Outbreaks of emerging infections present health professionals with the unique challenge of trying to select appropriate pharmacologic treatments in the clinic with little time available for drug testing and development. Typically, clinicians are left with general supportive care and often untested convalescent-phase plasma as available treatment options. Repurposing of approved pharmaceutical drugs for new indications presents an attractive alternative to clinicians, researchers, public health agencies, drug developers, and funding agencies. Given the development times and manufacturing requirements for new products, repurposing of existing drugs is likely the only solution for outbreaks due to emerging viruses. In the studies described here, a library of 290 compounds was screened for antiviral activity against Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) and severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV). Selection of compounds for inclusion in the library was dependent on current or previous FDA approval or advanced clinical development. Some drugs that had a well-defined cellular pathway as target were included. In total, 27 compounds with activity against both MERS-CoV and SARS-CoV were identified. The compounds belong to 13 different classes of pharmaceuticals, including inhibitors of estrogen receptors used for cancer treatment and inhibitors of dopamine receptor used as antipsychotics. The drugs identified in these screens provide new targets for in vivo studies as well as incorporation into ongoing clinical studies.

ABSTRACT Middle East respiratory syndrome coronavirus (MERS-CoV) is a lineage C betacoronavirus, and infections with this virus can result in acute respiratory syndrome with renal failure. Globally, MERS-CoV has been responsible for 877 laboratory-confirmed infections, including 317 deaths, since September 2012. As there is a paucity of information regarding the molecular pathogenesis associated with this virus or the identities of novel antiviral drug targets, we performed temporal kinome analysis on human hepatocytes infected with the Erasmus isolate of MERS-CoV with peptide kinome arrays. bioinformatics analysis of our kinome data, including pathway overrepresentation analysis (ORA) and functional network analysis, suggested that extracellular signal-regulated kinase (ERK)/mitogen-activated protein kinase (MAPK) and phosphoinositol 3-kinase (PI3K)/serine-threonine kinase (AKT)/mammalian target of rapamycin (mTOR) signaling responses were specifically modulated in response to MERS-CoV infection in vitro throughout the course of infection. The overrepresentation of specific intermediates within these pathways determined by pathway and functional network analysis of our kinome data correlated with similar patterns of phosphorylation determined through Western blot array analysis. In addition, analysis of the effects of specific kinase inhibitors on MERS-CoV infection in tissue culture models confirmed these cellular response observations. Further, we have demonstrated that a subset of licensed kinase inhibitors targeting the ERK/MAPK and PI3K/AKT/mTOR pathways significantly inhibited MERS-CoV replication in vitro whether they were added before or after viral infection. Taken together, our data suggest that ERK/MAPK and PI3K/AKT/mTOR signaling responses play important roles in MERS-CoV infection and may represent novel drug targets for therapeutic intervention strategies.

Abstract We aerosolized severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 and determined that its dynamic aerosol efficiency surpassed those of severe acute respiratory syndrome coronavirus and Middle East respiratory syndrome. Although we performed experiment only once across several laboratories, our findings suggest retained infectivity and virion integrity for up to 16 hours in respirable-sized aerosols.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) primarily replicates in mucosal sites, and more information is needed about immune responses in infected tissues. Here, we used rhesus macaques to model protective primary immune responses in tissues during mild coronavirus disease 2019 (COVID-19). Viral RNA levels were highest on days 1 to 2 after infection and fell precipitously thereafter. 18 F-fluorodeoxyglucose ( 18 FDG)–avid lung abnormalities and interferon (IFN)–activated monocytes and macrophages in the bronchoalveolar lavage (BAL) were found on days 3 to 4 after infection. Virus-specific effector CD8 + and CD4 + T cells became detectable in the BAL and lung tissue on days 7 to 10 after viral RNA, radiologic evidence of lung inflammation, and IFN-activated myeloid cells had substantially declined. SARS-CoV-2–specific T cells were not detectable in the nasal turbinates, salivary glands, and tonsils on day 10 after infection. Thus, SARS-CoV-2 replication wanes in the lungs, as well as the nasal and oral mucosa, of rhesus macaques before antigen-specific effector T cells arrive at those sites, suggesting that innate immunity efficiently restricts viral replication during mild COVID-19.

