The SARS-CoV-2 B.1.1.529 (Omicron) variant contains 15 mutations of the receptor-binding domain (RBD). How Omicron evades RBD-targeted neutralizing antibodies requires immediate investigation. Here we use high-throughput yeast display screening1,2 to determine the profiles of RBD escaping mutations for 247 human anti-RBD neutralizing antibodies and show that the neutralizing antibodies can be classified by unsupervised clustering into six epitope groups (A-F)-a grouping that is highly concordant with knowledge-based structural classifications3-5. Various single mutations of Omicron can impair neutralizing antibodies of different epitope groups. Specifically, neutralizing antibodies in groups A-D, the epitopes of which overlap with the ACE2-binding motif, are largely escaped by K417N, G446S, E484A and Q493R. Antibodies in group E (for example, S309)6 and group F (for example, CR3022)7, which often exhibit broad sarbecovirus neutralizing activity, are less affected by Omicron, but a subset of neutralizing antibodies are still escaped by G339D, N440K and S371L. Furthermore, Omicron pseudovirus neutralization showed that neutralizing antibodies that sustained single mutations could also be escaped, owing to multiple synergetic mutations on their epitopes. In total, over 85% of the tested neutralizing antibodies were escaped by Omicron. With regard to neutralizing-antibody-based drugs, the neutralization potency of LY-CoV016, LY-CoV555, REGN10933, REGN10987, AZD1061, AZD8895 and BRII-196 was greatly undermined by Omicron, whereas VIR-7831 and DXP-604 still functioned at a reduced efficacy. Together, our data suggest that infection with Omicron would result in considerable humoral immune evasion, and that neutralizing antibodies targeting the sarbecovirus conserved region will remain most effective. Our results inform the development of antibody-based drugs and vaccines against Omicron and future variants.

The COVID-19 pandemic urgently needs therapeutic and prophylactic interventions. Here, we report the rapid identification of SARS-CoV-2-neutralizing antibodies by high-throughput single-cell RNA and VDJ sequencing of antigen-enriched B cells from 60 convalescent patients. From 8,558 antigen-binding IgG1+ clonotypes, 14 potent neutralizing antibodies were identified, with the most potent one, BD-368-2, exhibiting an IC50 of 1.2 and 15 ng/mL against pseudotyped and authentic SARS-CoV-2, respectively. BD-368-2 also displayed strong therapeutic and prophylactic efficacy in SARS-CoV-2-infected hACE2-transgenic mice. Additionally, the 3.8 Å cryo-EM structure of a neutralizing antibody in complex with the spike-ectodomain trimer revealed the antibody's epitope overlaps with the ACE2 binding site. Moreover, we demonstrated that SARS-CoV-2-neutralizing antibodies could be directly selected based on similarities of their predicted CDR3H structures to those of SARS-CoV-neutralizing antibodies. Altogether, we showed that human neutralizing antibodies could be efficiently discovered by high-throughput single B cell sequencing in response to pandemic infectious diseases.

A coronavirus (HCoV-19) has caused the novel coronavirus disease (COVID-19) outbreak in Wuhan, China. Preventing and reversing the cytokine storm may be the key to save the patients with severe COVID-19 pneumonia. Mesenchymal stem cells (MSCs) have been shown to possess a comprehensive powerful immunomodulatory function. This study aims to investigate whether MSC transplantation improves the outcome of 7 enrolled patients with COVID-19 pneumonia in Beijing YouAn Hospital, China, from Jan 23, 2020 to Feb 16, 2020. The clinical outcomes, as well as changes of inflammatory and immune function levels and adverse effects of 7 enrolled patients were assessed for 14 days after MSC injection. MSCs could cure or significantly improve the functional outcomes of seven patients without observed adverse effects. The pulmonary function and symptoms of these seven patients were significantly improved in 2 days after MSC transplantation. Among them, two common and one severe patient were recovered and discharged in 10 days after treatment. After treatment, the peripheral lymphocytes were increased, the C-reactive protein decreased, and the overactivated cytokine-secreting immune cells CXCR3+CD4+ T cells, CXCR3+CD8+ T cells, and CXCR3+ NK cells disappeared in 3-6 days. In addition, a group of CD14+CD11c+CD11b^mid regulatory DC cell population dramatically increased. Meanwhile, the level of TNF-α was significantly decreased, while IL-10 increased in MSC treatment group compared to the placebo control group. Furthermore, the gene expression profile showed MSCs were ACE2^- and TMPRSS2^- which indicated MSCs are free from COVID-19 infection. Thus, the intravenous transplantation of MSCs was safe and effective for treatment in patients with COVID-19 pneumonia, especially for the patients in critically severe condition.

