Liu Y, Aung  LHH, Li PF, Yu T, and Chu XM

. NLRP3 

763 

inflammasome  in  endothelial  dysfunction. 

Cell  Death  Dis 

11:  776,  2020. 

764 

doi:10.1038/s41419-020-02985-x 

765 

35. 

Vogel S, Arora T, Wang X, Mendelsohn L, Nichols J, Allen D, Shet AS, Combs CA, Quezado 

766 

ZMN, and Thein SL

. The platelet NLRP3 inflammasome is upregulated in sickle cell disease 

767 

via  HMGB1/TLR4  and  Bruton  tyrosine  kinase. 

Blood  Adv 

2:  2672-2680,  2018. 

768 

doi:10.1182/bloodadvances.2018021709 

769 

36. 

Erdei J, Toth A, Balogh E, Nyakundi BB, Banyai E, Ryffel B, Paragh G, Cordero MD, and 

770 

Jeney V

. Induction of NLRP3 Inflammasome Activation by Heme in Human Endothelial Cells. 

771 

Oxid Med Cell Longev 

2018: 4310816, 2018. doi:10.1155/2018/4310816 

772 

37. 

Rauch I, Deets KA, Ji DX, von Moltke J, Tenthorey JL, Lee AY, Philip NH, Ayres JS, Brodsky 

773 

IE, Gronert K, and Vance RE

. NAIP-NLRC4 Inflammasomes Coordinate Intestinal Epithelial 

774 

Cell  Expulsion  with  Eicosanoid  and  IL-18  Release  via  Activation  of  Caspase-1  and  -8. 

775 

Immunity 

46: 649-659, 2017. doi:10.1016/j.immuni.2017.03.016 

776 

38. 

Gotardo EMF, Torres  LS,  Zaidan BC,  Gushiken  LFS,  Brito PL,  Leonardo  FC,  Pellizzon CH, 

777 

Millholland  J,  Agoulnik  S,  Kovarik  J,  Costa  FF,  and  Conran  N

.  Targeting  P-selectin  and 

778 

interleukin-1beta in mice with sickle cell disease: effects on vaso-occlusion, liver injury and 

779 

organ 

iron 

deposition. 

Haematologica 

110: 

725-738, 

2025. 

780 

doi:10.3324/haematol.2024.286418 

781 

39. 

Lambertucci F, Motino O, Perez-Lanzon M, Li S, Plantureux C, Pol J, Maiuri MC, Kroemer 

782 

G, and Martins I

. Isolation of Primary Mouse Hepatocytes and Non-Parenchymal Cells from 

783 

a  Liver  with  Precancerous  Lesions. 

Methods  Mol  Biol 

2769:  109-128,  2024. 

784 

doi:10.1007/978-1-0716-3694-7_9 

785 

40. 

Garlanda C, and Dejana E

. Heterogeneity of endothelial cells. Specific markers. 

Arterioscler 

786 

Thromb Vasc Biol 

17: 1193-1202, 1997. doi:10.1161/01.atv.17.7.1193 

787 

41. 

Timmermans F, Van Hauwermeiren F, De Smedt M, Raedt R, Plasschaert F, De Buyzere 

788 

ML,  Gillebert  TC,  Plum  J,  and  Vandekerckhove  B

.  Endothelial  outgrowth  cells  are  not 

789 

derived from CD133+ cells or CD45+ hematopoietic precursors. 

Arterioscler Thromb Vasc 

790 

Biol 

27: 1572-1579, 2007. doi:10.1161/ATVBAHA.107.144972 

791 

42. 

Munoz-Vega  M,  Masso  F,  Paez  A,  Carreon-Torres  E,  Cabrera-Fuentes  HA,  Fragoso  JM, 

792 

Perez-Hernandez  N,  Martinez  LO,  Najib  S,  Vargas-Alarcon  G,  and  Perez-Mendez  O

793 

Characterization of immortalized human dermal microvascular endothelial cells (HMEC-1) 

794 

for the study of HDL functionality. 

Lipids Health Dis 

17: 44, 2018. doi:10.1186/s12944-018-

795 

0695-7 

796 

43. 

Fairbanks VF, Ziesmer SC, and O'Brien PC

. Methods for measuring plasma hemoglobin in 

797 

micromolar concentration compared. 

