Rationale: Rhinoviruses are the major cause of asthma exacerbations; however, its underlying mechanisms are poorly understood. We hypothesized that the epithelial cell–derived cytokine IL-33 plays a central role in exacerbation pathogenesis through augmentation of type 2 inflammation.Objectives: To assess whether rhinovirus induces a type 2 inflammatory response in asthma in vivo and to define a role for IL-33 in this pathway.Methods: We used a human experimental model of rhinovirus infection and novel airway sampling techniques to measure IL-4, IL-5, IL-13, and IL-33 levels in the asthmatic and healthy airways during a rhinovirus infection. Additionally, we cultured human T cells and type 2 innate lymphoid cells (ILC2s) with the supernatants of rhinovirus-infected bronchial epithelial cells (BECs) to assess type 2 cytokine production in the presence or absence of IL-33 receptor blockade.Measurements and Main Results: IL-4, IL-5, IL-13, and IL-33 are all induced by rhinovirus in the asthmatic airway in vivo and relate to exacerbation severity. Further, induction of IL-33 correlates with viral load and IL-5 and IL-13 levels. Rhinovirus infection of human primary BECs induced IL-33, and culture of human T cells and ILC2s with supernatants of rhinovirus-infected BECs strongly induced type 2 cytokines. This induction was entirely dependent on IL-33.Conclusions: IL-33 and type 2 cytokines are induced during a rhinovirus-induced asthma exacerbation in vivo. Virus-induced IL-33 and IL-33–responsive T cells and ILC2s are key mechanistic links between viral infection and exacerbation of asthma. IL-33 inhibition is a novel therapeutic approach for asthma exacerbations.

Rhinoviruses cause serious morbidity and mortality as the major etiological agents of asthma exacerbations and the common cold. A major obstacle to understanding disease pathogenesis and to the development of effective therapies has been the lack of a small-animal model for rhinovirus infection. Of the 100 known rhinovirus serotypes, 90% (the major group) use human intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) as their cellular receptor and do not bind mouse ICAM-1; the remaining 10% (the minor group) use a member of the low-density lipoprotein receptor family and can bind the mouse counterpart. Here we describe three novel mouse models of rhinovirus infection: minor-group rhinovirus infection of BALB/c mice, major-group rhinovirus infection of transgenic BALB/c mice expressing a mouse-human ICAM-1 chimera and rhinovirus-induced exacerbation of allergic airway inflammation. These models have features similar to those observed in rhinovirus infection in humans, including augmentation of allergic airway inflammation, and will be useful in the development of future therapies for colds and asthma exacerbations.

Viral immune evasion strategies target key aspects of the host antiviral response. Recently, it has been recognized that Toll-like receptors (TLRs) have a role in innate defense against viruses. Here, we define the function of the vaccinia virus (VV) protein A46R and show it inhibits intracellular signalling by a range of TLRs. TLR signalling is triggered by homotypic interactions between the Toll-like-interleukin-1 resistance (TIR) domains of the receptors and adaptor molecules. A46R contains a TIR domain and is the only viral TIR domain-containing protein identified to date. We demonstrate that A46R targets the host TIR adaptors myeloid differentiation factor 88 (MyD88), MyD88 adaptor-like, TIR domain-containing adaptor inducing IFN-beta (TRIF), and the TRIF-related adaptor molecule and thereby interferes with downstream activation of mitogen-activated protein kinases and nuclear factor kappaB. TRIF mediates activation of interferon (IFN) regulatory factor 3 (IRF3) and induction of IFN-beta by TLR3 and TLR4 and suppresses VV replication in macrophages. Here, A46R disrupted TRIF-induced IRF3 activation and induction of the TRIF-dependent gene regulated on activation, normal T cell expressed and secreted. Furthermore, we show that A46R is functionally distinct from another described VV TLR inhibitor, A52R. Importantly, VV lacking the A46R gene was attenuated in a murine intranasal model, demonstrating the importance of A46R for VV virulence.

IL-25 critically links rhinovirus infection and allergic asthma exacerbations.

The relative roles of the endosomal TLR3/7/8 versus the intracellular RNA helicases RIG-I and MDA5 in viral infection is much debated. We investigated the roles of each pattern recognition receptor in rhinovirus infection using primary bronchial epithelial cells. TLR3 was constitutively expressed; however, RIG-I and MDA5 were inducible by 8–12 h following rhinovirus infection. Bronchial epithelial tissue from normal volunteers challenged with rhinovirus in vivo exhibited low levels of RIG-I and MDA5 that were increased at day 4 post infection. Inhibition of TLR3, RIG-I and MDA5 by siRNA reduced innate cytokine mRNA, and increased rhinovirus replication. Inhibition of TLR3 and TRIF using siRNA reduced rhinovirus induced RNA helicases. Furthermore, IFNAR1 deficient mice exhibited RIG-I and MDA5 induction early during RV1B infection in an interferon independent manner. Hence anti-viral defense within bronchial epithelium requires co-ordinated recognition of rhinovirus infection, initially via TLR3/TRIF and later via inducible RNA helicases.

Abstract Coronavirus disease 2019 (COVID-19) caused by SARS-CoV-2 is a new rapidly spreading infectious disease. Early reports of hospitalised COVID-19 cases have shown relatively low frequency of chronic lung diseases such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) but increased risk of adverse outcome. The mechanisms of altered susceptibility to viral acquisition and/or severe disease in at-risk groups are poorly understood. Inhaled corticosteroids (ICS) are widely used in the treatment of COPD but the extent to which these therapies protect or expose patients with a COPD to risk of increased COVID-19 severity is unknown. Here, using a combination of human and animal in vitro and in vivo disease models, we show that ICS administration attenuates pulmonary expression of the SARS-CoV-2 viral entry receptor angiotensin-converting enzyme (ACE)-2. This effect was mechanistically driven by suppression of type I interferon as exogenous interferon-β reversed ACE2 downregulation by ICS. Mice deficient in the type I interferon-α/β receptor ( Ifnar1 −/− ) also had reduced expression of ACE2. Collectively, these data suggest that use of ICS therapies in COPD reduces expression of the SARS-CoV-2 entry receptor ACE2 and this effect may thus contribute to altered susceptibility to COVID-19 in patients with COPD.

Abstract Respiratory viruses such as coronaviruses represent major ongoing global threats, causing epidemics and pandemics with huge economic burden. Rapid spread of virus through populations poses an enormous challenge for outbreak control. Like all respiratory viruses, the most recent novel human coronavirus SARS-CoV-2, initiates infection in the upper respiratory tract (URT). Infected individuals are often asymptomatic, yet highly infectious and readily transmit virus. A therapy that restricts initial replication in the URT has the potential to prevent progression of severe lower respiratory tract disease as well as limiting person-to-person transmission. We show that prophylactic intra-nasal administration of the TLR2/6 agonist INNA-051 in a SARS-CoV-2 ferret infection model effectively reduces levels of viral RNA in the nose and throat. The results of our study support clinical development of a therapy based on prophylactic TLR2/6 innate immune activation in the URT to reduce SARS-CoV-2 transmission and provide protection against COVID-19.