Abstract Dendritic cells (DCs) are key regulators of innate and acquired immunity. The maturation of DCs is directed by signal transduction events downstream of toll-like receptors (TLRs) and other pattern recognition receptors. Here, we demonstrate that, in mouse DCs, TLR agonists stimulate a profound metabolic transition to aerobic glycolysis, similar to the Warburg metabolism displayed by cancer cells. This metabolic switch depends on the phosphatidyl inositol 3′-kinase/Akt pathway, is antagonized by the adenosine monophosphate (AMP)–activated protein kinase (AMPK), and is required for DC maturation. The metabolic switch induced by DC activation is antagonized by the antiinflammatory cytokine interleukin-10. Our data pinpoint TLR-mediated metabolic conversion as essential for DC maturation and function and reveal it as a potential target for intervention in the control of excessive inflammation and inappropriately regulated immune responses.

Interleukin-10 is known to dampen immune responses and contribute to the persistence of chronic viruses and parasites. Thomas Braciale and his colleagues show in mice that the anti-inflammatory cytokine is produced, along with proinflammatory cytokines, by effector CD4+ and CD8+ T cells during an acute virus infection of the lung, thereby helping to regulate the extent of inflammatory lung damage in response to the virus. Activated antigen-specific T cells produce a variety of effector molecules for clearing infection but also contribute to inflammation and tissue injury. Here we report an anti-inflammatory property of antiviral CD8+ and CD4+ effector T cells (Teff cells) in the infected periphery during acute virus infection. We find that, during acute influenza infection, interleukin-10 (IL-10) is produced in the infected lungs in large amounts—exclusively by infiltrating virus-specific Teff cells, with CD8+ Teff cells contributing a larger fraction of the IL-10 produced. These Teff cells in the periphery simultaneously produce IL-10 and proinflammatory cytokines and express lineage markers characteristic of conventional T helper type 1 or T cytotoxic type 1 cells. Notably, blocking the action of the Teff cell–derived IL-10 results in enhanced pulmonary inflammation and lethal injury. Our results show that antiviral Teff cells exert regulatory functions—that is, they fine-tune the extent of lung inflammation and injury associated with influenza infection by producing an anti-inflammatory cytokine. We discuss the potential implications of these findings for infection with highly pathogenic influenza viruses.

SARS-CoV-2 mRNA vaccination induces robust humoral and cellular immunity in the circulation; however, it is currently unknown whether it elicits effective immune responses in the respiratory tract, particularly against variants of concern (VOCs), including Omicron. We compared the SARS-CoV-2 S–specific total and neutralizing antibody responses, and B and T cell immunity, in the bronchoalveolar lavage fluid (BAL) and blood of COVID-19–vaccinated individuals and hospitalized patients. Vaccinated individuals had significantly lower levels of neutralizing antibody against D614G, Delta (B.1.617.2), and Omicron BA.1.1 in the BAL compared with COVID-19 convalescents despite robust S-specific antibody responses in the blood. Furthermore, mRNA vaccination induced circulating S-specific B and T cell immunity, but in contrast to COVID-19 convalescents, these responses were absent in the BAL of vaccinated individuals. Using a mouse immunization model, we demonstrated that systemic mRNA vaccination alone induced weak respiratory mucosal neutralizing antibody responses, especially against SARS-CoV-2 Omicron BA.1.1 in mice; however, a combination of systemic mRNA vaccination plus mucosal adenovirus-S immunization induced strong neutralizing antibody responses not only against the ancestral virus but also the Omicron BA.1.1 variant. Together, our study supports the contention that the current COVID-19 vaccines are highly effective against severe disease development, likely through recruiting circulating B and T cell responses during reinfection, but offer limited protection against breakthrough infection, especially by the Omicron sublineage. Hence, mucosal booster vaccination is needed to establish robust sterilizing immunity in the respiratory tract against SARS-CoV-2, including infection by the Omicron sublineage and future VOCs.

Emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOCs), including the highly transmissible Omicron and Delta strains, has posed constant challenges to the current COVID-19 vaccines that principally target the viral spike protein (S). Here, we report a nucleoside-modified messenger RNA (mRNA) vaccine that expresses the more conserved viral nucleoprotein (mRNA-N) and show that mRNA-N vaccination alone can induce modest control of SARS-CoV-2. Critically, combining mRNA-N with the clinically proven S-expressing mRNA vaccine (mRNA-S+N) induced robust protection against both Delta and Omicron variants. In the hamster models of SARS-CoV-2 VOC challenge, we demonstrated that, compared to mRNA-S alone, combination mRNA-S+N vaccination not only induced more robust control of the Delta and Omicron variants in the lungs but also provided enhanced protection in the upper respiratory tract. In vivo CD8 + T cell depletion suggested a potential role for CD8 + T cells in protection conferred by mRNA-S+N vaccination. Antigen-specific immune analyses indicated that N-specific immunity, as well as augmented S-specific immunity, was associated with enhanced protection elicited by the combination mRNA vaccination. Our findings suggest that combined mRNA-S+N vaccination is an effective approach for promoting broad protection against SARS-CoV-2 variants.

Asthma is a chronic inflammatory lung disease with intermittent flares predominately mediated through memory T cells. Yet, the identity of long-term memory cells that mediate allergic recall responses is not well defined. In this report, using a mouse model of chronic allergen exposure followed by an allergen-free rest period, we characterized a subpopulation of CD4+ T cells that secreted IL-9 as an obligate effector cytokine. IL-9-secreting cells had a resident memory T cell phenotype, and blocking IL-9 during a recall challenge or deleting IL-9 from T cells significantly diminished airway inflammation and airway hyperreactivity. T cells secreted IL-9 in an allergen recall-specific manner, and secretion was amplified by IL-33. Using scRNA-seq and scATAC-seq, we defined the cellular identity of a distinct population of T cells with a proallergic cytokine pattern. Thus, in a recall model of allergic airway inflammation, IL-9 secretion from a multicytokine-producing CD4+ T cell population was required for an allergen recall response.

Although IL-9 has potent anti-tumor activity in adoptive cell transfer therapy, some models suggest that it can promote tumor growth. Here, we show that IL-9 signaling is associated with poor outcomes in patients with various forms of lung cancer, and is required for lung tumor growth in multiple mouse models. CD4+ T cell-derived IL-9 promotes the expansion of both CD11c+ and CD11c- interstitial macrophage populations in lung tumor models. Mechanistically, the IL-9/macrophage axis requires arginase 1 (Arg1) to mediate tumor growth. Indeed, adoptive transfer of Arg1+ but not Arg1- lung macrophages to Il9r-/- mice promotes tumor growth. Moreover, targeting IL-9 signaling using macrophage-specific nanoparticles restricts lung tumor growth in mice. Lastly, elevated expression of IL-9R and Arg1 in tumor lesions is associated with poor prognosis in lung cancer patients. Thus, our study suggests the IL-9/macrophage/Arg1 axis is a potential therapeutic target for lung cancer therapy.

Abstract CD8 T cell engagement of brain vasculature is a putative mechanism of neuropathology in human cerebral malaria. To define contributions of brain endothelial cell MHC class I antigen-presentation to CD8 T cells in establishing this pathology, we developed novel H-2K b LoxP and H-2D b LoxP mice crossed with Cdh5-Cre mice to achieve targeted deletion of discrete class I molecules on brain endothelium. Using the Plasmodium berghei ANKA model of experimental cerebral malaria (ECM), we observe that H-2K b and H-2D b regulate distinct patterns of disease onset, CD8 T cell infiltration, targeted cell death, and regional blood-brain barrier (BBB) disruption. Strikingly, ablation of H-2K b or H-2D b from brain endothelial cells resulted in reduced CD8 T cell activation, attenuated T cell interaction with brain vasculature, lessened targeted cell death, preserved BBB integrity, and prevented ECM and the death of the animal. These data demonstrate that interactions of CD8 T cells with discrete MHC class I molecules on brain endothelium regulate development of ECM neuropathology. Therefore, targeting MHC class I interactions therapeutically may hold potential for treatment of cases of severe malaria.