ABSTRACT The pro- and anti-inflammatory pathways that determine the balance of inflammation and viral control during SARS-CoV-2 infection are not well understood. Here we examine the roles of IFNγ and IL-10 in regulating inflammation, immune cell responses and viral replication during SARS-CoV-2 infection of rhesus macaques. IFNγ blockade tended to decrease lung inflammation based on 18 FDG-PET/CT imaging but had no major impact on innate lymphocytes, neutralizing antibodies, or antigen-specific T cells. In contrast, IL-10 blockade transiently increased lung inflammation and enhanced accumulation of virus-specific T cells in the lower airways. However, IL-10 blockade also inhibited the differentiation of virus-specific T cells into airway CD69 + CD103 + T RM cells. While virus-specific T cells were undetectable in the nasal mucosa of all groups, IL-10 blockade similarly reduced the frequency of total T RM cells in the nasal mucosa. Neither cytokine blockade substantially affected viral load and infection ultimately resolved. Thus, in the macaque model of mild COVID-19, the pro- and anti-inflammatory effects of IFNγ and IL-10 have no major role in control of viral replication. However, IL-10 has a key role in suppressing the accumulation of SARS-CoV-2-specific T cells in the lower airways, while also promoting T RM at respiratory mucosal surfaces.

Early events in the host response to SARS-CoV-2 are thought to play a major role in determining disease severity. During pulmonary infection, the virus encounters both myeloid and epithelioid lineage cells that can either support or restrict pathogen replication as well as respond with host protective versus detrimental mediators. In addition to providing partial protection against pediatric tuberculosis, vaccination with bacille Calmette-Guérin (BCG) has been reported to confer non-specific resistance to unrelated pulmonary pathogens, a phenomenon attributed to the induction of long-lasting alterations within the myeloid cell compartment. Here we demonstrate that prior intravenous, but not subcutaneous, administration of BCG protects human-ACE2 transgenic mice against lethal challenge with SARS-CoV-2 and results in reduced viral loads in non-transgenic animals infected with an alpha variant. The observed increase in host resistance was associated with reductions in SARS-CoV-2-induced tissue pathology, inflammatory cell recruitment and cytokine production that multivariate analysis revealed to be only partially related to diminished viral load. We propose that this protection stems from BCG-induced alterations in the composition and function of the pulmonary cellular compartment that impact the innate response to the virus and the ensuing immunopathology.

SUMMARY Pediatric SARS-CoV-2 vaccines are needed that elicit immunity directly in the airways, as well as systemically. Building on pediatric parainfluenza virus vaccines in clinical development, we generated a live-attenuated parainfluenza virus-vectored vaccine candidate expressing SARS-CoV-2 prefusion-stabilized spike (S) protein (B/HPIV3/S-6P) and evaluated its immunogenicity and protective efficacy in rhesus macaques. A single intranasal/intratracheal dose of B/HPIV3/S-6P induced strong S-specific airway mucosal IgA and IgG responses. High levels of S-specific antibodies were also induced in serum, which efficiently neutralized SARS-CoV-2 variants of concern. Furthermore, B/HPIV3/S-6P induced robust systemic and pulmonary S-specific CD4 + and CD8 + T-cell responses, including tissue-resident memory cells in lungs. Following challenge, SARS-CoV-2 replication was undetectable in airways and lung tissues of immunized macaques. B/HPIV3/S-6P will be evaluated clinically as pediatric intranasal SARS-CoV-2/parainfluenza virus type 3 vaccine. One-Sentence Summary Intranasal parainfluenza virus-vectored COVID-19 vaccine induces anti-S antibodies, T-cell memory and protection in macaques.

We generated a replication-competent OC43 human seasonal coronavirus (CoV) expressing the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) spike in place of the native spike (rOC43-CoV2 S). This virus is highly attenuated relative to OC43 and SARS-CoV-2 in cultured cells and animals and is classified as a biosafety level 2 (BSL-2) agent by the NIH biosafety committee. Neutralization of rOC43-CoV2 S and SARS-CoV-2 by S-specific monoclonal antibodies and human sera is highly correlated, unlike recombinant vesicular stomatitis virus-CoV2 S. Single-dose immunization with rOC43-CoV2 S generates high levels of neutralizing antibodies against SARS-CoV-2 and fully protects human ACE2 transgenic mice from SARS-CoV-2 lethal challenge, despite nondetectable replication in respiratory and nonrespiratory organs. rOC43-CoV2 S induces S-specific serum and airway mucosal immunoglobulin A and IgG responses in rhesus macaques. rOC43-CoV2 S has enormous value as a BSL-2 agent to measure S-specific antibodies in the context of a bona fide CoV and is a candidate live attenuated SARS-CoV-2 mucosal vaccine that preferentially replicates in the upper airway.