Clin Chem 

38: 132-140, 1992.  

798 

44. 

Vandesompele J, De Preter K, Pattyn F, Poppe B, Van Roy N, De Paepe A, and Speleman 

799 

F

. Accurate normalization of real-time quantitative RT-PCR data by geometric averaging of 

800 

multiple  internal  control  genes. 

Genome  Biology 

3:  research0034.0031,  2002. 

801 

doi:10.1186/gb-2002-3-7-research0034 

802 

45. 

Lehr R

. Sixteen S-squared over D-squared: a relation for crude sample size estimates. 

Stat 

803 

Med 

11: 1099-1102, 1992. doi:10.1002/sim.4780110811 

804 

46. 

Conran N, and Almeida CB

. Hemolytic vascular inflammation: an update. 

Rev Bras Hematol 

805 

Hemoter 

38: 55-57, 2016. doi:10.1016/j.bjhh.2015.10.004 

806 

47. 

Morris CR

. Mechanisms of vasculopathy in sickle cell disease and thalassemia. 

Hematology 

807 

Am Soc Hematol Educ Program 

177-185, 2008. doi:10.1182/asheducation-2008.1.177 

808 

48. 

Kato  GJ,  McGowan  V,  Machado  RF,  Little  JA,  Taylor  Jt,  Morris  CR,  Nichols  JS,  Wang  X, 

809 

Poljakovic M, Morris SM, Jr., and Gladwin MT

. Lactate dehydrogenase as a biomarker of 

810 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

29 

 

hemolysis-associated  nitric  oxide  resistance,  priapism,  leg  ulceration,  pulmonary 

811 

hypertension, and death in patients with sickle cell disease. 

Blood 

107: 2279-2285, 2006. 

812 

doi:10.1182/blood-2005-06-2373 

813 

49. 

Conran N, and Belcher JD

. Inflammation in sickle cell disease. 

Clin Hemorheol Microcirc 

68: 

814 

263-299, 2018. doi:10.3233/CH-189012 

815 

50. 

Kanavaki  I,  Makrythanasis  P,  Lazaropoulou  C,  Tsironi  M,  Kattamis  A,  Rombos  I,  and 

816 

Papassotiriou  I

.  Soluble  endothelial  adhesion  molecules  and  inflammation  markers  in 

817 

patients  with  beta-thalassemia  intermedia. 

Blood  Cells  Mol  Dis 

43:  230-234,  2009. 

818 

doi:10.1016/j.bcmd.2009.06.002 

819 

51. 

Caprari P, Profumo E, Massimi S, Buttari B, Rigano R, Regine V, Gabbianelli M, Rossi S, 

820 

Risoluti R, Materazzi S, Gullifa G, Maffei L, and Sorrentino F

. Hemorheological profiles and 

821 

chronic inflammation markers in transfusion-dependent and non-transfusion- dependent 

822 

thalassemia. 

Front Mol Biosci 

9: 1108896, 2022. doi:10.3389/fmolb.2022.1108896 

823 

52. 

van Bijnen ST, Wouters D, van Mierlo GJ, Muus P, and Zeerleder S

. Neutrophil activation 

824 

and  nucleosomes  as  markers  of  systemic  inflammation  in  paroxysmal  nocturnal 

825 

hemoglobinuria:  effects  of  eculizumab. 

J  Thromb  Haemost 

13:  2004-2011,  2015. 

826 

doi:10.1111/jth.13125 

827 

53. 

Parsanathan R, and Jain SK

. Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency increases cell 

828 

adhesion molecules and activates human monocyte-endothelial cell adhesion: Protective 

829 

role of l-cysteine. 

Arch Biochem Biophys 

663: 11-21, 2019. doi:10.1016/j.abb.2018.12.023 

830 

54. 

Dutra FF, Alves LS, Rodrigues D, Fernandez PL, de Oliveira RB, Golenbock DT, Zamboni DS, 

831 

and  Bozza  MT

.  Hemolysis-induced  lethality  involves  inflammasome  activation  by  heme. 

832 

Proc Natl Acad Sci U S A 

111: E4110-4118, 2014. doi:10.1073/pnas.1405023111 

833 

55. 

