Unvaccinated COVID-19 patients display a large spectrum of symptoms, ranging from asymptomatic to severe symptoms, the latter even causing death. Distinct Natural killer (NK) and CD4+ and CD8+ T cells immune responses are generated in COVID-19 patients. However, the phenotype and functional characteristics of NK cells and T-cells associated with COVID-19 pathogenesis versus protection remain to be elucidated. In this study, we compared the phenotype and function of NK cells SARS-CoV-2-specific CD4+ and CD8+ T cells in unvaccinated symptomatic (SYMP) and unvaccinated asymptomatic (ASYMP) COVID-19 patients. The expression of senescent CD57 marker, CD45RA/CCR7differentiation status, exhaustion PD-1 marker, activation of HLA-DR, and CD38 markers were assessed on NK and T cells from SARS-CoV-2 positive SYMP patients, ASYMP patients, and Healthy Donors (HD) using multicolor flow cytometry. We detected significant increases in the expression levels of both exhaustion and senescence markers on NK and T cells from SYMP patients compared to ASYMP patients and HD controls. In SYMP COVID-19 patients, the T cell compartment displays several alterations involving naive, central memory, effector memory, and terminally differentiated T cells. The senescence CD57 marker was highly expressed on CD8+ TEM cells and CD8+ TEMRA cells. Moreover, we detected significant increases in the levels of pro-inflammatory TNF-α, IFN-γ, IL-6, IL-8, and IL-17 cytokines from SYMP COVID-19 patients, compared to ASYMP COVID-19 patients and HD controls. The findings suggest exhaustion and senescence in both NK and T cell compartment is associated with severe disease in critically ill COVID-19 patients.

ABSTRACT Over the last two decades, there have been three deadly human outbreaks of Coronaviruses (CoVs) caused by emerging zoonotic CoVs: SARS-CoV, MERS-CoV, and the latest highly transmissible and deadly SARS-CoV-2, which has caused the current COVID-19 global pandemic. All three deadly CoVs originated from bats, the natural hosts, and transmitted to humans via various intermediate animal reservoirs. Because there is currently no universal pan-Coronavirus vaccine available, two worst-case scenarios remain highly possible: (1) SARS-CoV-2 mutates and transforms into a seasonal “flu-like” global pandemic; and/or (2) Other global COVID-like pandemics will emerge in the coming years, caused by yet another spillover of an unknown zoonotic bat-derived SARS-like Coronavirus (SL-CoV) into an unvaccinated human population. Determining the antigen and epitope landscapes that are conserved among human and animal Coronaviruses as well as the repertoire, phenotype and function of B cells and CD4 + and CD8 + T cells that correlate with resistance seen in asymptomatic COVID-19 patients should inform in the development of pan-Coronavirus vaccines 1 . In the present study, using several immuno-informatics and sequence alignment approaches, we identified several human B-cell, CD4 + and CD8 + T cell epitopes that are highly conserved in: ( i ) greater than 81,000 SARS-CoV-2 human strains identified to date in 190 countries on six continents; ( ii ) six circulating CoVs that caused previous human outbreaks of the “Common Cold”; ( iii ) five SL-CoVs isolated from bats; ( iv ) five SL-CoV isolated from pangolins; ( v ) three SL-CoVs isolated from Civet Cats; and ( vi ) four MERS strains isolated from camels. Furthermore, we identified cross-reactive asymptomatic epitopes that: ( i ) recalled B cell, CD4 + and CD8 + T cell responses from both asymptomatic COVID-19 patients and healthy individuals who were never exposed to SARS-CoV-2; and ( ii ) induced strong B cell and T cell responses in “humanized” Human Leukocyte Antigen (HLA)-DR/HLA-A*02:01 double transgenic mice. The findings herein pave the way to develop a pre-emptive multi-epitope pan-Coronavirus vaccine to protect against past, current, and potential future outbreaks.

