The spread of SARS-CoV-2 and ongoing COVID-19 pandemic underscores the need for new treatments. Here we report that cannabidiol (CBD) inhibits infection of SARS-CoV-2 in cells and mice. CBD and its metabolite 7-OH-CBD, but not THC or other congeneric cannabinoids tested, potently block SARS-CoV-2 replication in lung epithelial cells. CBD acts after viral entry, inhibiting viral gene expression and reversing many effects of SARS-CoV-2 on host gene transcription. CBD inhibits SARS-CoV-2 replication in part by up-regulating the host IRE1α RNase endoplasmic reticulum (ER) stress response and interferon signaling pathways. In matched groups of human patients from the National COVID Cohort Collaborative, CBD (100 mg/ml oral solution per medical records) had a significant negative association with positive SARS-CoV-2 tests. This study highlights CBD as a potential preventative agent for early-stage SARS-CoV-2 infection and merits future clinical trials. We caution against use of non-medical formulations including edibles, inhalants or topicals as a preventative or treatment therapy at the present time.

The rapid spread of COVID-19 underscores the need for new treatments. Here we report that cannabidiol (CBD), a compound produced by the cannabis plant, inhibits SARS-CoV-2 infection. CBD and its metabolite, 7-OH-CBD, but not congeneric cannabinoids, potently block SARS-CoV-2 replication in lung epithelial cells. CBD acts after cellular infection, inhibiting viral gene expression and reversing many effects of SARS-CoV-2 on host gene transcription. CBD induces interferon expression and up-regulates its antiviral signaling pathway. A cohort of human patients previously taking CBD had significantly lower SARS-CoV-2 infection incidence of up to an order of magnitude relative to matched pairs or the general population. This study highlights CBD, and its active metabolite, 7-OH-CBD, as potential preventative agents and therapeutic treatments for SARS-CoV-2 at early stages of infection.

SUMMARY Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) has killed over 6 million individuals worldwide and continues to spread in countries where vaccines are not yet widely available, or its citizens are hesitant to become vaccinated. Therefore, it is critical to unravel the molecular mechanisms that allow SARS-CoV-2 and other coronaviruses to infect and overtake the host machinery of human cells. Coronavirus replication triggers endoplasmic reticulum (ER) stress and activation of the unfolded protein response (UPR), a key host cell pathway widely believed essential for viral replication. We examined the master UPR sensor IRE1α kinase/RNase and its downstream transcription factor effector XBP1s, which is processed through an IRE1α-mediated mRNA splicing event, in human lung-derived cells infected with betacoronaviruses. We found human respiratory coronavirus OC43 (HCoV-OC43), Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV), and murine coronavirus (MHV) all induce ER stress and strongly trigger the kinase and RNase activities of IRE1α as well as XBP1 splicing. In contrast, SARS-CoV-2 only partially activates IRE1α through autophosphorylation, but its RNase activity fails to splice XBP1. Moreover, while IRE1α was dispensable for replication in human cells for all coronaviruses tested, it was required for maximal expression of genes associated with several key cellular functions, including the interferon signaling pathway, during SARS-CoV-2 infection. Our data suggest that SARS-CoV-2 actively inhibits the RNase of autophosphorylated IRE1α, perhaps as a strategy to eliminate detection by the host immune system. IMPORTANCE SARS-CoV-2 is the third lethal respiratory coronavirus after MERS-CoV and SARS-CoV to emerge this century, causing millions of deaths world-wide. Other common coronaviruses such as HCoV-OC43 cause less severe respiratory disease. Thus, it is imperative to understand the similarities and differences among these viruses in how each interacts with host cells. We focused here on the inositol-requiring enzyme 1α (IRE1α) pathway, part of the host unfolded protein response to virus-induced stress. We found that while MERS-CoV and HCoV-OC43 fully activate the IRE1α kinase and RNase activities, SARS-CoV-2 only partially activates IRE1α, promoting its kinase activity but not RNase activity. Based on IRE1α-dependent gene expression changes during infection, we propose that SARS-CoV-2 prevents IRE1α RNase activation as a strategy to limit detection by the host immune system.