Nyakundi BB, Toth A, Balogh E, Nagy B, Erdei J, Ryffel B, Paragh G, Cordero MD, and Jeney 

834 

V

.  Oxidized  hemoglobin  forms  contribute  to  NLRP3  inflammasome-driven  IL-1beta 

835 

production upon intravascular hemolysis. 

Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis 

1865: 464-

836 

475, 2019. doi:10.1016/j.bbadis.2018.10.030 

837 

56. 

Prestes  EB,  Alves  LS,  Rodrigues  DAS,  Dutra  FF,  Fernandez  PL,  Paiva  CN,  Kagan  JC,  and 

838 

Bozza  MT

.  Mitochondrial  Reactive  Oxygen  Species  Participate  in  Signaling  Triggered  by 

839 

Heme  in  Macrophages  and  upon  Hemolysis. 

J  Immunol 

205:  2795-2805,  2020. 

840 

doi:10.4049/jimmunol.1900886 

841 

57. 

Zelova H, and Hosek J

. TNF-alpha signalling and inflammation: interactions between old 

842 

acquaintances. 

Inflamm Res 

62: 641-651, 2013. doi:10.1007/s00011-013-0633-0 

843 

58. 

Wang  Q,  Long  G,  Luo  H,  Zhu  X,  Han  Y,  Shang  Y,  Zhang  D,  and  Gong  R

.  S100A8/A9:  An 

844 

emerging  player  in  sepsis  and  sepsis-induced  organ  injury. 

Biomed  Pharmacother 

168: 

845 

115674, 2023. doi:10.1016/j.biopha.2023.115674 

846 

59. 

Bai B, Xu Y, and Chen H

. Pathogenic roles of neutrophil-derived alarmins (S100A8/A9) in 

847 

heart failure: From molecular mechanisms to therapeutic insights. 

Br J Pharmacol 

180: 573-

848 

588, 2023. doi:10.1111/bph.15998 

849 

60. 

Liu L, Lin L, Wang Y, Yan X, Li R, He M, Li H, Zhuo C, Li L, Zhang D, Wang X, Huang W, Li X, 

850 

Mao Y, Chen H, Wu S, Jiang W, and Zhu L

. L-AP Alleviates Liver Injury in Septic Mice by 

851 

Inhibiting 

Macrophage 

Activation 

via 

Suppressing 

NF-kappaB 

and 

NLRP3 

852 

Inflammasome/Caspase-1  Signal  Pathways. 

J  Agric  Food  Chem 

72:  8460-8475,  2024. 

853 

doi:10.1021/acs.jafc.3c02781 

854 

61. 

Bortolami M, Venturi C, Giacomelli L, Scalerta R, Bacchetti S, Marino F, Floreani A, Lise M, 

855 

Naccarato  R,  and  Farinati  F

.  Cytokine,  infiltrating  macrophage  and  T  cell-mediated 

856 

response to development of primary and secondary human liver cancer. 

Dig Liver Dis 

34: 

857 

794-801, 2002. doi:10.1016/s1590-8658(02)80073-1 

858 

62. 

Pirhonen J

. Regulation of IL-18 expression in virus infection. 

Scand J Immunol 

53: 533-539, 

859 

2001. doi:10.1046/j.1365-3083.2001.00939.x 

860 

63. 

Karmakar M, Katsnelson M, Malak HA, Greene NG, Howell SJ, Hise AG, Camilli A, Kadioglu 

861 

A, Dubyak GR, and Pearlman E

. Neutrophil IL-1beta processing induced by pneumolysin is 

862 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

30 

 

mediated by the NLRP3/ASC inflammasome and caspase-1 activation and is dependent on 

863 

K+ efflux. 

J Immunol 

194: 1763-1775, 2015. doi:10.4049/jimmunol.1401624 

864 

64. 

Lipinska  K,  Malone  KE,  Moerland  M,  and  Kluft  C

.  Applying  caspase-1  inhibitors  for 

865 

inflammasome  assays  in  human  whole  blood. 

J  Immunol  Methods 

411:  66-69,  2014. 

866 

doi:10.1016/j.jim.2014.05.018 

867 

65. 

Amaral FA, Costa VV, Tavares LD, Sachs D, Coelho FM, Fagundes CT, Soriani FM, Silveira 

868 

TN, Cunha LD, Zamboni DS, Quesniaux V, Peres RS, Cunha TM, Cunha FQ, Ryffel B, Souza 

869 

DG,  and  Teixeira  MM

.  NLRP3  inflammasome-mediated  neutrophil  recruitment  and 

870 

hypernociception depend on leukotriene B(4) in a murine model of gout. 

