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.

Calcineurin inhibitors (CNIs) constitute the backbone of modern acute graft-versus-host disease (aGVHD) prophylaxis regimens but have limited efficacy in the prevention and treatment of chronic GVHD (cGVHD). We investigated the effect of CNIs on immune tolerance after stem cell transplantation with discovery-based single-cell gene expression and T cell receptor (TCR) assays of clonal immunity in tandem with traditional protein-based approaches and preclinical modeling. While cyclosporin and tacrolimus suppressed the clonal expansion of CD8+ T cells during GVHD, alloreactive CD4+ T cell clusters were preferentially expanded. Moreover, CNIs mediated reversible dose-dependent suppression of T cell activation and all stages of donor T cell exhaustion. Critically, CNIs promoted the expansion of both polyclonal and TCR-specific alloreactive central memory CD4+ T cells (TCM) with high self-renewal capacity that mediated cGVHD following drug withdrawal. In contrast to posttransplant cyclophosphamide (PT-Cy), CSA was ineffective in eliminating IL-17A-secreting alloreactive T cell clones that play an important role in the pathogenesis of cGVHD. Collectively, we have shown that, although CNIs attenuate aGVHD, they paradoxically rescue alloantigen-specific TCM, especially within the CD4+ compartment in lymphoid and GVHD target tissues, thus predisposing patients to cGVHD. These data provide further evidence to caution against CNI-based immune suppression without concurrent approaches that eliminate alloreactive T cell clones.

ABSTRACT Streptococcus pneumoniae (the pneumococcus) is a leading cause of pneumonia in children under five years old. Co-infection by pneumococci and respiratory viruses enhances disease severity. Little is known about pneumococcal co-infections with Respiratory Syncytial Virus (RSV). Here, we developed a novel infant mouse model of co-infection using Pneumonia Virus of Mice (PVM), a murine analogue of RSV, to examine the dynamics of co-infection in the upper respiratory tract, an anatomical niche that is essential for host-to-host transmission and progression to disease. Coinfection increased damage to the nasal tissue and increased production of the chemokine CCL3. Pneumococcal nasopharyngeal density and shedding in nasal secretions were increased by co-infection. In contrast, co-infection reduced PVM loads in the nasopharynx, an effect that was independent of pneumococcal strain and the order of infection. We showed this ‘antagonistic’ effect was abrogated using a pneumococcal mutant deficient in capsule production and incapable of nasopharyngeal carriage. The pneumococcal-mediated reduction in PVM loads was caused by accelerated viral clearance from the nasopharynx. Although these synergistic and antagonistic effects occurred with both wild-type pneumococcal strains used in this study, the magnitude of the effects was strain dependent. Lastly, we showed that pneumococci can also antagonize influenza virus. Taken together, our study has uncovered multiple novel facets of bacterial-viral co-infection. Our findings have important public health implications, including for bacterial and viral vaccination strategies in young children.

ABSTRACT Background 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 patients with moderate-to-severe asthma, but in the Phase III clinical trials, DP2 antagonism failed to significantly lower the rate of exacerbations. Here, we hypothesised that DP2 antagonism resolves established ASM remodeling via endogenous PGD2/DP1 activation and that this beneficial effect is ablated by dual corticosteroid therapy. Methods Neonatal mice were co-exposed to pneumonia virus of mice (PVM) and cockroach extract in early life to induce severe bronchiolitis, then re-infected with PVM and challenged to cockroach extract in adulthood to progress disease to chronic experimental asthma (CEA). The efficacy of DP2 antagonism monotherapy or various dual therapies was assessed in the setting of a rhinovirus (RV)-induced exacerbation. Results RV inoculation increased PGD2 release, mucus production, collagen deposition, transforming growth factor (TGF)-β1 expression and type-2 inflammation. Treatment with a DP2 antagonist or DP1 agonist ablated the aforementioned phenotypes, increased type-1 immunity, and decreased ASM area. Dual DP1-DP2 antagonism or dual corticosteroid/DP2 antagonism, which attenuated endogenous PGD2 levels, prevented the resolution of ASM area induced by DP2 antagonism alone. The resolution of ASM remodelling following DP2 antagonism was mediated by IFN-γ and associated with decreased TGF-β1 expression. Conclusion DP2 antagonism resolved ASM remodelling via PGD2/DP1-mediated upregulation of interferon-γ expression. Dual DP2 antagonism/corticosteroid therapy, as occurred in many of the human trials, suppressed PGD2 and IFN-γ production, impairing the efficacy of DP2 antagonism.

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.