ABSTRACT The pro- and anti-inflammatory pathways that determine the balance of inflammation and viral control during SARS-CoV-2 infection are not well understood. Here we examine the roles of IFNγ and IL-10 in regulating inflammation, immune cell responses and viral replication during SARS-CoV-2 infection of rhesus macaques. IFNγ blockade tended to decrease lung inflammation based on 18 FDG-PET/CT imaging but had no major impact on innate lymphocytes, neutralizing antibodies, or antigen-specific T cells. In contrast, IL-10 blockade transiently increased lung inflammation and enhanced accumulation of virus-specific T cells in the lower airways. However, IL-10 blockade also inhibited the differentiation of virus-specific T cells into airway CD69 + CD103 + T RM cells. While virus-specific T cells were undetectable in the nasal mucosa of all groups, IL-10 blockade similarly reduced the frequency of total T RM cells in the nasal mucosa. Neither cytokine blockade substantially affected viral load and infection ultimately resolved. Thus, in the macaque model of mild COVID-19, the pro- and anti-inflammatory effects of IFNγ and IL-10 have no major role in control of viral replication. However, IL-10 has a key role in suppressing the accumulation of SARS-CoV-2-specific T cells in the lower airways, while also promoting T RM at respiratory mucosal surfaces.

SUMMARY Pediatric SARS-CoV-2 vaccines are needed that elicit immunity directly in the airways, as well as systemically. Building on pediatric parainfluenza virus vaccines in clinical development, we generated a live-attenuated parainfluenza virus-vectored vaccine candidate expressing SARS-CoV-2 prefusion-stabilized spike (S) protein (B/HPIV3/S-6P) and evaluated its immunogenicity and protective efficacy in rhesus macaques. A single intranasal/intratracheal dose of B/HPIV3/S-6P induced strong S-specific airway mucosal IgA and IgG responses. High levels of S-specific antibodies were also induced in serum, which efficiently neutralized SARS-CoV-2 variants of concern. Furthermore, B/HPIV3/S-6P induced robust systemic and pulmonary S-specific CD4 + and CD8 + T-cell responses, including tissue-resident memory cells in lungs. Following challenge, SARS-CoV-2 replication was undetectable in airways and lung tissues of immunized macaques. B/HPIV3/S-6P will be evaluated clinically as pediatric intranasal SARS-CoV-2/parainfluenza virus type 3 vaccine. One-Sentence Summary Intranasal parainfluenza virus-vectored COVID-19 vaccine induces anti-S antibodies, T-cell memory and protection in macaques.

The pediatric live-attenuated bovine/human parainfluenza virus type 3 (B/HPIV3)-vectored vaccine expressing the prefusion-stabilized SARS-CoV-2 spike (S) protein (B/HPIV3/S-2P) was previously evaluated in vitro and in hamsters. To improve its immunogenicity, we generated B/HPIV3/S-6P, expressing S further stabilized with 6 proline mutations (S-6P). Intranasal immunization of hamsters with B/HPIV3/S-6P reproducibly elicited significantly higher serum anti-S IgA/IgG titers than B/HPIV3/S-2P; hamster sera efficiently neutralized variants of concern (VoCs), including Omicron variants. B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P immunization protected hamsters against weight loss and lung inflammation following SARS-CoV-2 challenge with the vaccine-matched strain WA1/2020 or VoCs B.1.1.7/Alpha or B.1.351/Beta and induced near-sterilizing immunity. Three weeks post-challenge, B/HPIV3/S-2P- and B/HPIV3/S-6P-immunized hamsters exhibited a robust anamnestic serum antibody response with increased neutralizing potency to VoCs, including Omicron sublineages. B/HPIV3/S-6P primed for stronger anamnestic antibody responses after challenge with WA1/2020 than B/HPIV3/S-2P. B/HPIV3/S-6P will be evaluated as an intranasal vaccine to protect infants against both HPIV3 and SARS-CoV-2.SARS-CoV-2 infects and causes disease in all age groups. While injectable SARS-CoV-2 vaccines are effective against severe COVID-19, they do not fully prevent SARS-CoV-2 replication and transmission. This study describes the preclinical comparison in hamsters of B/HPIV3/S-2P and B/HPIV3/S-6P, live-attenuated pediatric vector vaccine candidates expressing the "2P" prefusion stabilized version of the SARS-CoV-2 spike protein, or the further-stabilized "6P" version. B/HPIV3/S-6P induced significantly stronger anti-S serum IgA and IgG responses than B/HPIV3/S-2P. A single intranasal immunization with B/HPIV3/S-6P elicited broad systemic antibody responses in hamsters that efficiently neutralized the vaccine-matched isolate as well as variants of concern, including Omicron. B/HPIV3/S-6P immunization induced near-complete airway protection against the vaccine-matched SARS-CoV-2 isolate as well as two variants. Furthermore, following SARS-CoV-2 challenge, immunized hamsters exhibited strong anamnestic serum antibody responses. Based on these data, B/HPIV3/S-6P will be further evaluated in a phase I study.

Human parainfluenza virus type 3 (HPIV3) is a major pediatric respiratory pathogen lacking available vaccines or antiviral drugs. We generated live-attenuated HPIV3 vaccine candidates by codon-pair deoptimization (CPD). HPIV3 open reading frames (ORFs) encoding the nucleoprotein (N), phosphoprotein (P), matrix (M), fusion (F), hemagglutinin–neuraminidase (HN), and polymerase (L) were modified singly or in combination to generate 12 viruses designated Min-N, Min-P, Min-M, Min-FHN, Min-L, Min-NP, Min-NPM, Min-NPL, Min-PM, Min-PFHN, Min-MFHN, and Min-PMFHN. CPD of N or L severely reduced growth in vitro and was not further evaluated. CPD of P or M was associated with increased and decreased interferon (IFN) response in vitro, respectively, but had little effect on virus replication. In Vero cells, CPD of F and HN delayed virus replication, but final titers were comparable to wild-type (wt) HPIV3. In human lung epithelial A549 cells, CPD F and HN induced a stronger IFN response, viral titers were reduced 100-fold, and the expression of F and HN proteins was significantly reduced without affecting N or P or the relative packaging of proteins into virions. Following intranasal infection in hamsters, replication in the nasal turbinates and lungs tended to be the most reduced for viruses bearing CPD F and HN, with maximum reductions of approximately 10-fold. Despite decreased in vivo replication (and lower expression of CPD F and HN in vitro), all viruses induced titers of serum HPIV3-neutralizing antibodies similar to wt and provided complete protection against HPIV3 challenge. In summary, CPD of HPIV3 yielded promising vaccine candidates suitable for further development.