Arthritis Rheum 

871 

64: 474-484, 2012. doi:10.1002/art.33355 

872 

66. 

Van Bruggen S, Jarrot PA, Thomas E, Sheehy CE, Silva CMS, Hsu AY, Cunin P, Nigrovic PA, 

873 

Gomes  ER,  Luo  HR,  Waterman  CM,  and  Wagner  DD

.  NLRP3  is  essential  for  neutrophil 

874 

polarization and chemotaxis in response to leukotriene B4 gradient. 

Proc Natl Acad Sci U S 

875 

120: e2303814120, 2023. doi:10.1073/pnas.2303814120 

876 

67. 

Sundaram B, Pandian N, Kim HJ, Abdelaal HM, Mall R, Indari O, Sarkar R, Tweedell RE, 

877 

Alonzo EQ, Klein J, Pruett-Miller SM, Vogel P, and Kanneganti TD

. NLRC5 senses NAD(+) 

878 

depletion,  forming  a  PANoptosome  and  driving  PANoptosis  and  inflammation. 

Cell 

187: 

879 

4061-4077 e4017, 2024. doi:10.1016/j.cell.2024.05.034 

880 

68. 

Beckman  JD,  Abdullah  F,  Chen  C,  Kirchner  R,  Rivera-Rodriguez  D,  Kiser  ZM,  Nguyen  A, 

881 

Zhang P, Nguyen J, Hebbel RP, Belcher JD, and Vercellotti GM

. Endothelial TLR4 Expression 

882 

Mediates  Vaso-Occlusive  Crisis  in  Sickle  Cell  Disease. 

Front  Immunol 

11:  613278,  2020. 

883 

doi:10.3389/fimmu.2020.613278 

884 

69. 

Kato  GJ,  Piel  FB,  Reid  CD,  Gaston  MH,  Ohene-Frempong  K,  Krishnamurti  L,  Smith  WR, 

885 

Panepinto JA, Weatherall DJ, Costa FF, and Vichinsky EP

. Sickle cell disease. 

Nat Rev Dis 

886 

Primers 

4: 18010, 2018. doi:10.1038/nrdp.2018.10 

887 

70. 

Prestigiacomo CJ, Kim SC, Connolly ES, Jr., Liao H, Yan SF, and Pinsky DJ

. CD18-mediated 

888 

neutrophil  recruitment  contributes  to  the  pathogenesis  of  reperfused  but  not 

889 

nonreperfused stroke. 

Stroke 

30: 1110-1117, 1999. doi:10.1161/01.str.30.5.1110 

890 

71. 

Ritter LS, Orozco JA, Coull BM, McDonagh PF, and Rosenblum WI

. Leukocyte accumulation 

891 

and hemodynamic changes in the cerebral microcirculation during early reperfusion after 

892 

stroke. 

Stroke 

31: 1153-1161, 2000. doi:10.1161/01.str.31.5.1153 

893 

72. 

Reiter CD, Wang X, Tanus-Santos JE, Hogg N, Cannon RO, 3rd, Schechter AN, and Gladwin 

894 

MT

. Cell-free hemoglobin limits nitric oxide bioavailability in sickle-cell disease. 

Nat Med 

8: 

895 

1383-1389, 2002. doi:10.1038/nm1202-799 

896 

73. 

Juttner AA, Danser AHJ, and Roks AJM

. Pharmacological developments in antihypertensive 

897 

treatment  through  nitric  oxide-cGMP  modulation. 

Adv  Pharmacol 

94:  57-94,  2022. 

898 

doi:10.1016/bs.apha.2022.01.001 

899 

74. 

Barbano B, Marra AM, Quarta S, Gigante A, Barilaro G, Gasperini ML, and Rosato E

. In 

900 

systemic sclerosis skin perfusion of hands is reduced and may predict the occurrence of 

901 

new digital ulcers. 

Microvasc Res 

110: 1-4, 2017. doi:10.1016/j.mvr.2016.11.003 

902 

75. 