ABSTRACT SARS-CoV-2-specific memory T cells that cross-react with common cold coronaviruses (CCCs) are present in both healthy donors and COVID-19 patients. However, whether these cross-reactive T cells play a role in COVID-19 pathogenesis versus protection remain to be fully elucidated. In this study, we characterized cross-reactive SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells, targeting genome-wide conserved epitopes in a cohort of 147 non-vaccinated COVID-19 patients, divided into six groups based on the degrees of disease severity. We compared the frequency, phenotype, and function of these SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells between severely ill and asymptomatic COVID-19 patients and correlated this with α-CCCs and β-CCCs co-infection status. Compared with asymptomatic COVID-19 patients, the severely ill COVID-19 patients and patients with fatal outcomes: ( i ) Presented a broad leukocytosis and a broad CD4 + and CD8 + T cell lymphopenia; ( ii ) Developed low frequencies of functional IFN- γ -producing CD134 + CD138 + CD4 + and CD134 + CD138 + CD8 + T cells directed toward conserved epitopes from structural, non-structural and regulatory SARS-CoV-2 proteins; ( iii ) Displayed high frequencies of SARS-CoV-2-specific functionally exhausted PD-1 + TIM3 + TIGIT + CTLA4 + CD4 + and PD-1 + TIM3 + TIGIT + CTLA4 + CD8 + T cells; and ( iv ) Displayed similar frequencies of co-infections with β-CCCs strains but significantly fewer co-infections with α-CCCs strains. Interestingly, the cross-reactive SARS-CoV-2 epitopes that recalled the strongest CD4 + and CD8 + T cell responses in unexposed healthy donors (HD) were the most strongly associated with better disease outcome seen in asymptomatic COVID-19 patients. Our results demonstrate that, the critically ill COVID-19 patients displayed fewer co-infection with α-CCCs strain, presented broad T cell lymphopenia and higher frequencies of cross-reactive exhausted SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells. In contrast, the asymptomatic COVID-19 patients, appeared to present more co-infections with α-CCCs strains, associated with higher frequencies of functional cross-reactive SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells. These findings support the development of broadly protective, T-cell-based, multi-antigen universal pan-Coronavirus vaccines. KEY POINTS A broad lymphopenia and lower frequencies of SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T-cells were associated with severe disease onset in COVID-19 patients. High frequencies of phenotypically and functionally exhausted SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells, co-expressing multiple exhaustion markers, and targeting multiple structural, non-structural, and regulatory SARS-CoV-2 protein antigens, were detected in severely ill COVID-19 patients. Compared to severely ill COVID-19 patients and to patients with fatal outcomes, the (non-vaccinated) asymptomatic COVID-19 patients presented more functional cross-reactive CD4 + and CD8 + T cells targeting conserved epitopes from structural, non-structural, and regulatory SARS-CoV-2 protein antigens. The cross-reactive SARS-CoV-2 epitopes that recalled the strongest CD4 + and CD8 + T cell responses in unexposed healthy donors (HD) were the most strongly associated with better disease outcomes seen in asymptomatic COVID-19 patients. Compared to severely ill COVID-19 patients and to patients with fatal outcomes, the (non-vaccinated) asymptomatic COVID-19 patients presented higher rates of co-infection with the α-CCCs strains. Compared to patients with mild or asymptomatic COVID-19, severely ill symptomatic patients and patients with fatal outcomes had more exhausted SARS-CoV-2-speccific CD4 + and CD8 + T cells that preferentially target cross-reactive epitopes that share high identity and similarity with the β-CCCs strains.

