SARS coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is causing a global pandemic with large variation in COVID-19 disease spectrum. SARS-CoV-2 infection requires host receptor ACE2 on lung epithelium, but epithelial underpinnings of variation are largely unknown. We capitalized on comprehensive organoid assays to report remarkable variation in SARS-CoV-2 infection rates of lung organoids from different subjects. Tropism is highest for TUBA- and MUC5AC-positive organoid cells, but levels of TUBA-, MUC5A-, or ACE2- positive cells do not predict infection rate. We identify surface molecule Tetraspanin 8 (TSPAN8) as novel mediator of SARS-CoV-2 infection, which is not downregulated by this specific virus. TSPAN8 levels, prior to infection, strongly correlate with infection rate and TSPAN8-blocking antibodies diminish SARS-CoV-2 infection. We propose TSPAN8 as novel functional biomarker and potential therapeutic target for COVID-19.

Abstract In the severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) pandemic, considerable focus has been placed on a model of viral entry into host epithelial populations, with a separate focus upon the responding immune system dysfunction that exacerbates or causes disease. We developed a precision-cut lung slice model to investigate very early host-viral pathogenesis and found that SARS-CoV-2 had a rapid and specific tropism for myeloid populations in the human lung. Infection of alveolar macrophages was partially dependent upon their expression of ACE2, and the infections were productive for amplifying virus, both findings which were in contrast with their neutralization of another pandemic virus, Influenza A virus (IAV). Compared to IAV, SARS-CoV-2 was extremely poor at inducing interferon-stimulated genes in infected myeloid cells, providing a window of opportunity for modest titers to amplify within these cells. Endotracheal aspirate samples from humans with the acute respiratory distress syndrome (ARDS) from COVID-19 confirmed the lung slice findings, revealing a persistent myeloid depot. In the early phase of SARS-CoV-2 infection, myeloid cells may provide a safe harbor for the virus with minimal immune stimulatory cues being generated, resulting in effective viral colonization and quenching of the immune system.

In the pathogenesis of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection, epithelial populations in the distal lung expressing Angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) are infrequent, and therefore, the model of viral expansion and immune cell engagement remains incompletely understood. Using human lungs to investigate early host-viral pathogenesis, we found that SARS-CoV-2 had a rapid and specific tropism for myeloid populations. Human alveolar macrophages (AMs) reliably expressed ACE2 allowing both spike-ACE2–dependent viral entry and infection. In contrast to Influenza A virus, SARS-CoV-2 infection of AMs was productive, amplifying viral titers. While AMs generated new viruses, the interferon responses to SARS-CoV-2 were muted, hiding the viral dissemination from specific antiviral immune responses. The reliable and veiled viral depot in myeloid cells in the very early phases of SARS-CoV-2 infection of human lungs enables viral expansion in the distal lung and potentially licenses subsequent immune pathologies.