Minniti CP, Delaney KM, Gorbach AM, Xu D, Lee CC, Malik N, Koroulakis A, Antalek M, 

903 

Maivelett  J,  Peters-Lawrence  M,  Novelli  EM,  Lanzkron  SM,  Axelrod  KC,  and  Kato  GJ

904 

Vasculopathy, inflammation, and blood flow in leg ulcers of patients with sickle cell anemia. 

905 

Am J Hematol 

89: 1-6, 2014. doi:10.1002/ajh.23571 

906 

76. 

Kato GJ, Gladwin MT, and Steinberg MH

. Deconstructing sickle cell disease: reappraisal of 

907 

the role of hemolysis in the development of clinical subphenotypes. 

Blood Rev 

21: 37-47, 

908 

2007. doi:10.1016/j.blre.2006.07.001 

909 

77. 

Muller-Soyano A, Tovar de Roura E, Duke PR, De Acquatella GC, Arends T, Guinto E, and 

910 

Beutler

. Pyruvate kinase deficiency and leg ulcers. 

Blood 

47: 807-813, 1976.  

911 

78. 

Gotardo EMF, Brito PL, Leonardo FC, Costa R, Soares R, Costa FF, and Conran N

. Acute 

912 

intravascular  haemolysis rapidly shifts  the  balance  of angiogenic factors and  accelerates 

913 

neovascularization in vivo. 

Br J Haematol 

2025. doi:10.1111/bjh.20040 

914 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

31 

 

79. 

Wan Z, Fan Y, Liu X, Xue J, Han Z, Zhu C, and Wang X

. NLRP3 inflammasome promotes 

915 

diabetes-induced  endothelial  inflammation  and  atherosclerosis. 

Diabetes  Metab  Syndr 

916 

Obes 

12: 1931-1942, 2019. doi:10.2147/DMSO.S222053 

917 

80. 

Beltran-Garcia J, Osca-Verdegal R, Perez-Cremades D, Novella S, Hermenegildo C, Pallardo 

918 

FV,  and  Garcia-Gimenez  JL

.  Extracellular  Histones  Activate  Endothelial  NLRP3 

919 

Inflammasome and are Associated with a Severe Sepsis Phenotype. 

J Inflamm Res 

15: 4217-

920 

4238, 2022. doi:10.2147/JIR.S363693 

921 

81. 

Kluger MS

. Vascular endothelial cell adhesion and signaling during leukocyte recruitment. 

922 

Adv Dermatol 

20: 163-201, 2004.  

923 

82. 

Bolivar  BE,  Brown-Suedel  AN,  Rohrman  BA,  Charendoff  CI,  Yazdani  V,  Belcher  JD, 

924 

Vercellotti GM, Flanagan JM, and Bouchier-Hayes L

. Noncanonical Roles of Caspase-4 and 

925 

Caspase-5  in  Heme-Driven  IL-1beta  Release  and  Cell  Death. 

J  Immunol 

206:  1878-1889, 

926 

2021. doi:10.4049/jimmunol.2000226 

927 

83. 

Yi L, Chen CY, Jin X, Zhang T, Zhou Y, Zhang QY, Zhu JD, and Mi MT

. Differential suppression 

928 

of intracellular reactive oxygen species-mediated signaling pathway in vascular endothelial 

929 

cells  by  several  subclasses  of  flavonoids. 

Biochimie 

94:  2035-2044,  2012. 

930 

doi:10.1016/j.biochi.2012.05.027 

931 

84. 

Liu X, Pan L, Wang X, Gong Q, and Zhu YZ

. Leonurine protects against tumor necrosis factor-

932 

alpha-mediated  inflammation  in  human  umbilical  vein  endothelial  cells. 

Atherosclerosis 

933 

222: 34-42, 2012. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2011.04.027 

934 

85. 

Tampaki A, Gavriilaki E, Varelas C, Anagnostopoulos A, and Vlachaki E

. Complement in 

935 

sickle cell disease and targeted therapy: I know one thing, that I know nothing. 

Blood Rev 

936 

48: 100805, 2021. doi:10.1016/j.blre.2021.100805 

937 

 

938 

939 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

32 

 

Legends to Figures 

940 

Figure  1

Acute  intravascular  hemolysis  induces  rapid  inflammatory  responses  in  C57BL/6J 

941 

Mice. 