ABSTRACT Reactivation of herpes simplex virus type 2 (HSV-2) from latently infected dorsal root ganglia (DRG) and subsequent virus shedding in the genital tract trigger recurrent genital herpes. Memory CD8 + T cells play a critical role in preventing HSV-2 reactivation from latently infected DRG, thus reducing recurrent genital lesions. The role of T-cell attracting chemokines in promoting CD8 + T cell protective immunity in recurrent genital herpes remains to be fully elucidated. In this study, we investigated whether and how the CXCL11/CXCR3 pathway affects the frequency and function of DRG-resident CD8 + T cells and the severity of recurrent genital herpes. Latently infected guinea pigs were primed with the HSV-1 RR2 protein, delivered intramuscularly with CpG/Alum adjuvants, and the induced T cells were “pulled” from the periphery into the latently infected DRG using T-cell attracting CXCL11 chemokine, delivered to DRG. In the guinea pigs that received the prime/pull vaccine, we detected a significant increase in both the number and function of tissue-resident IFN-γ + CD103 + CD44 + CXCR3 + CD8 + T RM cells that infiltrated healed sites of the vaginal mucosa (VM) and DRG tissues. This was associated with a significant decrease in virus shedding and a reduction in both the severity and frequency of recurrent genital herpes lesions. In contrast, in the guinea pigs that received the RR2 vaccine alone, we detected fewer functional CD8 + T RM cells and no reduction in the severity of recurrent genital herpes. These findings highlight the role of the CXCL11/CXCR3 chemokine pathway in shaping tissue-resident CD8 + T RM cell protective immunity against recurrent genital herpes. IMPORTANCE Recurrent genital herpes is a common sexually transmitted disease worldwide. Currently, no FDA-approved therapeutic vaccines are available. In the present study, we used HSV-2 latently infected guinea pig to investigate a novel therapeutic prime/pull vaccine strategy based on priming T cells systemically, with a recombinantly expressed herpes envelope and tegument protein RR2 and “pulling” primed T cells into the tissues of latently infected ganglia with the T-cell-attracting chemokine, CXCL11. We discovered that this RR2/CXCL11 prime/pull vaccine elicited a significant reduction in virus shedding and a decrease in both the severity and frequency of recurrent genital herpes sores. This protection correlated with increased numbers of functional tissue-resident IFN-γ + CD103 + CD44 + CXCR3 + CD8 + T RM cells that infiltrate healed sites of the VM tissues and DRG. Our findings shed light on the role of T RM cells in protection against recurrent genital herpes and propose the prime/pull therapeutic vaccine as a new strategy against genital herpes. TWEET The present study presents a novel RR2/CXCL11 prime/pull therapeutic vaccine that elicited a significant reduction in virus shedding and a decrease in both the severity and frequency of recurrent genital herpes sores.

ABSTRACT The first-generation Spike-alone-based COVID-19 vaccines have successfully contributed to reducing the risk of hospitalization, serious illness, and death caused by SARS-CoV-2 infections. However, waning immunity induced by these vaccines failed to prevent immune escape by many variants of concern (VOCs) that emerged from 2020 to 2024, resulting in a prolonged COVID-19 pandemic. We hypothesize that a next-generation Coronavirus (CoV) vaccine incorporating highly conserved non-Spike SARS-CoV-2 antigens would confer stronger and broader cross-protective immunity against multiple VOCs. In the present study, we identified ten non-Spike antigens that are highly conserved in 8.7 million SARS-CoV-2 strains, twenty-one VOCs, SARS-CoV, MERS-CoV, Common Cold CoVs, and animal CoVs. Seven of the 10 antigens were preferentially recognized by CD8 + and CD4 + T-cells from unvaccinated asymptomatic COVID-19 patients, irrespective of VOC infection. Three out of the seven conserved non-Spike T cell antigens belong to the early expressed Replication and Transcription Complex (RTC) region, when administered to the golden Syrian hamsters, in combination with Spike, as nucleoside-modified mRNA encapsulated in lipid nanoparticles (LNP) (i.e., combined mRNA/LNP-based pan-CoV vaccine): ( i ) Induced high frequencies of lung-resident antigen-specific CXCR5 + CD4 + T follicular helper (T FH ) cells, GzmB + CD4 + and GzmB + CD8 + cytotoxic T cells (T CYT ), and CD69 + IFN-γ + TNFα + CD4 + and CD69 + IFN-γ + TNFα + CD8 + effector T cells (T EFF ); and ( ii ) Reduced viral load and COVID-19-like symptoms