Bacteria can be trapped by neutrophil extracellular traps (NETs) in vitro, but their relevance in vivo is uncertain, in part because NETs are thought to be released by dying neutrophils, thereby eliminating the other antimicrobial functions of these cells. Paul Kubes and his colleagues report in this issue that NET release need not kill neutrophils and that NETosis can by dynamically imaged in vivo. Neutrophil extracellular traps (NETs) are released as neutrophils die in vitro in a process requiring hours, leaving a temporal gap that invasive microbes may exploit. Neutrophils capable of migration and phagocytosis while undergoing NETosis have not been documented. During Gram-positive skin infections, we directly visualized live polymorphonuclear cells (PMNs) in vivo rapidly releasing NETs, which prevented systemic bacterial dissemination. NETosis occurred during crawling, thereby casting large areas of NETs. NET-releasing PMNs developed diffuse decondensed nuclei, ultimately becoming devoid of DNA. Cells with abnormal nuclei showed unusual crawling behavior highlighted by erratic pseudopods and hyperpolarization consistent with the nucleus being a fulcrum for crawling. A requirement for both Toll-like receptor 2 and complement-mediated opsonization tightly regulated NET release. Additionally, live human PMNs injected into mouse skin developed decondensed nuclei and formed NETS in vivo, and intact anuclear neutrophils were abundant in Gram-positive human abscesses. Therefore early in infection NETosis involves neutrophils that do not undergo lysis and retain the ability to multitask.

During the systemic inflammatory response of severe sepsis, neutrophils accumulate in the liver microcirculation, but their functional significance is largely unknown. We show that neutrophils migrate to liver sinusoids during endotoxemia and sepsis where they exert protective effects by releasing neutrophil extracellular traps (NETs), which are DNA-based structures that capture and eliminate microbes. NETs released into the vasculature ensnare bacteria from the bloodstream and prevent dissemination. NET production requires platelet-neutrophil interactions and can be inhibited by platelet depletion or disruption of integrin-mediated platelet-neutrophil binding. During sepsis, NET release increases bacterial trapping by 4-fold (beyond the basal level provided by resident intravascular macrophages). Blocking NET formation reduces the capture of circulating bacteria during sepsis, resulting in increased dissemination to distant organs. Thus, NETs ensnare circulating bacteria and provide intravascular immunity that protects against bacterial dissemination during septic infections.

Key Points In vivo imaging reveals a NET–platelet–thrombin axis that promotes intravascular coagulation in sepsis. Inhibition of NETs during sepsis reduces intravascular coagulation, improves microvascular perfusion, and reduces organ damage.

Neutrophil extracellular traps (NETs) composed of DNA decorated with histones and proteases trap and kill bacteria but also injure host tissue. Here we show that during a bloodstream infection with methicillin-resistant Staphylococcus aureus, the majority of bacteria are sequestered immediately by hepatic Kupffer cells, resulting in transient increases in liver enzymes, focal ischaemic areas and a robust neutrophil infiltration into the liver. The neutrophils release NETs into the liver vasculature, which remain anchored to the vascular wall via von Willebrand factor and reveal significant neutrophil elastase (NE) proteolytic activity. Importantly, DNase although very effective at DNA removal, and somewhat effective at inhibiting NE proteolytic activity, fails to remove the majority of histones from the vessel wall and only partly reduces injury. By contrast, inhibition of NET production as modelled by PAD4-deficiency, or prevention of NET formation and proteolytic activity as modelled in NE(-/-) mice prevent collateral host tissue damage.

Neutrophils mediate bacterial clearance through various mechanisms, including the release of mesh-like DNA structures or neutrophil extracellular traps (NETs) that capture bacteria. Although neutrophils are also recruited to sites of viral infection, their role in antiviral innate immunity is less clear. We show that systemic administration of virus analogs or poxvirus infection induces neutrophil recruitment to the liver microvasculature and the release of NETs that protect host cells from virus infection. After systemic intravenous poxvirus challenge, mice exhibit thrombocytopenia and the recruitment of both neutrophils and platelets to the liver vasculature. Circulating platelets interact with, roll along, and adhere to the surface of adherent neutrophils, forming large, dynamic aggregates. These interactions facilitate the release of NETs within the liver vasculature that are able to protect host cells from poxvirus infection. These findings highlight the role of NETs and early tissue-wide responses in preventing viral infection.