Mice received single intravenous administrations of sterile 0.9% NaCl (CON, data are from 

942 

6-19 mice per group) or sterile water (IVH, data are from 3-12 mice per group) and blood samples 

943 

were collected at 15 minutes, 1 hour, 3 hours, and 6 hours after administrations for analysis. 

944 

Saline control samples from different timepoints were pooled into a single group for analysis, 

945 

while IVH samples were analyzed separately for each timepoint. Plasma cell-free hemoglobin 

946 

(A) and cell-free heme (B) were measured using the Fairbanks and Quantichrom™ colorimetric 

947 

assays, respectively, and expressed as μM heme. Plasma Haptoglobin (C), TNF-α (D), S100A8 (E), 

948 

and IL-1β (F), as well as liver IL-1β (G) and plasma IL-18 (H) were determined by ELISA.  

949 

Figure  2.  Acute  intravascular  hemolysis  induces  NLRP3-dependent  caspase-1  activation  in 

950 

murine  leukocytes. 

C57BL/6J  mice  were  pretreated  (

i.p

.)  with  YVAD  (caspase-1  inhibitor,  8 

951 

mg/kg, A, B) or MCC950 (MCC; NLRP3 Inflammasome Inhibitor; 50 mg/kg, C, D) or with DMSO 

952 

vehicle (0.5% in sterile PBS, vehicle for YVAD), or with sterile PBS vehicle. One hour later, animals 

953 

received single intravenous administrations of either sterile 0.9% NaCl (CON, data are from 5 

954 

mice per group) or sterile water (IVH, data are from 5-7 mice per group) and blood samples were 

955 

collected 1 hour later for detection of active caspase-1 using FAM-YVAD-FLICA-FITC and flow 

956 

cytometry (50  000 cells  analyzed per  sample).  Neutrophils (A, C)  and  monocytes (B,  D) were 

957 

identified  for  analysis.  (E)  Representative  gating  strategy  used  for  flow  cytometry,  cells  with 

958 

intermediate FSC and SSC were first gated and then monocytes were identified as Ly6C

Hi

CD43

+

 

959 

cells; for neutrophils, the granulocyte population (high FSC/SSC) was gated and neutrophils were 

960 

identified as Ly6G

+

CD11b

+

. FLICA positivity was assessed using dot plots, with thresholds defined 

961 

based  on  a  non-probed  blank  control.  Numbers  represent  %  cells  in  the  specified  gate.  Int: 

962 

intermediate; hi: high. Both data sets are for IVH/DMSO vehicle samples; representative FLICA

+

 

963 

dot plots for each group are shown in Supplementary Figure 2. 

964 

Figure 3. Effects of caspase-1 and NLRP3 inhibition on leukocyte microvascular recruitment in 

965 

mice subjected to acute intravascular hemolysis.

 

C57BL/6J mice were pretreated (

i.p

., 1 hour) 

966 

with YVAD (8 mg/kg; A, B, C) or MCC950 (MCC; 50 mg/kg; D, E, F) or with DMSO vehicle (0.5% in 

967 

sterile PBS, vehicle for YVAD), or with sterile PBS (vehicle for MCC950). Intravital microscopy was 

968 

performed on the cremaster muscle at 15-35 minutes after intravenous administration of sterile 

969 

0.9% NaCl (CON, data are from 5 mice per group) or after the hemolytic stimulus (IVH, data are 

970 

from 5 mice per group). Results are expressed as means ± SEM, with values from each mouse 

971 

derived  from  the  analysis  of  4-7  venules  per  animal.  Links  for  representative  videos  of  each 

972 

experimental group are provided in Supplementary Material. 

973 

Figure 4. Acute intravascular hemolysis induces NLPR3- and caspase- dependent impairment 

974 

of  cutaneous  blood  microcirculation  hemodynamics  in  C57BL/6J  mice,  but  not  caspase-1-

975 

deficient  mice.

  C57BL/6J  mice  were  pretreated  (

i.p

.,  1  hour)  with  YVAD  (8  mg/kg;  A,  B)  or 

976 

MCC950 (MCC; 50 mg/kg; B, D) or with DMSO vehicle (0.5% in sterile PBS, vehicle for YVAD), or 

977 

with  sterile  PBS 

(vehicle  for  MCC950)

.  Non-invasive  Laser  Doppler  flowmetry  was  used  to 

978 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

33 

 

measure peripheral microcirculatory blood flow (A, C) and perfusion (B, D) in the skin of the hind 

979 

limb  of  anesthetized  mice,  at  15-30  minutes  after  intravenous  administration  of  sterile  0.9% 

980 

NaCl (CON, data are from 6-7 mice per group) or sterile water (IHV, data are from 6-9 mice per 

981 

group).  Flowmetry  data  (in  arbitrary  units)  are  normalized  relative  to  baseline  unstimulated 

982 

measurements taken from the same mice, at 30 minutes before treatments.