caused by various VOCs, including the highly pathogenic B.1.617.2 Delta variant and the highly transmittable heavily Spike-mutated XBB1.5 Omicron sub-variant. The combined mRNA/LNP-based pan-CoV vaccine could be rapidly adapted for clinical use to confer broader cross-protective immunity against emerging highly mutated and pathogenic VOCs. IMPORTANCE As of January 2024, over 1500 individuals in the United States alone are still dying from COVID-19 each week despite the implementation of first-generation Spike-alone-based COVID-19 vaccines. The emergence of highly transmissible SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), such as the currently circulating highly mutated BA.2.86 and JN.1 Omicron sub-variants, constantly overrode immunity induced by the first-generation Spike-alone-based COVID-19 vaccines. Here we report a next generation broad spectrum combined multi-antigen mRNA/LNP-based pan-CoV vaccine that consists of nucleoside-modified mRNA encapsulated in lipid nanoparticles (LNP) that delivers three highly conserved non-Spike viral T cell protein antigens together with the Spike protein B-cell antigen. Compared side-by-side to the clinically proven first-generation Spike-alone mRNA/LNP-based vaccine, the combined multi-antigen mRNA/LNP-based pan-CoV vaccine-induced higher frequencies of lung-resident non-Spike antigen-specific T follicular helper (T FH ) cells, cytotoxic T cells (T CYT ), effector T cells (T EFF ) and Spike specific-neutralizing antibodies. This was associated to a potent cross-reactive protection against various VOCs, including the highly pathogenic Delta variant and the highly transmittable heavily Spike-mutated Omicron sub-variants. Our findings suggest an alternative broad-spectrum pan-Coronavirus vaccine capable of ( i ) disrupting the current COVID-19 booster paradigm; ( ii ) outpacing the bivalent variant-adapted COVID-19 vaccines; and ( iii ) ending an apparent prolonged COVID-19 pandemic.

ABSTRACT Herpes simplex virus 1 (HSV-1) infects the cornea and caused blinding ocular disease. In the present study, we evaluated whether and how a novel engineered version of fibroblast growth factor-1 (FGF-1), designated as TTHX1114, would reduce the severity of HSV-1-induced primary and recurrent ocular herpes in the mouse model. The efficacy of TTHX1114 against corneal keratopathy was assessed in B6 mice following corneal infection with HSV-1, strain McKrae. Starting day one post infection (PI), mice received TTHX1114 for 14 days. The severity of primary stromal keratitis and blepharitis were monitored up to 28 days PI. Inflammatory cell infiltrating infected corneas were characterized up to day 21 PI. The severity of recurrent herpetic disease was quantified in latently infected B6 mice up to 30 days post-UVB corneal exposure. The effect of TTHX1114 on M1 and M2 macrophage polarization was determined in vivo in mice and in vitro on primary human monocytes-derived macrophages. Compared to HSV-1 infected non-treated mice, the infected and TTHX1114 treated mice exhibited a significant reduction of primary and recurrent stromal keratitis and blepharitis, without affecting virus corneal replication. The therapeutic effect of TTHX1114 was associated with a significant decrease in the frequency of M1 macrophages infiltrating the cornea, which expressed significantly lower levels of pro-inflammatory cytokines and chemokines. This polarization toward M2 phenotype was confirmed in vitro on human primary macrophages. This pre-clinical finding suggests use of this engineered FGF-1 as a novel immunotherapeutic regimen to reduce primary and recurrent HSV-1-induced corneal disease in the clinic. IMPORTANCE Herpes Simplex Virus type 1 (HSV-1) is a prevalent human pathogen that infects the cornea causing potentially blinding herpetic disease. The present study is the first to demonstrate a reduction of primary and recurrent corneal herpetic disease in mice following engineered FGF-1 (TTHX1114) treatment. This was associated with a decrease of pro-inflammatory M1 macrophages and an increase of anti-inflammatory M2 macrophages infiltrating the corneas of HSV-1 infected mice. The finding in mice were confirmed in humans by showing that in vitro FGF-1 treatment skewed the polarization of primary monocyte-derived macrophages into the anti-inflammatory M2 phenotype. Moreover, FGF-1 treatment appeared to reduce production of anti-inflammatory mediators. This pre-clinical finding support this engineered FGF-1 as a novel immunotherapeutic regimen to reduce primary and recurrent corneal herpetic disease in the clinic.

