Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus -2 (SARS-CoV-2) emerged in late 2019 and has spread worldwide resulting in the Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) pandemic. Although animal models have been evaluated for SARS-CoV-2 infection, none have recapitulated the severe lung disease phenotypes seen in hospitalized human cases. Here, we evaluate heterozygous transgenic mice expressing the human ACE2 receptor driven by the epithelial cell cytokeratin-18 gene promoter (K18-hACE2) as a model of SARS-CoV-2 infection. Intranasal inoculation of SARS-CoV-2 in K18-hACE2 mice results in high levels of viral infection in lung tissues with additional spread to other organs. Remarkably, a decline in pulmonary function, as measured by static and dynamic tests of respiratory capacity, occurs 4 days after peak viral titer and correlates with an inflammatory response marked by infiltration into the lung of monocytes, neutrophils, and activated T cells resulting in pneumonia. Cytokine profiling and RNA sequencing analysis of SARS-CoV-2-infected lung tissues show a massively upregulated innate immune response with prominent signatures of NF-kB-dependent, type I and II interferon signaling, and leukocyte activation pathways. Thus, the K18-hACE2 model of SARS-CoV-2 infection recapitulates many features of severe COVID-19 infection in humans and can be used to define the mechanistic basis of lung disease and test immune and antiviral-based countermeasures.

Abstract Chronic activation of inflammatory pathways and suppressed interferon signaling are hallmarks of myeloid cells in immunosuppressive tumors that drive poor responsiveness to conventional and immune therapies. Previous studies have identified agonistic activation of the CD11b integrin as a potential strategy to enhance anti-tumor immunity. However, the mechanisms by which CD11b-agonism reprogram tumor immunity are poorly understood, and this may impair patient selection and identification of effective treatment combinations. Herein we used a combination of in vitro systems, animal models, and samples from first in human clinical trials of the CD11b-agonist GB1275 to identify the mechanism of action of this approach and identify combinations for further testing. We found that CD11b agonism altered tumor-associated macrophage (TAM) phenotypes by simultaneously repressing NFκB/IL1-signaling and activating interferon (IFN) gene expression. Repression of NFκB/IL-1 signaling was due to rapid degradation of p65 protein by the proteosome and was not context dependent. In contrast, CD11b agonism triggered mitochondrial dysfunction to stimulate STING-induced, STAT1-mediated interferon signaling. The magnitude of CD11b agonist induction of STING/IFN signaling was dependent on the tumor microenvironment and was significantly amplified by cytotoxic therapies. Using tissues from phase I clinical trials, we demonstrated that GB1275 treatment activated STING and STAT1 signaling in TAMs in human tumors. Together, these mechanisms allowed macrophages to augment anti-tumor T cell immunity. These studies identified potential mechanism-based therapeutic strategies for CD11b agonist use and identified potential patient populations more likely to benefit from them. Statement of significance CD11b agonists are a novel approach to reprogram myeloid cells in solid tumors. We show that GB1275, a CD11b-agonist, amplified STING/IFN signaling in TAMs to support anti-tumor immunity and this signaling is amplified further by cytotoxic therapy. These studies support new treatment strategies for advanced solid tumors with myeloid immunosuppression.