 

(E-G) Depict the 

983 

effects of the induction of acute intravascular hemolysis in caspase-1 deficient mice. Casp1

-/-

 

984 

mice  received  single  intravenous  administrations  of  sterile  0.9%  NaCl  (CON,  data  are  from  5 

985 

mice;  2F  and  3M)  or  sterile  water  (IVH,  data  are  from  7  mice;  3F  and  4M)  Laser  Doppler 

986 

flowmetry demonstrated that the cutaneous microcirculatory blood flow (E) and perfusion (F) 

987 

in mice were unaltered in Casp1

-/- 

mice submitted to IVH at 15-35 min post-hemolysis. Blood 

988 

samples collected at 15 minutes to quantify plasma cell-free hemoglobin (Hb) confirmed IVH. 

989 

Flow cytometry of caspase-1 activity, as demonstrated by FLICA positivity, in the neutrophils (H) 

990 

or monocytes (I) of the caspase-1 deficient mice subjected to IVH or not, at 1 hour (2M, 2F mice 

991 

in each group), as compared to aged-matched control C56BL/6J mice subjected to IVH (1 hour) 

992 

(4 mice). Representative dot plots for Casp1-/- mice are shown in Supplementary Figure 3.

 

993 

Figure 5. Chronic in vivo intravascular hemolysis induces liver and macrophage inflammasome 

994 

activation, and caspase-1 activity may contribute to leukocyte recruitment in mice with sickle 

995 

cell disease. 

C57BL/6J mice  were  repeatedly  administered  (

i.p

.) with

 

sterile  0.9%  NaCl  (CON, 

996 

2x/week) or low-dose phenylhydrazine (Chronic IVH, 10 mg/kg, 2x/week) for 4 weeks to induce 

997 

chronic IVH, or not. Peripheral blood and liver tissue samples were separated from the mice at 

998 

48 hours after the last administration. Plasma IL-1β (A; data are from 5-6 mice per group) and 

999 

IL-18 (B, data are from 7- 10 mice per group) were quantified by ELISA. The protein expression 

1000 

of the NLRP3 inflammasome subunit was quantitated by Western blotting in the liver samples 

1001 

(C, data are from 4 mice per group); expression was normalized by GAPDH expression in the 

1002 

same  samples  (Western  blot  membranes  are  displayed  in  Supplementary  Figure  3).  The 

1003 

frequency of F4/80

+

CD11b

+

 macrophages in non-parenchymal cell (NPC) suspensions obtained 

1004 

from  the  liver  samples  was  determined  by  flow  cytometry  (D,  data  are  from  13-14  mice  per 

1005 

group,  10  000  cells  per  sample).  The  percentage  of  these  liver  F4/80

+

CD11b

+

  macrophages 

1006 

displaying caspase-1 activity was determined using the FAM-YVAD-FLICA-FITC probe and flow 

1007 

cytometry (E, data are from 6 mice per group, 10 000 cells per sample). (F) Gating strategy and 

1008 

representative dot plots showing the frequency of F4/80⁺ cells within the NPC popula on, and 

1009 

comparison of FLICA positivity between the F4/80⁺ cells of saline-treated and chronic IVH mice. 

1010 

(G-I) Townes SCD mice were pretreated (

i.p

., 1 hour) with YVAD (8 mg/kg, A, B) or with DMSO 

1011 

vehicle  (0.5%  in  sterile  PBS,  vehicle  for  YVAD).  Intravital  microscopy  was  performed  on  the 

1012 

cremaster muscle at 60 minutes after intravenous administration of sterile 32 μM heme (data 

1013 

are from 6  mice per  heme or heme/YVAD  group)  or  sterile  10 mM  NaOH (vehicle for  heme; 

1014 

Basal; data are from 5 mice). 