A dysfunctional immune response in coronavirus disease 2019 (COVID-19) patients is a recurrent theme impacting symptoms and mortality, yet a detailed understanding of pertinent immune cells is not complete. We applied single-cell RNA sequencing to 284 samples from 196 COVID-19 patients and controls and created a comprehensive immune landscape with 1.46 million cells. The large dataset enabled us to identify that different peripheral immune subtype changes are associated with distinct clinical features, including age, sex, severity, and disease stages of COVID-19. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) RNA was found in diverse epithelial and immune cell types, accompanied by dramatic transcriptomic changes within virus-positive cells. Systemic upregulation of S100A8/A9, mainly by megakaryocytes and monocytes in the peripheral blood, may contribute to the cytokine storms frequently observed in severe patients. Our data provide a rich resource for understanding the pathogenesis of and developing effective therapeutic strategies for COVID-19.

To discover new drugs to combat COVID-19, an understanding of the molecular basis of SARS-CoV-2 infection is urgently needed. Here, for the first time, we report the crucial role of cathepsin L (CTSL) in patients with COVID-19. The circulating level of CTSL was elevated after SARS-CoV-2 infection and was positively correlated with disease course and severity. Correspondingly, SARS-CoV-2 pseudovirus infection increased CTSL expression in human cells in vitro and human ACE2 transgenic mice in vivo, while CTSL overexpression, in turn, enhanced pseudovirus infection in human cells. CTSL functionally cleaved the SARS-CoV-2 spike protein and enhanced virus entry, as evidenced by CTSL overexpression and knockdown in vitro and application of CTSL inhibitor drugs in vivo. Furthermore, amantadine, a licensed anti-influenza drug, significantly inhibited CTSL activity after SARS-CoV-2 pseudovirus infection and prevented infection both in vitro and in vivo. Therefore, CTSL is a promising target for new anti-COVID-19 drug development.

BACKGROUND. Identifying immune correlates of COVID-19 disease severity is an urgent need for clinical management, vaccine evaluation, and drug development. Here, we present a temporal analysis of key immune mediators, cytokines, and chemokines in blood of hospitalized COVID-19 patients from serial sampling and follow-up over 4 weeks.

The SNP rs12252-C allele alters the function of interferon-induced transmembrane protein-3 increasing the disease severity of influenza virus infection in Caucasians, but the allele is rare. However, rs12252-C is much more common in Han Chinese. Here we report that the CC genotype is found in 69% of Chinese patients with severe pandemic influenza A H1N1/09 virus infection compared with 25% in those with mild infection. Specifically, the CC genotype was estimated to confer a sixfold greater risk for severe infection than the CT and TT genotypes. More importantly, because the risk genotype occurs with such a high frequency, its effect translates to a large population-attributable risk of 54.3% for severe infection in the Chinese population studied compared with 5.4% in Northern Europeans. Interferon-induced transmembrane protein-3 genetic variants could, therefore, have a strong effect of the epidemiology of influenza in China and in people of Chinese descent. A variant in the IFITM3gene increases the risk of severe influenza, but homozygosity is rare in Caucasians. The authors show that the variant gene is homozygous in 25% of healthy Chinese people, and 69% of those with severe pandemic influenza, suggesting that this gene influences the epidemiology of influenza in South-East Asia.

