Targeting the potent immunosuppressive properties of FOXP3+ regulatory T cells (Tregs) has substantial therapeutic potential for treating autoimmune and inflammatory diseases. Yet, the molecular mechanisms controlling Treg homeostasis, particularly during inflammation, remain unclear. We report that caspase-8 is a central regulator of Treg homeostasis in a context-specific manner that is decisive during immune responses. In mouse genetic models, targeting caspase-8 in Tregs led to accumulation of effector Tregs resistant to apoptotic cell death. Conversely, inflammation induced the MLKL-dependent necroptosis of caspase-8-deficient lymphoid and tissue Tregs, which enhanced immunity to a variety of chronic infections to promote clearance of viral or parasitic pathogens. However, improved immunity came at the risk of lethal inflammation in overwhelming infections. Caspase-8 inhibition using a clinical-stage compound revealed that human Tregs have heightened sensitivity to necroptosis compared with conventional T cells. These findings reveal a fundamental mechanism in Tregs that could be targeted to manipulate the balance between immune tolerance versus response for therapeutic benefit.

Abstract The SARS-CoV-2 (COVID-19) virus has caused a devastating global pandemic of respiratory illness. To understand viral pathogenesis, methods are available for studying dissociated cells in blood, nasal samples, bronchoalveolar lavage fluid, and similar, but a robust platform for deep tissue characterisation of molecular and cellular responses to virus infection in the lungs is still lacking. We developed an innovative spatial multi-omics platform to investigate COVID-19-infected lung tissues. Five tissue-profiling technologies were combined by a novel computational mapping methodology to comprehensively characterise and compare the transcriptome and targeted proteome of virus infected and uninfected tissues. By integrating spatial transcriptomics data (Visium, GeoMx and RNAScope) and proteomics data (CODEX and PhenoImager HT) at different cellular resolutions across lung tissues, we found strong evidence for macrophage infiltration and defined the broader microenvironment surrounding these cells. By comparing infected and uninfected samples, we found an increase in cytokine signalling and interferon responses at different sites in the lung and showed spatial heterogeneity in the expression level of these pathways. These data demonstrate that integrative spatial multi-omics platforms can be broadly applied to gain a deeper understanding of viral effects on cellular environments at the site of infection and to increase our understanding of the impact of SARS-CoV-2 on the lungs.

Fibroblastic Reticular Cells (FRCs) construct microanatomical niches that support lymph node homeostasis and coordination of immune responses. Transcription factors regulating the functionality of FRCs remain poorly understood. Here we investigate the role of the transcription factor SpiB that is expressed in lymph node FRCs. Conditional ablation of SpiB in FRCs impaired the FRC network in the T cell zone of lymph nodes, leading to reduced numbers of FRCs and altered homeostatic functions including reduced CCL21 and interleukin-7 expression. The size and cellularity of lymph nodes remained intact in the absence of SpiB but the space between the reticular network increased, indicating that although FRCs were reduced in number they stretched to maintain network integrity. Following virus infection, antiviral CD8+ T cell responses were impaired, suggesting a role for SpiB expression in FRCs in orchestrating immune responses. Together, our findings reveal a new role for SpiB as a critical regulator of FRC functions and immunity in lymph nodes.

ABSTRACT Objective Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is a major cause of global illness and death, most commonly caused by cigarette smoke. The mechanisms of pathogenesis remain poorly understood, limiting the development of effective therapies. The gastrointestinal microbiome has been implicated in chronic lung diseases via the gut-lung axis, but its role is unclear. Design Using an in vivo mouse model of cigarette smoke-induced COPD and fecal microbial transfer (FMT), we characterized the fecal microbiota using metagenomics, proteomics and metabolomics. Findings were correlated with airway and systemic inflammation, lung and gut histopathology, and lung function. Complex carbohydrates were assessed in mice using a high resistant starch diet, and in sixteen COPD patients using a randomized, double-blind, placebo-controlled pilot study of inulin supplementation. Results FMT alleviated hallmark features of COPD (inflammation, alveolar destruction, impaired lung function), gastrointestinal pathology and systemic immune changes. Protective effects were additive to smoking cessation. Disease features correlated with the relative abundance of Muribaculaceae, Desulfovibrionaceae and Lachnospiraceae family members. Proteomics and metabolomics identified downregulation of glucose and starch metabolism in cigarette smoke-associated microbiota, and supplementation of mice or human patients with complex carbohydrates improved disease outcomes. Conclusion The gut microbiome contributes to COPD pathogenesis and can be targeted therapeutically. What is already known on this topic Changes in gut microbiota are associated with COPD but the underlying host and microbial mechanisms are unclear, limiting the therapeutic applications. What this study adds Microbiome composition and metabolism is reproducibly correlated with lung and gastrointestinal pathology in experimental COPD. Microbiome modifying interventions effectively alleviate disease, including protective effects supplementing smoking cessation. Nutritional interventions targeting the microbiome in COPD patients demonstrate efficacy in a small pilot study. How this study might affect research, practice or policy Microbiome-targeting therapeutics and nutritional interventions may be developed for COPD, including as supplements to smoking cessation.

Abstract Innate lymphoid cells (ILC) are resident in the lung and are involved in both the maintenance of homeostasis and the pathogenesis of respiratory diseases. In this study, murine lung ILC were characterised using flow cytometry and the impact of mouse age, sex and strain were assessed. Lung ILC were found as early as postnatal day 4 and numbers peaked at 2 weeks, and then decreased as the lung matured. During postnatal lung development, ILC expressed differential amounts of ILC2-associated cell surface antigens including ST2, CD90.2 and ICOS. Using Il5 venus Il13 td-tomato dual reporter mice, neonates were found to have increased constitutive IL-13 expression compared to adult mice. Neonates and adults had similar ratios of IL-5 + CD45 + leukocytes, however, these cells were mostly composed of ILC in neonates and T cells in adults. Sex-specific differences in ILC numbers were also observed, with females having greater numbers of lung ILC than males in both neonatal and adult mice. Female lung ILC also expressed higher levels of ICOS and decreased KLRG1. Mouse strain also impacted on lung ILC with BALB/c mice having more ILC in the lung and increased expression of ST2 and ICOS compared with C57BL/6J mice. Collectively, these data show that lung ILC numbers, cell surface antigen expression, IL-5 and IL-13 levels differed between neonatal and adult lung ILC. Additionally, cell surface antigens commonly used for ILC2 quantification, such as ST2, CD90.2, and ICOS, differ depending on age, sex and strain and these are important considerations for consistent universal identification of lung ILC2.