ABSTRACT The pandemic of the coronavirus disease 2019 (COVID-19) has created the largest global health crisis in almost a century. Following exposure to SARS-CoV-2, the virus particles replicate in the lungs, induce a “cytokine storm” and potentially cause life-threatening inflammatory disease. Low frequencies of function SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells in the lungs of COVID-19 patients were associated with severe cases of COVID-19. The apparent low level of T cell-attracting CXCL9, CXCL10, and CXCL11 chemokines in infected lungs may not be sufficient enough to assure the sequestration and/or homing of CD4 + and CD8 + T cells from the circulation into infected lungs. We hypothesize that a Coronavirus vaccine strategy that boosts the frequencies of functional SARS-CoV-2-specific CD4 + and CD8 + T cells in the lungs would lead to better protection against SARS-CoV-2 infection, COVID19-like symptoms, and death. In the present study, we designed and pre-clinically tested the safety, immunogenicity, and protective efficacy of a novel multi-epitope//CXCL11 prime/pull mucosal Coronavirus vaccine. This prime/pull vaccine strategy consists of intranasal delivery of a lung-tropic adeno-associated virus type 9 (AAV-9) vector that incorporates highly conserved human B, CD4 + CD8 + cell epitopes of SARS-CoV-2 ( prime ) and pulling the primed B and T cells into the lungs using the T cell attracting chemokine, CXCL-11 ( pull ). We demonstrated that immunization of HLA-DR*0101/HLA-A*0201/hACE2 triple transgenic mice with this multi-epitope//CXCL11 prime/pull Coronavirus mucosal vaccine: ( i ) Increased the frequencies of CD4 + and CD8 + T EM , T CM , and T RM cells in the lungs; and ( ii ) reduced COVID19-like symptoms, lowered virus replication, and prevented deaths following challenge with SARS-CoV-2. These findings discuss the importance of bolstering the number and function of lung-resident memory CD4 + and CD8 + T cells for better protection against SARS-CoV-2 infection, COVID-19-like symptoms, and death.

ABSTRACT Reactivation of herpes simplex virus 1 (HSV-1) from latently infected neurons of the trigeminal ganglia (TG) leads to blinding recurrent herpetic disease in symptomatic (SYMP) individuals. Although the role of T cells in herpes immunity seen in asymptomatic (ASYMP) individuals is heavily explored, the role of B cells is less investigated. In the present study, we evaluated whether B cells are associated with protective immunity against recurrent ocular herpes. The frequencies of circulating HSV-specific memory B cells and of memory follicular helper T cells (CD4 + T fh cells), that help B cells produce antibodies, were compared between HSV-1 infected SYMP and ASYMP individuals. The levels of IgG/IgA and neutralizing antibodies were compared in SYMP and ASYMP individuals. We found that: ( i ) the ASYMP individuals had increased frequencies of HSV-specific CD19 + CD27 + memory B cells; and ( ii ) high frequencies of HSV-specific switched IgG + CD19 + CD27 + memory B cells detected in ASYMP individuals were directly proportional to high frequencies of CD45R0 + CXCR5 + CD4 + memory T fh cells. However, no differences were detected in the level of HSV-specific IgG/IgA antibodies in SYMP and ASYMP individuals. Using the UV-B-induced HSV-1 reactivation mouse model, we found increased frequencies of HSV-specific antibody-secreting plasma HSV-1 gD + CD138 + B cells within the TG and circulation of ASYMP mice compared to SYMP mice. In contrast, no significant differences in the frequencies of B cells were found in the cornea, spleen, and bone-marrow. Our findings suggest that circulating antibody-producing HSV-specific memory B cells recruited locally to the TG may contribute to protection from symptomatic recurrent ocular herpes. IMPORTANCE Reactivation of herpes simplex virus 1 (HSV-1) from latently infected neurons of the trigeminal ganglia (TG) leads to blinding recurrent herpetic disease in symptomatic (SYMP) individuals. Although the role of T cells in herpes immunity against blinding recurrent herpetic disease is heavily explored, the role of B cells is less investigated. In the present study, we found that in both asymptomatic (ASYMP) individuals and ASYMP mice there was increased frequencies of HSV-specific memory B cells that were directly proportional to high frequencies of memory T fh cells. Moreover, following UV-B induce reactivation, we found increased frequencies of HSV-specific antibody-secreting plasma B cells within the TG and circulation of ASYMP mice, compared to SYMP mice. Our findings suggest that circulating antibody-producing HSV-specific memory B cells recruited locally to the TG may contribute to protection from recurrent ocular herpes.