Abstract Oxysterols (i.e., oxidized cholesterol species) have complex roles in biology. 25-hydroxycholesterol (25HC), a product of activity of cholesterol-25-hydroxylase (CH25H) upon cholesterol, has recently been shown to be broadly antiviral, suggesting therapeutic potential against SARS-CoV-2. However, 25HC can also amplify inflammation and tissue injury and be converted by CYP7B1 to 7α,25HC, a lipid with chemoattractant activity via the G protein-coupled receptor, EBI2/GPR183. Here, using in vitro studies and two different murine models of SARS-CoV-2 infection, we investigate the effects of these two oxysterols on SARS-CoV-2 pneumonia. We show that while 25HC and enantiomeric-25HC are antiviral in vitro against human endemic coronavirus-229E, they did not inhibit SARS-CoV-2; nor did supplemental 25HC reduce pulmonary SARS-CoV-2 titers in the K18-human ACE2 mouse model in vivo . 25HC treatment also did not alter immune cell influx into the airway, airspace cytokines, lung pathology, weight loss, symptoms, or survival but was associated with increased airspace albumin, an indicator of microvascular injury, and increased plasma pro-inflammatory cytokines. Conversely, mice treated with the EBI2/GPR183 inhibitor NIBR189 displayed a modest increase in lung viral load only at late time points, but no change in weight loss. Consistent with these findings, although Ch25h was upregulated in the lungs of SARS-CoV-2-infected WT mice, lung viral titers and weight loss in Ch25h −/– and Gpr183 −/– mice infected with the beta variant were similar to control animals. Taken together, endogenous 25-hydroxycholesterols do not significantly regulate early SARS-CoV-2 replication or pathogenesis and supplemental 25HC may have pro-injury rather than therapeutic effects in SARS-CoV-2 pneumonia.

The pediatric live-attenuated bovine/human parainfluenza virus type 3 (B/HPIV3)-vectored vaccine expressing the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S) protein (B/HPIV3/S-2P) was previously evaluated in vitro and in hamsters. To improve its immunogenicity, we generated B/HPIV3/S-6P, expressing S further stabilized with 6 proline mutations (S-6P). Intranasal immunization of hamsters with B/HPIV3/S-6P reproducibly elicited significantly higher serum anti-S IgA/IgG titers than B/HPIV3/S-2P; hamster sera efficiently neutralized variants of concern (VoCs), including Omicron variants. B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P immunization protected hamsters against weight loss and lung inflammation following SARS-CoV-2 challenge with the vaccine-matched strain WA1/2020 or VoCs B.1.1.7/Alpha or B.1.351/Beta and induced near-sterilizing immunity. Three weeks post-challenge, B/HPIV3/S-2P- and B/HPIV3/S-6P-immunized hamsters exhibited a robust anamnestic serum antibody response with increased neutralizing potency to VoCs, including Omicron sublineages. B/HPIV3/S-6P primed for stronger anamnestic antibody responses after challenge with WA1/2020 than B/HPIV3/S-2P. B/HPIV3/S-6P will be evaluated as an intranasal vaccine to protect infants against both HPIV3 and SARS-CoV-2.SARS-CoV-2 infects and causes disease in all age groups. While injectable SARS-CoV-2 vaccines are effective against severe COVID-19, they do not fully prevent SARS-CoV-2 replication and transmission. This study describes the preclinical comparison in hamsters of B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P, live-attenuated pediatric vector vaccine candidates expressing the "2P" prefusion stabilized version of the SARS-CoV-2 spike protein, or the further-stabilized "6P" version. B/HPIV3/S-6P induced significantly stronger anti-S serum IgA and IgG responses than B/HPIV3/S-2P. A single intranasal immunization with B/HPIV3/S-6P elicited broad systemic antibody responses in hamsters that efficiently neutralized the vaccine-matched isolate as well as variants of concern, including Omicron. B/HPIV3/S-6P immunization induced near-complete airway protection against the vaccine-matched SARS-CoV-2 isolate as well as two variants. Furthermore, following SARS-CoV-2 challenge, immunized hamsters exhibited strong anamnestic serum antibody responses. Based on these data, B/HPIV3/S-6P will be further evaluated in a phase I study.