Monocytes are recruited from the blood to sites of inflammation, where they contribute to wound healing and tissue repair. There are at least two subsets of monocytes: classical or proinflammatory (CCR2hiCX3CR1low) and nonclassical, patrolling, or alternative (CCR2lowCX3CR1hi) monocytes. Using spinning-disk confocal intravital microscopy and mice with fluorescent reporters for each of these subsets, we were able to track the dynamic spectrum of monocytes that enter a site of sterile hepatic injury in vivo. We observed that the CCR2hiCX3CR1low monocytes were recruited early and persisted for at least 48 h, forming a ringlike structure around the injured area. These monocytes transitioned, in situ, from CCR2hiCx3CR1low to CX3CR1hiCCR2low within the ringlike structure and then entered the injury site. This phenotypic conversion was essential for optimal repair. These results demonstrate a local, cytokine driven reprogramming of classic, proinflammatory monocytes into nonclassical or alternative monocytes to facilitate proper wound-healing.

Neurotransmitters relay immunosuppressive signals to natural killer T cells after stroke.

Platelet activation contributes to blood coagulation. Kubes and colleagues show that platelets also act together with liver Kupffer cells to trap and eradicate blood-borne bacteria. Through the use of intravital imaging of the liver, we demonstrate a collaborative role for platelets with Kupffer cells (KCs) in eradicating blood-borne bacterial infection. Under basal conditions, platelets, via the platelet-adhesion receptor GPIb, formed transient 'touch-and-go' interactions with von Willebrand factor (vWF) constitutively expressed on KCs. Bacteria such as Bacillus cereus and methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) were rapidly caught by KCs and triggered platelets to switch from 'touch-and-go' adhesion to sustained GPIIb-mediated adhesion on the KC surface to encase the bacterium. Infected GPIbα-deficient mice had more endothelial and KC damage than did their wild-type counterparts, which led to more fluid leakage, substantial polycythemia and rapid mortality. Our study identifies a previously unknown surveillance mechanism by which platelets survey macrophages that rapidly converts to a critical host response to blood-borne bacteria.

Abstract Inflammation-induced thrombosis is a common consequence of bacterial and viral infections, such as those caused by Salmonella Typhimurium (STm) and SARS-CoV-2. The identification of multi-organ thrombosis and the chronological differences in its induction and resolution raises significant challenges for successfully targeting multi-organ infection-associated thrombosis. Here, we identified specific pathways and effector cells driving thrombosis in the spleen and liver following STm infection. Thrombosis in the spleen is independent of IFN-γ or the platelet C-type lectin-like receptor CLEC-2, while both molecules were previously identified as key drivers of thrombosis in the liver. Furthermore, we identified platelets, monocytes, and neutrophils as core constituents of thrombi in both organs. Depleting neutrophils or monocytic cells independently abrogated thrombus formation. Nevertheless, blocking TNFα, which is expressed by both myeloid cell types, diminished both thrombosis and inflammation which correlates with reduced endothelial expression of E-selectin and leukocyte infiltration. Moreover, tissue factor and P-selectin glycoprotein ligand 1 inhibition impair thrombosis in both spleen and liver, identifying multiple common checkpoints to target multi-organ thrombosis. Therefore, organ-specific, and broad mechanisms driving thrombosis potentially allow tailored treatments based on the clinical need and to define the most adequate strategy to target both thrombosis and inflammation associated with systemic infections.

Resisting or tolerating microbes are alternative strategies to survive infection, but little is known about the evolutionary mechanisms controlling this balance. Here, genomic analyses of anatomically modern humans, extinct Denisovan hominins, and mice revealed a series of missense variants in the immune response inhibitor A20 (encoded by TNFAIP3), substituting non-catalytic residues of the ubiquitin protease domain to diminish IκB-dependent phosphorylation and activation of A20. Two A20 variants with partial phosphorylation deficits appeared beneficial: one originating in Denisovans and introgressed in modern humans throughout Oceania, and another in a mouse strain resistant to Coxsackievirus. By contrast, a variant with 95% loss of phosphorylation caused spontaneous inflammatory disease in humans and mice. Analysis of the partial phosphorylation variant in mice revealed diminished tolerance of bacterial lipopolysaccharide or to poxvirus inoculation as trade-offs for enhanced immunity.