Abstract Rhinovirus-induced neutrophil extracellular traps (NETs) contribute to acute asthma exacerbations, however the molecular factors that trigger NETosis in this context remain ill-defined. Here, we sought to implicate a role for IL-33, an epithelial cell-derived alarmin rapidly released in response to infection. In mice with chronic experimental asthma (CEA), but not naïve controls, rhinovirus inoculation induced an early (1 day post infection; dpi) inflammatory response dominated by neutrophils, neutrophil-associated cytokines (IL-1α, IL-1β, CXCL1) and NETosis, followed by a later, type-2 inflammatory phase (3-7 dpi), characterized by eosinophils, elevated IL-4 levels, and goblet cell hyperplasia. Notably, both phases were ablated by HpARI ( Heligmosomoides polygyrus Alarmin Release Inhibitor), which blocks IL-33 release and signalling. Instillation of exogenous IL-33 recapitulated the rhinovirus-induced early phase, including the increased presence of NETs in the airway mucosa, in a PAD4-dependent manner. Ex vivo IL-33-stimulated neutrophils from mice with CEA, but not naïve mice, underwent NETosis, and produced greater amounts of IL-1α/β, IL-4, and IL-5. In nasal samples from rhinovirus-infected people with asthma, but not healthy controls, IL-33 levels correlated with neutrophil elastase and dsDNA. Our findings suggest that IL-33 blockade ameliorates the severity of an asthma exacerbation by attenuating neutrophil recruitment and the downstream generation of NETs.

Summary Severe lower respiratory infection (sLRI) are a major cause of infant morbidity and mortality, and predispose to later chronic respiratory diseases such as asthma. Poor maternal diet during pregnancy is a risk factor for sLRI in the offspring. Here we demonstrate in mice that a maternal low-fibre diet (LFD) disrupts plasmacytoid and conventional dendritic cell (DC) hematopoiesis in the offspring, predisposing to sLRI and subsequent asthma. The LFD alters the composition of the maternal milk microbiome and assembling infant gut microbiome, ablating the induction of a developmental wave of the non-redundant DC growth factor Flt3L by neonatal intestinal epithelial cells. Therapy with a propionate-producing bacteria isolated from the milk of high-fibre diet-fed mothers, or supplementation with propionate, confers protection against sLRI by restoring gut Flt3L expression and pDC hematopoiesis. Our findings identify a microbiome-dependent Flt3L axis in the gut that regulates pDC hematopoiesis in early life and confers disease resistance.

Abstract Poor maternal diet during pregnancy predisposes to severe lower respiratory tract infections (sLRI) in infancy, which in turn, increases childhood asthma risk, however the underlying mechanisms remain poorly understood. Here, we show that the offspring of high fat diet (HFD)-fed mothers (‘HFD-reared pups’) developed a sLRI following pneumovirus inoculation in early-life and subsequent asthma in later-life upon allergen exposure. Prior to infection, HFD-reared pups developed microbial dysbiosis and low-grade systemic inflammation (LGSI), characterized by hyper-granulopoiesis in the liver and elevated inflammatory cytokine expression, most notably IL-17A, IL-6 and sIL-6R (indicative of IL-6 trans-signaling) in the circulation and multiple organs, but most prominently the liver. Inhibition of IL-6 trans-signaling, using sgp130Fc transgenic mice or via specific genetic deletion of IL-6Ra on neutrophils, conferred protection against both diseases. Taken together, our findings suggest that a maternal HFD induces neonatal LGSI that predisposes to sLRI and subsequent asthma via neutrophil-mediated IL-6 trans-signaling.

Abstract Prostaglandin D2 (PGD2) signals via the DP1 and DP2 receptors. In Phase II trials, DP2 antagonism decreased airway inflammation and airway smooth muscle (ASM) area in moderate-to-severe asthma patients. However, in Phase III, DP2 antagonism failed to lower the rate of exacerbations, and DP2 as a target was shelved. Here, using a preclinical model of chronic experimental asthma, we demonstrate that rhinovirus-induced exacerbations increase PGD2 release, mucus production, transforming growth factor (TGF)-β1 and type-2 inflammation. DP2 antagonism or DP1 agonism ablates these phenotypes, increases epithelial EGF expression and decreases ASM area via increased IFN-γ. In contrast, dual DP1-DP2 antagonism or dual corticosteroid/DP2 antagonism, which attenuates endogenous PGD2, prevented ASM resolution. We demonstrate that DP2 antagonism resolves ASM remodelling via PGD2/DP1-mediated upregulation of IFN-γ expression, and that dual DP2 antagonism/corticosteroid therapy, as often occurred in the human trials, impairs the efficacy of DP2 antagonism by suppressing endogenous PGD2 and IFN-γ production.