Background. New hypervirulent variants of Klebsiella pneumoniae (hvKP) are emerging globally, most of which exhibit antimicrobial susceptibility. Methods. A retrospective study was conducted in 88 patients with cultures positive for K. pneumoniae hospitalized in the Beijing You'an Hospital from April 2010 to June 2012. The clinical and molecular data of the hvKP isolates (defined as string test positive) were compared with those of the classic K. pneumoniae (cKP) isolates. Results. Overall, 33.0% (29/88) of K. pneumoniae isolates were hvKP. Univariate analysis revealed the following risk factors for hvKP: virulence gene rmpA (odds ratio [OR], 16.92 [95% confidence interval {CI}, 4.842–59.145]), capsule antigens K1 (OR, 3.355 [95% CI, 1.153–9.768]) and K2 (OR, 9.280 [95% CI, 0.987–87.250]), alcoholic hepatitis (OR, 7.435 [95% CI, 1.397–39.572]), liver abscess (OR, 9.068 [95% CI, 1.747–47.061]), metastatic infection (OR, 2.752 [95% CI, 1.100–6.886]), community-acquired infection (OR, 10.432 [95% CI, 3.623–30.033]), sputum isolation (OR, 0.312 [95% CI, .095–1.021]), and HIV infection (<0.001 [not applicable]). Multivariate analysis implicated rmpA (OR, 17.398 [95% CI, 4.224–71.668]) and community-acquired infection (OR, 6.844 [95% CI, 1.905–24.585]) as independent risk factors. The proportion of hvKP isolates increased from April to December 2010, January to September 2011, and October 2011 to June 2012 (to 25.5%, 26.7%, and 54.5%, respectively). Resistance to 14 of 19 tested antimicrobials was found to be significantly greater in cKP compared to hvKP. Importantly, resistance to all the tested antimicrobials, except carbapenems and amikacin, was observed in a proportion of hvKP strains, 17% (5/29) of which expressed extended-spectrum β-lactamase. Furthermore, antimicrobial resistance in hvKP strains increased over time. Conclusions. HvKP strains are being isolated from patients in China with increasing frequency and constitute an increasing proportion of K. pneumoniae strains, indicating an increasing propensity for the acquisition of antimicrobial resistance.

Abstract The SARS-CoV-2 B.1.1.529 variant (Omicron) contains 15 mutations on the receptor-binding domain (RBD). How Omicron would evade RBD neutralizing antibodies (NAbs) requires immediate investigation. Here, we used high-throughput yeast display screening 1,2 to determine the RBD escaping mutation profiles for 247 human anti-RBD NAbs and showed that the NAbs could be unsupervised clustered into six epitope groups (A-F), which is highly concordant with knowledge-based structural classifications 3-5 . Strikingly, various single mutations of Omicron could impair NAbs of different epitope groups. Specifically, NAbs in Group A-D, whose epitope overlap with ACE2-binding motif, are largely escaped by K417N, G446S, E484A, and Q493R. Group E (S309 site) 6 and F (CR3022 site) 7 NAbs, which often exhibit broad sarbecovirus neutralizing activity, are less affected by Omicron, but still, a subset of NAbs are escaped by G339D, N440K, and S371L. Furthermore, Omicron pseudovirus neutralization showed that single mutation tolerating NAbs could also be escaped due to multiple synergetic mutations on their epitopes. In total, over 85% of the tested NAbs are escaped by Omicron. Regarding NAb drugs, the neutralization potency of LY-CoV016/LY-CoV555, REGN10933/REGN10987, AZD1061/AZD8895, and BRII-196 were greatly reduced by Omicron, while VIR-7831 and DXP-604 still function at reduced efficacy. Together, data suggest Omicron would cause significant humoral immune evasion, while NAbs targeting the sarbecovirus conserved region remain most effective. Our results offer instructions for developing NAb drugs and vaccines against Omicron and future variants.

Abstract Multiple BA.4 and BA.5 subvariants with R346 mutations on the spike glycoprotein have been identified in various countries, such as BA.4.6/BF.7 harboring R346T, BA.4.7 harboring R346S, and BA.5.9 harboring R346I. These subvariants, especially BA.4.6, exhibit substantial growth advantages compared to BA.4/BA.5. In this study, we showed that BA.4.6, BA.4.7, and BA.5.9 displayed higher humoral immunity evasion capability than BA.4/BA.5, causing 1.5 to 1.9-fold decrease in NT50 of the plasma from BA.1 and BA.2 breakthrough-infection convalescents compared to BA.4/BA.5. Importantly, plasma from BA.5 breakthrough-infection convalescents also exhibits significant neutralization activity decrease against BA.4.6, BA.4.7, and BA.5.9 than BA.4/BA.5, showing on average 2.4 to 2.6-fold decrease in NT50. For neutralizing antibody drugs, Bebtelovimab remains potent, while Evusheld is completely escaped by these subvariants. Together, our results rationalize the prevailing advantages of the R346 mutated BA.4/BA.5 subvariants and urge the close monitoring of these mutants, which could lead to the next wave of the pandemic.