ABSTRACT Ulcerative colitis (UC) is driven by immune and stromal subsets, culminating in epithelial injury. Vedolizumab (VDZ) is an anti-integrin antibody that is effective for treating UC. VDZ is known to inhibit lymphocyte trafficking to the intestine, but its broader effects on other cell subsets are less defined. To identify the inflammatory cells that contribute to colitis and are affected by VDZ, we performed single-cell transcriptomic and proteomic analyses of peripheral blood and colonic biopsies in healthy controls and patients with UC on VDZ or other therapies. Here we show that VDZ treatment is associated with alterations in circulating and tissue mononuclear phagocyte (MNP) subsets, along with modest shifts in lymphocytes. Spatial multi-omics of formalin-fixed biopsies demonstrates trends towards increased abundance and proximity of MNP and fibroblast subsets in active colitis. Spatial transcriptomics of archived specimens pre-treatment identifies epithelial-, MNP-, and fibroblast-enriched genes related to VDZ responsiveness, highlighting important roles for these subsets in UC.

Abstract GI toxicity is a common dose-limiting adverse effect of platin chemotherapy treatment. Up to 50% of cancer survivors continue to experience symptoms of chronic constipation or diarrhea induced by their chemotherapy for many years after their treatment. This drug toxicity is largely attributed to damage to enteric neurons that innervate the GI tract and control GI motility. The mechanisms responsible for platin-induced enteric neurotoxicity and potential preventative strategies have remained unknown. Here, we use human pluripotent stem cell derived enteric neurons to establish a new model system capable of uncovering the mechanism of platin-induced enteric neuropathy. Utilizing this scalable system, we performed a high throughput screen and identified drug candidates and pathways involved in the disease. Our analyses revealed that excitotoxicity through muscarinic cholinergic signaling is a key driver of platin-induced enteric neuropathy. Using single nuclei transcriptomics and functional assays, we discovered that this disease mechanism leads to increased susceptibility of specific neuronal subtypes, including inhibitory nitrergic neurons, to platins. Histological assessment of the enteric nervous system in platin-treated patients confirmed the selective loss of nitrergic neurons. Finally, we demonstrated that pharmacological and genetic inhibition of muscarinic cholinergic signaling is sufficient to rescue enteric neurons from platin excitotoxicity in vitro and can prevent platin-induced constipation and degeneration of nitrergic neurons in mice. These studies define the mechanisms of platin-induced enteric neuropathy and serve as a framework for uncovering cell type-specific manifestations of cellular stress underlying numerous intractable peripheral neuropathies.

ABSTRACT Anti-TNF antibodies are effective for treating patients with inflammatory bowel disease (IBD), but many patients fail to respond to anti-TNF therapy, highlighting the importance of TNF-independent disease. We previously demonstrated that acute deletion of two IBD susceptibility genes, A20 ( Tnfaip3 ) and Abin-1 ( Tnip1 ), in intestinal epithelial cells (IECs) sensitizes mice to both TNF-dependent and TNF-independent death. Here we show that TNF-independent IEC death after A20 and Abin-1 deletion is rescued by germ-free derivation or deletion of MyD88 , while deletion of Trif provides only partial protection. Combined deletion of Ripk3 and Casp8 , which inhibits both apoptotic and necroptotic death, completely protects against death after acute deletion of A20 and Abin-1 in IECs. A20 and Abin-1 -deficient IECs are sensitized to TNF-independent, TNFR-1-mediated death in response to lymphotoxin alpha (LTα) homotrimers. Blockade of LTα in vivo reduces weight loss and improves survival when combined with partial deletion of MyD88 . These data show that microbial signals, MyD88 , and LTα all contribute to TNF-independent intestinal injury. SUMMARY Here we show that germ-free derivation, MyD88 deletion, combined Ripk3 and Casp8 deletion, or anti-LTα, all reduce TNF-independent intestinal injury after A20 and Abin-1 deletion.