Targeting the α4β7-MAdCAM-1 axis with vedolizumab (VDZ) is a front-line therapeutic paradigm in ulcerative colitis (UC). However, mechanism(s) of action (MOA) of VDZ remain relatively undefined. Here, we examined three distinct cohorts of patients with UC (n=83, n=60, and n=21), to determine the effect of VDZ on the mucosal and peripheral immune system. Transcriptomic studies with protein level validation were used to study drug MOA using conventional and transgenic murine models. We found a significant decrease in colonic and ileal naïve B and T cells and circulating gut-homing plasmablasts (β7 + ) in VDZ-treated patients, pointing to gut-associated lymphoid tissue (GALT) targeting by VDZ. Murine Peyer’s patches (PP) demonstrated a significant loss cellularity associated with reduction in follicular B cells, including a unique population of epithelium-associated B cells, following anti-α4β7 antibody (mAb) administration. Photoconvertible (KikGR) mice unequivocally demonstrated impaired cellular entry into PPs in anti-α4β7 mAb treated mice. In VDZ-treated, but not anti-tumor necrosis factor-treated UC patients, lymphoid aggregate size was significantly reduced in treatment responders compared to non-responders, with an independent validation cohort further confirming these data. GALT targeting represents a novel MOA of α4β7-targeted therapies, with major implications for this therapeutic paradigm in UC, and for the development of new therapeutic strategies.

Gastrointestinal (GI) B cells and plasma cells (PCs), critical to mucosal homeostasis, play an important role in the host response to HIV-1 infection. Here, high resolution mapping of human B cells and PCs from colon and ileum during both viremic and suppressed HIV-1 infection identified a significant reduction in germinal center (GC) B cells and Follicular Dendritic Cells (FDCs) during HIV-1 viremia. Further, IgA+ PCs, the major cellular output of intestinal GCs were significantly reduced during viremic HIV-1 infection. PC-associated transcriptional perturbations, including type I interferon signaling persisted in antiretroviral therapy (ART) treated individuals, suggesting ongoing disruption of the intestinal immune milieu during ART. GI humoral immune perturbations associated with changes in intestinal microbiome composition and systemic inflammation. Herein, we highlight a key immune defect in the GI mucosa due to HIV-1 viremia, with major implications.

Ulcerative colitis (UC) is an idiopathic chronic inflammatory disease of the colon with sharply rising global prevalence. Dysfunctional epithelial compartment (EC) dynamics are implicated in UC pathogenesis although EC-specific studies are sparse. Applying orthogonal high-dimensional EC profiling to a Primary Cohort (PC; n=222), we detail major epithelial and immune cell perturbations in active UC. Prominently, reduced frequencies of mature BEST4+OTOP2+ absorptive and BEST2+WFDC2+ secretory epithelial enterocytes were associated with the replacement of homeostatic, resident TRDC+KLRD1+HOPX+ γδ+ T cells with RORA+CCL20+S100A4+ TH17 cells and the influx of inflammatory myeloid cells. The EC transcriptome (exemplified by S100A8, HIF1A, TREM1, CXCR1) correlated with clinical, endoscopic, and histological severity of UC in an independent validation cohort (n=649). Furthermore, therapeutic relevance of the observed cellular and transcriptomic changes was investigated in 3 additional published UC cohorts (n=23, 48 and 204 respectively) to reveal that non-response to anti-Tumor Necrosis Factor (anti-TNF) therapy was associated with EC related myeloid cell perturbations. Altogether, these data provide high resolution mapping of the EC to facilitate therapeutic decision-making and personalization of therapy in patients with UC.