Results are expressed as means ± SEM, with values from each 

1015 

mouse derived from the analysis of 4-7 venules per animal. 

Links for representative videos of 

1016 

each experimental group are provided in Supplementary Material. 

1017 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

34 

 

Figure 6. Effects of heme on endothelial cell adhesion molecule expression, 

in vitro

Human 

1018 

umbilical  vein  endothelial  cells  (HUVECs,  A-C)  or  human  microvascular  endothelial  cells-1 

1019 

(HMEC-1, D-F) were incubated under basal conditions (Basal), or with heme (50 μM) at 37°C, 5% 

1020 

CO₂ (3 hours). Cells (2 × 10⁵) were cultured in F12K medium supplemented with 2% fetal bovine 

1021 

serum (FBS). The percentage of cells expressing ICAM-1 (A, D), VCAM-1 (B, E), and E-selectin (C, 

1022 

F) was assessed by flow cytometry. Graphs depict the means ± SEM of data points from 7 to 15 

1023 

independent biological experiments, with 10 000 cells analyzed per sample. (G) Representative 

1024 

FSC/SSC  dot  plots  for  HUVEC  and  HMEC-1,  and  representative  histograms  depicting  the 

1025 

comparison of CD54, CD106 or CD62E fluorescence for unstained, basal and heme-stimulated 

1026 

cells. 

1027 

Figure  7.  Heme-induced  release  of  endothelial  inflammatory  molecules,  with  or  without 

1028 

S100A8 priming. 

Human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were incubated under basal 

1029 

conditions  (Basal),  or  with  heme  (50  μM)  at  37°C,  5%  CO₂  (3  hours)  with  or  without 

1030 

preincubation (another 3 hours, plus co-incubation) with S100A8 (1 µg/ml). Cells (2 × 10⁵) were 

1031 

cultured in F12K medium supplemented with 2% fetal bovine serum (FBS). Concentrations of 

1032 

cyto/chemokines,  IL-1β  (A),  IL-6  (B),  IL-8  (C),  and  MCP-1  (D)  in  HUVEC  supernatants  were 

1033 

determined  by  high-sensitivity  (IL-1β)  or  Quantikine  ELISA.  Each  data  point  represents  the 

1034 

average of duplicate measurements from 6-16 independent biological experiment; graphs show 

1035 

means ± SEM. 

1036 

Figure 8. Role of Caspase-1 activation and ROS generation in heme-induced endothelial cell 

1037 

activation, in vitro.

 

HUVEC (A-G) or HMEC-1 (H-J) were incubated under basal conditions (Basal), 

1038 

or with heme (50 μM) at 37°C, 5% CO₂ (3 hours). Cells (2 × 10⁵) were cultured in F12K medium 

1039 

supplemented  with  2%  FBS.  Cells  were  also  pretreated  for  1h  with  YVAD  (50  μM),  or  DMSO 

1040 

(YVAD  vehicle,  0.25%), or for  30min with α-tocopherol  (α-TP,  1  mM)  or  ethanol (ETOH, α-TP 

1041 

vehicle,  2%)  before  stimulating  with  50  μM  heme.  (A  and  H)  Quantification  of  endothelial 

1042 

caspase-1 activity using the FAM-YVAD-FLICA-FITC probe and flow cytometry. (B) Quantification 

1043 

of the expression of the gene encoding caspase-1 in HUVEC by qPCR. (C and I) Quantification of 

1044 

reactive oxygen species (ROS) generation in cells using the DCFDA/ H₂DCFDA probe and flow 

1045 

cytometry. Cellular expression of ICAM-1 (E), VCAM-1 (F), and E-selectin (CD62E) (G and J) was 

1046 

determined  by  flow  cytometry.  Graphs  depict  the  means  ±  SEM  of  data  points  from  6  to  10 

1047 

independent biological experiments per group, with 10 000 cells analyzed per flow cytometry 

1048 

sample. Representative dot plots and histograms for each of the flow cytometry experiments 

1049 

are shown in Supplementary Figure 6.

 

1050 

 

1051 

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.

brito-et-al-2025-caspase-1-activation-drives-vascular-inflammatory-processes-and-hypoperfusion-in-intravascular-html.html
background image

Downloaded from journals.physiology.org/journal/ajpheart (2607:F720:1902:0011:0000:0000:0000:0129) on September 9, 2025.