Newly emerging viruses, such as severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV), Middle Eastern respiratory syndrome CoVs (MERS-CoV), and H7N9, cause fatal acute lung injury (ALI) by driving hypercytokinemia and aggressive inflammation through mechanisms that remain elusive. In SARS-CoV/macaque models, we determined that anti–spike IgG (S-IgG), in productively infected lungs, causes severe ALI by skewing inflammation-resolving response. Alveolar macrophages underwent functional polarization in acutely infected macaques, demonstrating simultaneously both proinflammatory and wound-healing characteristics. The presence of S-IgG prior to viral clearance, however, abrogated wound-healing responses and promoted MCP1 and IL-8 production and proinflammatory monocyte/macrophage recruitment and accumulation. Critically, patients who eventually died of SARS (hereafter referred to as deceased patients) displayed similarly accumulated pulmonary proinflammatory, absence of wound-healing macrophages, and faster neutralizing antibody responses. Their sera enhanced SARS-CoV–induced MCP1 and IL-8 production by human monocyte–derived wound-healing macrophages, whereas blockade of FcγR reduced such effects. Our findings reveal a mechanism responsible for virus-mediated ALI, define a pathological consequence of viral specific antibody response, and provide a potential target for treatment of SARS-CoV or other virus-mediated lung injury.

Tumor-associated macrophages are a prominent component of ovarian cancer stroma and contribute to tumor progression. B7-H4 is a recently identified B7 family molecule. We show that primary ovarian tumor cells express intracellular B7-H4, whereas a fraction of tumor macrophages expresses surface B7-H4. B7-H4+ tumor macrophages, but not primary ovarian tumor cells, suppress tumor-associated antigen-specific T cell immunity. Blocking B7-H4-, but not arginase-, inducible nitric oxide synthase or B7-H1 restored the T cell stimulating capacity of the macrophages and contributes to tumor regression in vivo. Interleukin (IL)-6 and IL-10 are found in high concentrations in the tumor microenvironment. These cytokines stimulate macrophage B7-H4 expression. In contrast, granulocyte/macrophage colony-stimulating factor and IL-4, which are limited in the tumor microenvironment, inhibit B7-H4 expression. Ectopic expression of B7-H4 makes normal macrophages suppressive. Thus, B7-H4+ tumor macrophages constitute a novel suppressor cell population in ovarian cancer. B7-H4 expression represents a critical checkpoint in determining host responses to dysfunctional cytokines in ovarian cancer. Blocking B7-H4 or depleting B7-H4+ tumor macrophages may represent novel strategies to enhance T cell tumor immunity in cancer.

ABSTRACT The shedding of severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) into saliva droplets plays a critical role in viral transmission. The source of high viral loads in saliva, however, remains elusive. Here we investigate the early target cells of infection in the entire array of respiratory tissues in Chinese macaques after intranasal inoculations with a single-cycle pseudotyped virus and a pathogenic SARS-CoV. We found that angiotensin-converting enzyme 2-positive (ACE2 + ) cells were widely distributed in the upper respiratory tract, and ACE2 + epithelial cells lining salivary gland ducts were the early target cells productively infected. Our findings also have implications for SARS-CoV early diagnosis and prevention.

Abstract Ovarian carcinomas have a poor prognosis, often associated with multifocal i.p. dissemination accompanied by intense neovascularization. To examine tumor angiogenesis in the tumor microenvironment, we studied malignant ascites and tumors of patients with untreated ovarian carcinoma. We observed that malignant ascites fluid induced potent in vivo neovascularization in Matrigel assay. We detected a sizable amount of vascular endothelial cell growth factor (VEGF) in malignant ascites. However, pathologic concentration of VEGF is insufficient to induce in vivo angiogenesis. We show that ovarian tumors strongly express CXC chemokine stromal-derived factor (SDF-1/CXCL12). High concentration of CXCL12, but not the pathologic concentration of CXCL12 induces in vivo angiogenesis. Strikingly, pathologic concentrations of VEGF and CXCL12 efficiently and synergistically induce in vivo angiogenesis. Migration, expansion, and survival of vascular endothelial cells (VEC) form the essential functional network of angiogenesis. We further provide a mechanistic basis for explaining the interaction between CXCL12 and VEGF. We show that VEGF up-regulates the receptor for CXCL12, CXCR4 expression on VECs, and synergizes CXCL12-mediated VEC migration. CXCL12 synergizes VEGF-mediated VEC expansion and synergistically protects VECs from sera starvation-induced apoptosis with VEGF. Finally, we show that hypoxia synchronously induces tumor CXCL12 and VEGF production. Therefore, hypoxia triggered tumor CXCL12 and VEGF form a synergistic angiogenic axis in vivo. Hypoxia-induced signals would be the important factor for initiating and maintaining an active synergistic angiogeneic pathway mediated by CXCL12 and VEGF. Thus, interrupting this synergistic axis, rather than VEGF alone, will be a novel efficient antiangiogenesis strategy to treat cancer.

Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease would benefit from validated small animal models. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin-converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2 transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2 transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 6. K18 hACE2 transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

ABSTRACT Vaccine and antiviral development against SARS-CoV-2 infection or COVID-19 disease currently lacks a validated small animal model. Here, we show that transgenic mice expressing human angiotensin converting enzyme 2 (hACE2) by the human cytokeratin 18 promoter (K18 hACE2) represent a susceptible rodent model. K18 hACE2-transgenic mice succumbed to SARS-CoV-2 infection by day 6, with virus detected in lung airway epithelium and brain. K18 ACE2-transgenic mice produced a modest TH1/2/17 cytokine storm in the lung and spleen that peaked by day 2, and an extended chemokine storm that was detected in both lungs and brain. This chemokine storm was also detected in the brain at day 4. K18 hACE2-transgenic mice are, therefore, highly susceptible to SARS-CoV-2 infection and represent a suitable animal model for the study of viral pathogenesis, and for identification and characterization of vaccines (prophylactic) and antivirals (therapeutics) for SARS-CoV-2 infection and associated severe COVID-19 disease.

Abstract The rebound-competent viral reservoir (RCVR), comprised of virus that is able to persist during antiretroviral therapy (ART) and mediate reactivation of systemic viral replication and rebound viremia after antiretroviral therapy interruption (ATI), remains the biggest obstacle to the eradication of HIV infection. A better understanding of the cellular and tissue origins and the dynamics of viral populations that initiate rebound upon ATI could help develop targeted therapeutic strategies for reducing the RCVR. In this study, barcoded SIVmac239M was used to infect rhesus macaques to enable monitoring of viral barcode clonotypes contributing to virus detectable in plasma after ATI. Blood, lymphoid tissues (LTs, spleen, mesenteric and inguinal lymph nodes), and non-lymphoid tissues (NLTs, colon, ileum, lung, liver, and brain) were analyzed using viral barcode sequencing, intact proviral DNA assay, single-cell RNA sequencing, and combined CODEX/RNAscope/ in situ hybridization. Four of seven animals had viral barcodes detectable by deep sequencing of plasma at necropsy although plasma viral RNA remained < 22 copies/mL. Among the tissues studied, mesenteric and inguinal lymph nodes, and spleen contained viral barcodes detected in plasma, and trended to have higher cell-associated viral loads, higher intact provirus levels, and greater diversity of viral barcodes. CD4+ T cells were the main cell type harboring viral RNA (vRNA) after ATI. Further, T cell zones in LTs showed higher vRNA levels than B cell zones for most animals. These findings are consistent with LTs contributing to virus present in plasma early after ATI. One Sentence Summary The reemerging of SIV clonotypes at early post-ATI are likely from the secondary lymphoid tissues.

SUMMARY The HIV/SIV envelope glycoprotein (Env) cytoplasmic domain contains a highly conserved Tyr-dependent trafficking signal that mediates both clathrin-dependent endocytosis and polarized sorting of Env. Despite extensive characterization, the role of these functions in viral infection and pathogenesis is unclear. An SIV molecular clone (SIVmac239) in which the Tyr-based signal is inactivated by deletion of Gly-720 and Tyr-721 (SIVmac239ΔGY) replicates to high levels acutely in pigtail macaques (PTM) but is rapidly controlled. We previously reported that rhesus macaques and PTM can progress to AIDS following SIVmac239ΔGY infection in association with novel amino acid changes in the Env cytoplasmic domain. These included an R722G flanking the ΔGY deletion and a nine nucleotide deletion that encodes amino acids 734-736 (ΔQTH) and overlaps with the rev and tat open reading frames. We show that molecular clones containing these mutations reconstitute signals for both endocytosis and polarized sorting. In one PTM, a novel genotype was selected, which generated a new signal for polarized sorting but not endocytosis. This mutation by itself was sufficient to maintain high viral loads for several months when introduced into naïve PTMs. These findings reveal, for the first time, strong selection pressure for Env endocytosis and, in particular, for polarized sorting during pathogenic SIV infection in vivo .