Abstract Emergence of SARS-CoV-2 variants of concern (VOC), including the highly transmissible delta strain, has posed challenges to current COVID-19 vaccines that principally target the viral spike protein (S). Here, we report a nucleoside-modified mRNA vaccine that expresses the more conserved viral nucleoprotein (mRNA-N). We show that mRNA-N alone was able to induce a modest but significant control of SARS-CoV-2 in mice and hamsters. Critically, by combining mRNA-N with the clinically approved S-expressing mRNA vaccine (mRNA-S-2P), we found that combinatorial mRNA vaccination (mRNA-S+N) led to markedly enhanced protection against the SARS-CoV-2 delta variant compared to mRNA-S. In a hamster model, we demonstrated that while mRNA-S alone elicited significant control of the delta strain in the lungs (∼45-fold reduction in viral loads compared to un-vaccinated control), its effectiveness in the upper respiratory tract was weak, whereas combinatorial mRNA-S+N vaccination induced markedly more robust control of the delta variant infection in the lungs (∼450-fold reduction) as well as in the upper respiratory tract (∼20-fold reduction). Immune analyses indicated that induction of N-specific immunity as well as augmented S-specific T-cell response and neutralizing antibody activity were collectively associated the enhanced protection against SARS-CoV-2 delta strain by combinatorial mRNA vaccination. These findings suggest that the combined effects of protection in the lungs and upper respiratory tract could both reduce the risk of severe disease as well as of infection and transmission.

ABSTRACT While the role of CD8 + T cells in influenza clearance is established, their contribution to pathological lung injury is increasingly appreciated. To explore if protective versus pathological functions can be linked to CD8 + T cell subpopulations, we dissected their responses in influenza-infected murine lungs. Our single-cell RNASeq (scRNAseq) analysis revealed significant diversity in CD8 + T cell subpopulations during peak viral load vs. infection-resolved state. While enrichment of Cxcr3 hi CD8 + T effector (T eff ) subset was associated with a more robust cytotoxic response, both CD8 + T eff and CD8 + T central memory (T CM ) exhibited equally potent effector potential. The scRNAseq analysis identified unique regulons regulating the cytotoxic response in CD8 + T cells. The neutralization of CXCR3 mitigated lung injury without affecting viral clearance. IFN-γ was dispensable to regulate the cytotoxic response of Cxcr3 hi CD8 + T cells. Collectively, our data imply that CXCR3 interception could have a therapeutic effect in preventing influenza-linked lung injury. TEASER The CXCR3 expressing CD8+ T cell subset causes severe lung pathology and exacerbates disease severity without affecting viral clearance during influenza infection

Abstract Stearoyl-CoA desaturases (SCD) are endoplasmic reticulum (ER) associated enzymes that catalyze the synthesis of the monounsaturated fatty acids (MUFAs). As such, SCD play important roles in maintaining the intracellular balance between saturated fatty acid (SFAs) and MUFAs. The roles of SCD in CD4 + T helper cell responses are currently unexplored. Here, we have found that murine and human follicular helper T (T FH ) cells express higher levels of SCD1 compared to non-T FH cells. Further, the expression of SCD1 in T FH cells is dependent on the T FH lineage-specification transcription factor BCL6. We found that the inhibition of SCD1 impaired T FH cell maintenance and shifted the balance between T FH and follicular regulatory T (T FR ) cells in the spleen. Consequently, SCD1 inhibition dampened germinal center B cell responses following influenza immunization. Mechanistically, we found that SCD inhibition led to increased ER stress and enhanced T FH cell apoptosis in vitro and in vivo . These results reveal a possible link between fatty acid metabolism and cellular and humoral responses induced by immunization or potentially, autoimmunity.